Тяжелые ядра в космосе – источник радиационной опасности вблизи
Земли и в межпланетном пространстве
Heavy Nuclei in Space – the Source of Danger
in the Vicinity of the Earth and in the Interplanetary Space
Mikhail PanasyukMoscow State University
Space Weather Effects on Humans:in Space and on Earth
International ConferenceSpace Research Institute
Moscow, RussiaJune 4-8, 2012
Apollo –11N. ArmstrongB. AldrinM. Collins
GCR (Fe)
The first “visualization” of HZE
Absorbed dose 0,5 Zv
Electrons
Nuclei
HZE particles effects
#
# S
EE
SEE
Years
Minimum of SA
Maximum of SA
Одиночные сбои и поток ГКЛ
Single Events Effects
HZE particles impact on microchips
HZE particles in the Earth’s Environment
Внешний пояс - р до ~ МэВ - е до нескольких МэВ
Внутренний пояс - р до сотен МэВ - е до нескольких МэВ
~7Rз
The Earth’s Radiation Belts
Потоки электронов и протонов различных энергий в плоскости геомагнитного экватора.
R - расстояние от центра Земли, выраженное в радиусах Земли. Стабильный пояс электронов с Ee > 20 МэВ выделен жирной
линией
Energy spectra of cosmic radiation
Solar wind (H)
Solar energetic particles Galactic and extragalactic
cosmic rays (H)
lg E (eV/nucl)3 9 12
10
-10
0
lg I
1 MeVn
6
1 GeVn 1 TeVn1keV/n
Radiation belts
Низкие высотыLow altitudes (LEO)
Радиационное окружение Земли
ISS
400 km
South Atlantic Anomaly
h=500km, 1970, B model JSFC12/66(1970)
AE8max
Магнитное поле
Частицы
h = 400 km
ЮАА
Ши
ро
та,
град
Долгота, град
SEE in the SAA
1980 1990 2000 2010Год
1E+1
1E+2
1E+3
1E+4
Пот
ок, 1
/(см
2 с)
L=1.14
L=1.16
L=1.18
L=1.20
протоны,>40 MэВ
W
Solar cycle dependence.
Protonflux
year
Atmospheric density
Secular Variations of Geomagnetic Field (Model IGRF)SAA: magnetic field secular variations
1950 1980 2010
- Magnetic field become weaker ( at h = const) - SAA moving to the west
~ 25 µ
CR track
Interection region
Sensitive region ~ 5 µ
neutrons
pα
Mg
Shielding
Semiconductor chip
Solar neutrons
Local neutrons
Albedoneutrons
GCR protons
Neutron Environment
0.1 1 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5
Ý í åðãèÿ , Ì ýÂ
1E-3
1E-2
1E-1
1E+0
1E+1
1E+2
1E+3
1E+4
1E+5
1E+6
1E+7
1E+8
1E+9
1E+10
1E+11
1E+12
1E+13
Ïîò
îê, 1
/(ñì
2*Ì
ýÂ)
Çàù èòà -10 ã/ñì 2
Ñ Ê Ë"î ò ê ð û ò û é ê î ñì î ñ"
ÃÊ Ë"î ò ê ð û ò û é ê î ñì î ñ"
n ÑÊËn ÃÊË
p ÑÊË
p ÃÊË
Secondary protons&neutrons
Local neutrons generation vs S/C mass
МИР
Neutron dose equivalent(μSv/h) Neutron dose equivalent rate was estimated using theenergy spectrum with the ICRP-74 coefficient .
Neutron dose equivalent (Goka et al)(From March 23 to July 7, All orbit)
650-750 км 1250-1350 км
2450-2550 км
Спутник APEX, эллиптическая орбита
Altitude dependence of SEE
SEP
Solar wind (H)
Solar cosmic rays
Galactic cosmic rays
lgE (эВ/нукл)3 9 12
1010
10-10
100
По
ток
час
тиц
, о
тн.е
д
1 МэВ/нукл
6
1 ГэВ/ нукл 1 ТэВ/ нукл1кэВ/нукл
Solar Energetic Particles
SEE during SEP’s events and modeling of SEE
SEE at LEO
How many HZE particles in SEP events?
HZE abundance in SEP
1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5E MeV
1E-71E-61E-51E-41E-31E-21E-1
1E+01E+11E+21E+31E+41E+51E+61E+71E+81E+9
1E+101E+11
Flu
ence
#/(
cm**
2*M
eV)
p
Fe
2000/07/1472 hours
ULEIS
SIS
GOES-8
1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5E MeV
1E-5
1E-4
1E-3
1E-2
1E-1
1E+0
Flu
ence
(Fe)
/Flu
ence
(p)
2000/07/14 - Fluence 72 hours
P**G
E**G
Nymmik, 2012,private communication
HZE abundance in SEP
1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6E MeV
1E-81E-71E-61E-51E-41E-31E-21E-1
1E+01E+11E+21E+31E+41E+51E+61E+71E+81E+9
1E+101E+11
F #
/(cm
**2*
MeV
)p
O
Fe
Abundance of HZE particles on the tail of SEP’s events is unerestimated?
Nymmik, 2012,private communication
«Нейтронный отклик» солнечных вспышек
“Neutron’s response” of solar flares
Neutron dose equivalent(μSv/h)
We have investigated the neutron dose equivalent insidethe ISS on the influence of solar flare.
Neutron dose equivalent(For 24 hours from 12(UT) on April 15)
Animation\animation.htm
Galactic cosmic rays
Галактические космические лучи
Потоки солнечнойплазмы
Направление
вращения
Солнца
Межпланетное магнитное поле Магнитосфера
планеты
R1 R2 R3< <
ГКЛ
GCR modulation
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
1955 1965 1975 1985 1995 2005 2015
Jo
(> 0
.1 G
eV
), m
-2s
-1s
r-1
Year
?
Instead of conclusions
PROBLEMS (just a sketch)
PROBLEMS
1. Limitation of knowledge to estimate the real risk
Роль фрагментов ядерных реакций p +Si
Продукты ядерного взаимодействия протонов КИ с материалом бортовой электроники генерируют с электронно-дырочные пары и дефекты, приводящие к сбою электроники
1Е-5
10 20 30 40 50 60 70 80
Порог
Насыщение
N Ne Ar Cu Kr Xe
Сеч
ени
е, с
бо
ев/ ч
асти
ц/ с
м2
ЛПЭ, МэВ /см2 /мг
1Е-3
## SEE vs LTE
However…
• Результаты испытаний
HXRHPPC на ТЗЧ
• Lintz et al, “ Single Event Effects
Hardening andCharacterization of Honeywell’s RHPPC
ProcessorIntegrated Circuit”
Rat’s expedition to Mars
Rat’s behavior is changing after 3 month’sof HZE exposure !
Expedition to Mars
Do we need one way ticket?
PROBLEMS
2. Limitation of on ground facilities for modeling of space environment
1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5
Ý í åðãèÿ , Ì ýÂ
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
1E-2
1E-1
1E+0
1E+1
1E+2
1E+3
1E+4
1E+5
1E+6
1E+7
Ïîò
îê,
íåéò
ð./(
ñì2
ñ Ì
ýÂ)
Àòì î ñô åðà Çåì ë è (â û ñî òà -16 êì , ø è ðî òà -56N)
Ï î â åðõí î ñòü Ë óí û
Ï î â åðõí î ñòü Ì àðñà
Í åé òðî í û î ò ÃÊËÌ àêñè ì óì ÑÀ - ñï ë î ø í û åÌ è í è ì óñ ÑÀ - ï óí êòè ðí àÿ
Neutrons in space and in the Earth’s atmosphere
How to minimize risk from HZE?
Electronics Onground space qualification tests (certification)
with using of accelerator’s facilities – just a black hole for funds
What to do ?- To combine design/manufacturing process with
radiation testing - To imply special soft/scheme/construction decisions to minimize SEE - Planning of missions
ЮАА
Ши
ро
та,
град
Долгота, град
Одиночные сбои в ЮААPlanning of missionsSpacecraft is a robot, but with elements a manual management by people
How to minimize risk from HZE?
Humans- To combine design/manufacturing process with
radiation testing
- To imply special soft/scheme/construction
decisions to minimize SEE
- Planning of missions, new estimation of risks
How to minimize risk from HZE?
Humans Planning of missions
Probably, we are on a way of developing temporal limitation for long-duration space missions on concept of new risk’s estimation
Time – the only real shield against HZE particles for human’s body in space
Thank you
Top Related