Galaktično Sevanje Lahko Povzroči Degeneracijo Možganov

Kazalo:

Video: Galaktično Sevanje Lahko Povzroči Degeneracijo Možganov

Video: Galaktično Sevanje Lahko Povzroči Degeneracijo Možganov
Video: Mali Erik in sevanje 2024, Marec
Galaktično Sevanje Lahko Povzroči Degeneracijo Možganov
Galaktično Sevanje Lahko Povzroči Degeneracijo Možganov
Anonim
Galaktično sevanje lahko povzroči degeneracijo možganov
Galaktično sevanje lahko povzroči degeneracijo možganov

Skupina raziskovalcev z medicinskega centra Univerze v Rochesterju (URMC) v New Yorku je objavila rezultate svoje raziskave. Dolgotrajni astronavti v vesolju, na primer med letom na Mars, lahko povzročijo zdravstvene težave zaradi galaktičnega sevanja. Zlasti do degeneracije možganov in morda celo do začetka Alzheimerjeve bolezni

Slika
Slika

Prej, leta 2012, so o podobnih zaključkih poročali ruski znanstveniki. Kot piše Natalia Teryaeva v časopisu Ploshchad Mira, če letite na marsovski odpravi s sodobnim vesoljskim plovilom, bo let trajal najmanj 500 dni. V tem obdobju vesoljske misije se lahko zdravje astronavtov nepreklicno izgubi.

To dokazujejo rezultati študij ruskih radiobiologov in fiziologov, o katerih so na Skupnem inštitutu za jedrske raziskave (JINR) razpravljali na gostujočem sestanku Urada Oddelka za fiziologijo in temeljno medicino Ruske akademije znanosti.

Največjo nevarnost znanstveniki vidijo v galaktičnem sevanju: lahko človeku odvzame vid in razum, brez katerega ne bo mogoče doseči cilja ali se vrniti domov.

Izjave raziskovalcev o nevarnosti težkih ionov za organizem astronavtov niso špekulativne, temeljijo na podatkih pospeševalnih poskusov na živalih, izvedenih v Laboratoriju za sevalno biologijo Skupnega inštituta za jedrske raziskave (LRB JINR) leta v sodelovanju z Inštitutom za biomedicinske probleme Ruske akademije znanosti (IMPB RAS), Inštitutom za biokemijo RAS (IBCh RAS) in v sodelovanju z biologi iz ameriške nacionalne vesoljske agencije (NASA).

Težki ioni so strašnejši od protonov

V globokem vesolju - onkraj Zemljinega magnetnega polja - človeka čaka nevarno kozmično sevanje, ki izvira iz globin galaksije.

"Galaktični kozmični žarki so tokovi osnovnih delcev - lahkih in težkih ionov," pojasnjuje Mihail Panasyuk, direktor Raziskovalnega inštituta za jedrsko fiziko Skobeltsyn (SINP MSU). Gola "jedra". Razlog za to je interakcija s snovjo v procesu njihovega prenosa v vesolju. Najpogostejši element kozmičnih žarkov je vodik, njegovi ioni so protoni. Ti delci se pospešujejo na udarnih valovih - ostankih eksplozij supernove. Takšne zvezde ne eksplodirajo v naši Galaksiji. pogosteje kot enkrat na 30 -50 let.

Tok galaktičnih delcev kozmičnih žarkov je stalen, v nasprotju s sončnimi kozmičnimi žarki, ki nastajajo na Soncu ali v medplanetarnem mediju med sončnimi izbruhi. Zaradi tega je celotni prispevek sončnih kozmičnih žarkov dolgo časa zanemarljiv. Toda med sončnimi izbruhi (več ur, dni) lahko tok sončnih kozmičnih žarkov preseže tok galaktičnih kozmičnih žarkov. Poleg tega je energija delcev sončnih kozmičnih žarkov praviloma manjša od energije delcev galaktičnih kozmičnih žarkov. Obstajajo tudi ekstragalaktični kozmični žarki, ki v našo galaksijo prihajajo iz drugih galaksij. Njihova energija je večja kot pri galaktičnih kozmičnih žarkih, vendar so tokovi precej manjši. Kozmični žarki imajo velik energetski razpon: od 106 (1 MeV) do 1021 eV (1 ZeV).

Energetsko-masni spektrometri, nameščeni na satelitih za vesoljske raziskave, so zabeležili sestavo kozmičnih žarkov. Izkazalo se je, da so nekaj manj kot en odstotek vseh delcev galaktičnega sevanja težki ioni z energijo 300 - 500 MeV / nukleon - jedra težkih kemičnih elementov. Del lahkih in težkih ionov galaktičnega sevanja vsebuje večino ionov ogljika, kisika in železa - od teh stabilnih elementov nastanejo zvezdna jedra kot posledica evolucije zvezd.

Rezultati meritev vesoljskih satelitov so služili kot podlaga za nadaljnje modelne izračune, ki so pokazali, da zunaj Zemljine magnetosfere pade približno 105 težkih ionov na kvadratni centimeter površine na leto in približno 160 delcev z nabojem Z večjim od 20 padcev na vsak dan bo padlo ravno toliko njih na kvadratni centimeter telesne površine kozmonavta.

Vesoljski težki ioni so tako energični, da "prebijejo" kožo sodobnega vesoljskega plovila v vesolju, kot topovske krogle, ki bombardirajo fino svilo. Znanstveniki Laboratorija za radiološko biologijo pri JINR so ugotovili, kako lahko to škoduje zdravju zemeljskih glasnikov na dolgi poti.

Na Mars - na dotik?

"Uspelo nam je razumeti, zakaj enaki odmerki različnih sevanj (tok težkih ionov, nevtroni, gama sevanje) povzročajo različne učinke na žive celice," pravi direktor dopisni član RINR LINK Ruske akademije znanosti Evgeny Krasavin. so povezani tako s fizikalnimi lastnostmi sevanja kot z biološkimi lastnostmi same žive celice - zmožnostjo popravljanja poškodb DNA po obsevanju. težke ione. žarki (žarek fotonov) in žarek težkih ionov si lahko predstavljamo tako: strel majhnega strela iz pištole v steno je škoda zaradi rentgenskih žarkov, streljanje s topovsko kroglo v isto steno je uničenje iz enega težkega iona izgubijo bistveno več energije na enoto več kot njihovi lažji bratranci. Zato pri prehodu skozi celico težki ion na svoji poti povzroči veliko uničenje. Ko težki delci preidejo skozi celično jedro, nastanejo lezije tipa "grozd" z večkratnimi prekinitvami kemičnih vezi v fragmentu DNA. Povzročajo različne vrste hudih kromosomskih poškodb v celičnih jedrih."

Nadalje je bila logika sklepanja znanstvenikov naslednja. Vodikovi ioni (protoni) z energijo 200 - 300 MeV / nukleon imajo čas, da pretečejo 11 cm pot v vodi pred popolnim pojemkom. Človeško telo je 90% vode. Če ta rezultat ekstrapoliramo na živo človeško telo, pridemo do zaključka: tudi lahki ioni na svoji poti lahko poškodujejo na tisoče celic v našem telesu. V primeru težkih ionov z nabojem nad 20 je treba pričakovati še bolj žalosten rezultat za zdravje.

Katere človeške organe lahko galaktično težki ioni poškodujejo in so smrtno nevarni?

- Če pomislite na aktivno razmnoževanje - hitro obnavljanje - telesnih tkiv, na primer krvi ali kože, se bodo njihove poškodbe zaradi naravnih lastnosti hitro okrevale, - pojasnjuje direktor LINR JINR Jevgenij Krasavin. - Toda na statičnih tkivih - osrednjem živčevju, očeh, ki nimajo naravne sposobnosti hitrega popravljanja poškodb, bo stalen tok težkih ionov škodljivo vplival na plaste, kar bo povzročilo redno smrt celic. Toda osrednji živčni sistem in oko sta kontrolna "čipa" našega telesa.

V poskusih na živalih v Dubni je skupina radiobiologov pod vodstvom akademika Ruske akademije znanosti Mihaila Ostrovskega proučevala mehanizme učinka težkih ionov na strukture očesa - lečo, mrežnico in roženico. Na pospeševalcih JINR smo miši in raztopine kristalinov (beljakovin) njihove leče obsevali s protonskimi žarki 100-200 MeV.

"Leča človeškega očesa in vretenčarjev je 90% sestavljena iz alfa-, beta- in gama-kristalov," je dejal akademik Ostrovski v svojem govoru na gostujočem sestanku predsedstva Oddelka za fizikalno matematiko in mehaniko Ruske akademije. znanosti. struktura in molekulska masa. Izpostavljenost ultravijoličnemu sevanju ali sevanju lahko povzroči združevanje kristalinov - pojav neprozornih vlaken v leči. Zaradi združevanja nastanejo veliki konglomerati, ki razpršijo svetlobo, kar vodi v zameglitev leče., to je do razvoja katarakte. Prehod skozi očesno lečo, tudi posamezne težke ione čez nekaj časa, lahko povzročijo, da postane motna.

Vrnite se na Zemljo kot Homo sapiens

Najmanj radiobiologov je preučevalo škodljiv učinek težkih ionov na centralni živčni sistem. Po mnenju strokovnjakov NASA bo med misijo na Marsu od enega do 13 odstotkov živčnih celic prečkal vsaj en železov ion. En proton bo letel skozi jedro vsake celice telesa vsake tri dni. Zato obstaja resna nevarnost nepopravljivih kršitev vedenjskih reakcij posadke ladje. To ogroža splošno poslanstvo. Možgani so zelo občutljiv instrument in motnje njegovih majhnih delov lahko povzročijo izgubo delovanja celotnega organizma, kot je to pri ljudeh, ki so imeli možgansko kap, ali pri tistih, ki trpijo za Alzheimerjevo boleznijo.

V NASA-jevem laboratoriju za vesoljsko sevanje v Brookhavnu so z žarkom železovih ionov, pospešenimi na energijo 1 GeV / nukleon, simulirali galaktično sevanje na pred-pospeševalniku težkih ionov trkalnika RHIC v Brookhaven National Laboratory. Poskus s podganami je bil imenovan "kognitivni test". Majhno trdno območje smo dali v krožni bazen pod tanko plastjo neprozorne vode. Laboratorijske podgane - najprej zdrave, nato pa obsevane z žarki železovih ionov - so bile spuščene v ta bazen in spremljale, kako hitro lahko živali najdejo to območje in se povzpnejo nanj. Zdrave podgane so hitro našli mesto in se proti njemu podale po najkrajši poti. Obsevanje s težkimi ioni je dramatično spremenilo kognitivne funkcije (učne sposobnosti) živali. Mesec dni po obsevanju se je vedenje podgane dramatično spremenilo. Izognila se je, dolgo krožila po bazenu, dokler ji skoraj po naključju ni uspelo začutiti trdnih tal pod nogami. Miselne sposobnosti živali so bile močno oslabljene. Ko so bile podgane obsevane z rentgenskimi žarki in gama sevanjem, takega učinka niso opazili.

Da bi predstavili možne posledice obsevanja človeškega telesa s težkimi ioni, je treba "odigrati" model kozmične nevarnosti na primate, pravijo raziskovalci. Kljub temu je škoda zaradi učinkov galaktičnega sevanja težkih ionov, razkritih pri glodalcih, dovolj prepričljiva, da o tem ne razmišljamo, ko načrtujemo pošiljanje ljudi na dolg let na Mars.

Kako se izogniti težavam

Iz tega, kar danes poznajo fiziki in biologi, izhaja, da tveganja za sevalne poškodbe astronavtov med več kot enoletno potjo na Mars ni mogoče zmanjšati na nič. Metode za zmanjšanje tega tveganja doslej obstajajo v obliki idej.

Prva ideja: načrtovati let na Mars med največjim sončnim ciklusom. V tem času bo tok galaktičnih kozmičnih žarkov manjši zaradi dejstva, da bo medplanetarno magnetno polje sončnega sistema upognilo poti galaktičnih kozmičnih žarkov, s čimer želi zmanjšati intenzivnost njihovih delcev in "pometati" delce z energijami manj kot 400 MeV / nukleon iz sončnega sistema.

Druga ideja: s pomočjo zanesljive zaščite ladje znatno zmanjšati doze sevanja zaradi galaktičnega sevanja in v strukturi ladje zagotoviti poseben oddelek-zavetje z močnejšo zaščito pred močnimi tokovi nepredvidljivega sončnega vetra. Že razvijajo se nove vrste zaščitnih materialov, ki bi bili učinkovitejši od trenutno uporabljenega aluminija, na primer plastika, ki vsebuje vodik, na primer polietilen. Z njihovo pomočjo je mogoče ustvariti zaščito, ki bi lahko zmanjšala odmerek sevanja za 30 - 35% pri debelini 7 cm. Res je, to po mnenju znanstvenikov ni dovolj, debelino zaščitne plasti je treba povečati. In če ne deluje, potem znatno skrajšajte trajanje leta - recimo vsaj na 100 dni. Sto dni je doslej le intuitivno upravičena številka. Vsekakor pa morate leteti hitreje.

Tretja ideja: oskrbeti pilote marsovskega vesoljskega plovila z učinkovitimi zdravili proti sevanju, ki bi lahko znatno okrepila vezi med proteini DNK in zmanjšala njihovo ranljivost za bombardiranje s težkimi ioni.

Četrta ideja je ustvariti umetno magnetno polje okoli vesoljskega plovila, podobno zemeljskemu magnetnemu polju. Obstaja projekt superprevodnega toroidnega magneta, znotraj in zunaj katerega se polje približuje ničli, da ne bi škodilo zdravju astronavtov. Močno polje takšnega magneta bi moralo od vesoljskega plovila preusmeriti velik del kozmičnih protonov in jeder ter med ekspedicijo na Mars zmanjšati odmerek sevanja za 3-4 krat. Prototip takega magneta je že ustvarjen in bo uporabljen v poskusu za preučevanje kozmičnih žarkov na krovu Mednarodne vesoljske postaje.

Kljub temu, da zamisli o zaščiti marsovske posadke niso našle svoje utelešenje, obstaja le en izhod, pravijo radiobiologi: izvesti podrobne radiobiološke študije v kopenskih razmerah na pospeševalcih težkih ionov, kar bo v kopenskih razmerah omogočilo simulacijo škodljivega učinka visokoenergijska težka jedra, ki izvirajo iz globin galaksije. Med takšnimi edinstvenimi pospeševalniki sta Nuclotron laboratorija za visokoenergetsko fiziko JINR in kompleks trkalnikov NICA, ki nastaja na njegovi podlagi. Znanstveniki veliko upajo na zmogljivosti teh naprav.

In če se nam mudi z letom na Mars, je čas, da zgradimo hitrejše vesoljske ladje ali pa za zdaj pustimo sanje o poletih s posadko v globokem vesolju. Naj zaenkrat potujejo roboti.

Priporočena: