Uzayda çalışmanın ve yaşamanın en büyük zorluklarından biri radyasyonun yarattığı tehdittir. Astronotların sağlığına zararlı güneş ve kozmik ışınların yanı sıra elektronik ekipmanlarını tehdit eden iyonlaştırıcı radyasyon da vardır. Bu, yörüngeye gönderilen tüm uzay araçlarının, uyduların ve uzay istasyonlarının genellikle oldukça ağır ve/veya pahalı malzemeler kullanılarak korunmasını gerektirir.
Alternatifler yaratmak isteyen bir mühendis ekibi, hafif ve mevcut yöntemlerden daha uygun maliyetli radyasyon kalkanı üretmek için yeni bir teknik buldu. Gizli bileşen, onlara göre yakın zamanda yayınlanan araştırma , metal oksitlerdir (aka. pas). Bu yeni yöntemin çok sayıda uygulaması olabilir ve uzay fırlatmaları ve uzay uçuşlarıyla ilgili maliyetlerde önemli bir düşüşe yol açabilir.
Araştırma ekibinin çalışması çevrimiçi olarak yayınlandı ve bilimsel derginin Haziran 2020 sayısında yer alacak. Radyasyon Fiziği ve Kimyası . Çalışma, üst düzey bir sistem mühendisi olan Michael DeVanzo tarafından gerçekleştirildi. Lockheed Martin Uzay ve nükleer mühendislik doçenti Robert B.Hayes Kuzey Karolina Eyalet Üniversitesi .
Elektromanyetik Spektrum görselleştirildi. Kredi bilgileri: NASA
Basitçe söylemek gerekirse, iyonlaştırıcı radyasyon etkileşime girdiği atomlar ve moleküller üzerinde enerji biriktirerek elektronların kaybolmasına ve iyonların üretilmesine neden olur. Dünya'nın koruyucu manyetik alanı ve yoğun atmosferi sayesinde, Dünya'da bu tür radyasyon bir sorun değildir. İçinde Uzay ancak iyonlaştırıcı radyasyon çok yaygındır ve üç kaynaktan gelir – galaktik kozmik ışınlar (GCR'ler), güneş patlaması parçacıkları ve Dünya'nın radyasyon kuşakları (aka. Van Allen Kuşakları).
Bu tür radyasyona karşı korunmak için uzay ajansları ve ticari havacılık üreticileri tipik olarak hassas elektronikleri metal kutulara yerleştirecektir. Kurşun veya tükenmiş uranyum gibi metaller en fazla korumayı sağlarken, bu tür bir koruma, bir uzay aracına önemli miktarda ağırlık katacaktır.
Bu nedenle, bir kalkanın ağırlığı ile sağlayacağı koruma arasında en iyi dengeyi sağladığına inanıldığından alüminyum kutular tercih edilir. Prof. Hayes olarak açıkladı , o ve DeVanzo, daha iyi koruma sağlayabilecek ve uzay aracının toplam ağırlığını daha da azaltabilecek malzemeleri araştırmaya çalıştı:
“Yaklaşımımız, aynı seviyede radyasyon koruması sağlamak ve ağırlığı %30 veya daha fazla azaltmak için kullanılabilir veya en yaygın kullanılan koruma tekniklerine kıyasla aynı ağırlığı koruyarak korumayı %30 veya daha fazla artırabilirsiniz. Her iki durumda da, yaklaşımımız ekranlamanın kapladığı alanın hacmini azaltır.”
O ve DeVanzo'nun geliştirdiği teknik, toz haline getirilmiş oksitlenmiş metali (pas) bir polimere karıştırmaya ve daha sonra onu elektroniklere uygulanan ortak bir kaplamaya dahil etmeye dayanır. Metal tozları ile karşılaştırıldığında, metal oksitler daha az koruma sağlar, ancak aynı zamanda daha az toksiktir ve bir uzay aracının elektroniğine müdahale edebilecek aynı elektromanyetik sorunları oluşturmaz. DeVanzo olarak açıkladı :
'Radyasyon taşıma hesaplamaları, metal oksit tozunun dahil edilmesinin geleneksel bir kalkanla karşılaştırılabilir bir koruma sağladığını gösteriyor. Düşük enerjilerde, metal oksit tozu hem elektroniğe gelen gama radyasyonunu 300 kat azaltır, hem de nötron radyasyonu hasarını %225 oranında azaltır.”
Hayes, 'Aynı zamanda, kaplama bir koruyucu kutudan daha az hacimlidir,' diye ekledi. 'Ve hesaplamalı simülasyonlarda, oksit kaplamanın en kötü performansı, aynı ağırlıktaki geleneksel bir kalkandan hala %30 daha fazla radyasyon emdi. Üstelik oksit partikülü, aynı miktardaki saf metalden çok daha ucuz.”
Uzay tabanlı elektroniklerin ağırlığını ve maliyetini düşürmenin yanı sıra, bu yeni yöntem, uzay görevlerinde geleneksel korumaya olan ihtiyacı potansiyel olarak azaltabilir. İleriye bakıldığında, DeVanzo ve Hayes, çeşitli uygulamalar için koruma tekniklerini ince ayar yapmaya ve test etmeye devam edecek ve endüstride kullanım için teknoloji geliştirmelerine yardımcı olacak endüstri ortakları arıyorlar.
Daha fazla okuma: NCSU , Radyasyon Fiziği ve Kimyası