Создана модель, просчитывающая радиационное поле внутри космических аппаратов

Актуальной задачей космической радиобиологии является оценка радиационного риска для космонавтов, совершающих межпланетные перелеты, в частности полета на Марс. Во время перелета внутри космических аппаратов формируется сложное радиационное поле излучения, обусловленное взаимодействием галактического космического излучения (ГКИ) с аппаратом.

Это излучение представлено высокоэнергетичными заряженными частицами: от протонов вплоть до ядер никеля. Подобное поле излучения количественно и качественно отличается от земного. Поэтому экспериментальные исследования в области космической радиобиологии в силу специфичности космической радиации ведутся в земных условиях на ускорителях заряженных частиц, так как на данный момент нет иных способов получения столь высокоэнергетичных ядер. Однако при проведении экспериментов обнаруживается ряд существенных проблем, например, они не могут в полной мере воспроизвести весь набор присутствующих в космосе частиц.

Для решения этой проблемы сотрудниками лаборатории радиационной биологии (ЛРБ) Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) была разработана и исследована математическая модель облучательной установки (симулятора ГКИ). Результаты проведенных исследований доказывают работоспособность предлагаемого подхода. Симулятор, построенный по предлагаемой схеме, может быть реализован на проектируемых в рамках проекта NICA каналах для прикладных исследований на нуклотроне ОИЯИ. Этот симулятор может послужить уникальным инструментом, при помощи которого возможно будет изучать воздействие космического излучения на биологические объекты или электронику.

Зарегистрированная программа предназначена для визуализации исходных и результирующих данных, а также параметров компьютерной модели симулятора. Простейшая схема симулятора состоит из нескольких конвертеров, которые собираются из цилиндрических секторов мишеней различных толщин. Мишени в основном состоят из полиэтилена с включением железа. Примером выполнения программы является график относительного распределения частиц модели симулятора, а также визуальное изображение исходных и результирующих дифференциальных спектров плотности потока частиц.

Иван Гордеев, аспирант Инженерно-физического института (ИФИ) Государственного университета «Дубна», ответил на вопросы «Ъ-Науки»:

— Что изучает космическая радиобиология?

— Одно из направлений радиобиологии — космическая радиобиология, в рамках которой изучают действие ионизирующего излучения, которое может встречаться в космосе, например тяжелых заряженных частиц, на биологические объекты.

— Что такое нуклотрон и зачем он нужен?

— Это уникальный сверхпроводящий ускоритель (синхротрон), созданный в ОИЯИ. Данный ускоритель является частью ускорительного комплекса NICA и позволяет получать пучки протонов и многозарядных ионов.

— Расскажите подробнее о проекте NICA.

— NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) — это новый ускорительный комплекс. Он разработан в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна, Россия) с целью изучения свойств плотной барионной материи. В лаборатории комплекса ученые ОИЯИ смогут создать особое состояние вещества, в котором наша Вселенная пребывала вскоре после Большого взрыва,— кварк-глюонную плазму (QGP). Комплекс позволяет изучать важные проблемы физики. Например, природу и свойства сильных взаимодействий между элементарными составляющими Стандартной модели физики элементарных частиц — кварками и глюонами. С помощью ускорителя ученые ищут признаки фазового перехода между адронной материей и QGP и новые фазы барионной материи, изучают основные свойства вакуума.

NICA обеспечит широкий спектр пучков: от протонов и поляризованных дейтронов до очень массивных ионов золота. Тяжелые ионы будут ускорены до кинетической энергии 4,5 ГэВ на нуклон, протоны — до 12,6 ГэВ. Сердцем комплекса NICA является модернизированный ускоритель «Нуклотрон» (работает в ОИЯИ с 1993 года). На кольцах коллайдера NICA предусмотрены две точки взаимодействия: одна для исследований тяжелых ионов с детектором MPD, а другая для поляризованных пучков в эксперименте SPD.

— Как конкретно будет использоваться предлагаемый симулятор в исследованиях на нуклотроне?

— Сначала необходимо разработать и построить прототип симулятора, это может быть выполнено на основании проведенного компьютерного моделирования. Симулятор может быть размещен на выведенном пучке из нуклотрона. Для этого в рамках комплекса NICA существуют каналы для прикладных исследований, в частности Станция исследований медико-биологических объектов (СИМБО).

— Как можно будет использовать полученные данные в реальных космических полетах?

— Результаты исследований, полученные при помощи симулятора, позволят оценить риски, связанные с космическим излучением. При помощи симулятора возможно моделировать смешанное радиационное поле, близкое по своим характеристикам к полю излучения, которое формируется внутри космических аппаратов за время межпланетных перелетов. То есть установка предназначена для исследований перед полетом. Это уникальный инструмент, при помощи которого можно оценить воздействие излучения не только на живые организмы, но и на аппаратуру, которая будет находиться на борту космических аппаратов.

Подготовлено при поддержке Минобрнауки