ЭЛЕКТРОННАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ РАДИАЦИОННОГО ПОЯСА ЗЕМЛИ

Внешний

пояс радиации открыт советскими учеными, расположен на высотах от 9000

до 45000 км. Он намного шире внутреннего (распространяется на 50° к

северу и на 50° к югу от экватора). Электронная компонента радиационных

поясов испытывает значительные пространственные и временные вариации в

зависимости от трех параметров: местного времени, уровня геомагнитного

возмущения и фазы цикла солнечной активности. Максимальная поглощённая

доза, создаваемая внешним поясом за один час, может составить громадную

величину — до 100 Грей.

Проблема защиты от радиации внешнего пояса менее сложная, чем проблема

защиты от радиации внутреннего пояса. Внешний пояс состоит в основном из

электронов невысокой энергии, от которых защищают обычные материалы

обшивки космического корабля.
Однако, при такой защите создается

жесткое и мягкое рентгеновское излучение (эффект "рентгеновской

трубки"). Рентгеновское излучение является ионизирующим и глубоко

проникающим при прочих равных условиях для других видов излучения. Полёт

через радиационный пояс на пути к Луне и обратно длится около 7 часов.

Аполлон 13 по легенде НАСА вовсе "возвращался" в лунном модуле с

толщиной защиты в пять раз меньше, чем для командного модуля. В течении

этого времени излучение воздействует на ткани живых организмов, может

быть причиной лучевой болезни, лучевых ожогов и злокачественных

опухолей, наконец, является мутагенным фактором.

Воспользуемся следующими данными и оценим дозы радиации.

Ниже

представлены усредненные по времени и по всем значениям долготы профили

интегральной интенсивности электронов различных энергий для (а) -

минимума солнечной активности, (б) - для эпохи максимума .

Рис. 4. Усредненные во времени и по всем значениям долготы профили интенсивности электронов различных энергий на геомагнитном экваторе. Цифры у кривых соответствуют энергии электронов в МэВ. (а) и (б) - для эпох минимума и максимума солнечной активности.

Рисунок показывает, что в эпоху максимума солнечной активности доза

радиации, создаваемая внешним поясом, возрастает в 4-7 раза. Напомним,

что 1969 - 1972 был год пика 11-летней солнечной активности.
Как

и для протонов, для электронной составляющей РПЗ существует

универсальный высотный ход, n=0,46. Высотный ход для электронов

менее критичен, чем для протонов. Например, для электронов на широтах

λ~30° (В/Вэ=3) и λ~44° (В/Вэ=10) значение доз радиации электронной

составляющей уменьшится, соответственно, в 1,7 и 3,1 раз. Это значит,

что по схеме НАСА полёта к Луне и возвращения на Землю Аполлоны никак не

могут миновать электронную составляющую РПЗ.

Результаты расчета дозы радиации и используемые характеристики электронной составляющей РПЗ приведены в таблице 2.

Табл. 2. Характеристика электронной составляющей РПЗ,
эффективный пробег электронов в Al,
время пролета РПЗ Аполлонами к Луне и при возвращении на Землю, отношение удельных
радиационных и ионизационных потерь энергии,
коэффициенты поглощения рентгеновских лучей для Al и воды,
эквивалентная и поглощенная доза радиации*.

интегральный подсчет увеличит итоговые дозы радиации на 50-75%.

Результаты

показывают, что обычная защита КА в тысяч раз снижает радиационное

воздействие электронной компоненты радиационных поясов. Полученные

значения дозы радиации не опасны для жизни космонавтов. Основной вклад

в дозы радиации вносят электроны с энергией 0.3-3 МэВ, которые

генерируют жесткое рентгеновское излучение.

Отметим

обстоятельство, что радиационный эффект на 1-2 порядка выше, чем даёт

официальный доклад НАСА для миссий Аполлонов. Так для Аполлон 13

значение поглощенной дозы составляет 0,24 рад. Расчёт даёт значение

~34,5 рад, это в 144 раз больше. При этом радиационный эффект

увеличивается почти в два раза при уменьшении эффективной защиты с 7,5

до 1,5 г/см2, тогда как доклад НАСА указывает на обратное. Для Аполлон 8 и Аполлон 11

официальные дозы радиации составляют, соответственно, 0,16 и 0,18 рад.

Расчет дает 19,4 рад. Это в 121 и 108 раз меньше, соответственно. И

только для Аполлон 14 официальные дозы радиации составляют 1,14 рад, что в 17 меньше расчетного.

Для

электронной составляющей РПЗ существует сезонные вариации. На рис. 5

представлены потоки релятивистских электронов за один пролет пояса по

данным ИСЗ ГЛОНАСС и геомагнитные индексы Кр и Dst за 1994-1996 гг.

Жирные линии представляют результаты сглаживания измерений.

Представленные данные демонстрируют хорошо заметные сезонные вариации:

потоки электронов весной и осенью в 5-6 раз больше минимальных – зимой и

летом.