Kosmické záření bylo jedním z nejzajímavějších témat diskutovaných na konferenci ICHEP 2024, která proběhla v druhé polovině července v Praze. Ve vesmíru probíhá celá řada procesů, které produkují částice ve velmi širokém rozpětí energií. Relativně nízkou energii mají částice, které dominantně pocházejí ze slunečního větru. Maximálně jde o desítky až stovky megaelektronvoltů. Částice s energiemi v jednotkách až stovkách gigaelektronvoltů jsou dominantně galaktického původu, tedy z naší Galaxie. Pokud má galaktické kosmické záření nižší energie, neproniká magnetickým polem unášeným slunečním větrem. Heliosféra, kterou tak Slunce vytváří, nás od galaktického kosmického záření stíní. Pro energie kosmického záření vyšší, než jsou jednotky teraelektronvoltů, je už v naší Galaxii nedostatek zdrojů. Kosmické záření těchto extrémně vysokých energií, které pozorujeme u Země, je tak extragalaktického původu.
Kosmické záření slunečního původu je velmi proměnlivé, jeho intenzita je velmi silně ovlivněna sluneční činností. Dramaticky roste během slunečních erupcí. V obdobích silné aktivity Slunce je intenzita slunečního kosmického záření velmi vysoká a ohrožuje i kosmonauty, kteří budou mimo ochranu magnetického pole Země. O ochraně před ním je nedávný článek, detailně popisující radiační dávky, ke kterým může vést při cestě k Měsíci a na Mars. Podrobněji je o vlastnostech kosmického záření ve dvou dřívějších článcích (zde a zde).
Jak už bylo zmíněno, galaktické kosmické záření je ovlivněno magnetickým polem spojeným se slunečním větrem a závisí na sluneční činnosti. V době maxima sluneční činnosti je toto pole nejintenzivnější. Galaktické kosmické záření je tak v době slunečního maxima nejvíce vytlačováno a v té době je v okolí Země minimum tohoto záření. V době minima sluneční činnosti je pak maximum intenzity galaktického kosmického záření ve Sluneční soustavě. Tyto změny způsobené heliosférou jsou pozvolné, a ne tak dramatické jako změny slunečního větru, zhruba v řádech desítek procent. Nejméně je činností Slunce ovlivněno extragalaktické kosmické záření.
Jak kosmické záření detekovat?
U kosmického záření relativně nízkých energií, tedy slunečního původu, je to nejjednodušší. Jeho intenzita, tedy počet částic na jednotkovou plochu a časovou jednotku, je nejvyšší a stačí relativně malý detektor. Pro velmi nízké energie je však třeba řešit problém s pohlcením záření ve vrstvách obklopujících citlivý objem detektoru. Takové jsou umisťovány na celou řadu vesmírných sond, které studují sluneční kosmické záření a průběh jeho změn.
U galaktického kosmického záření je energie daleko vyšší a detekční sestava tak musí mít větší rozměr. Protože intenzita kosmického záření klesá exponenciálně, rychle roste velikost detekční sestavy potřebné pro studium stále vyšších energií. Počet takových detekčních sestav, které umožňují studovat galaktické kosmické záření, už je méně a patří mezi ně právě i hmotnostní spektrometr AMS-02 na orbitální stanici ISS.
Ještě vyšší energie má extragalaktické kosmické záření. Jeho intenzita už je tak malá, že zatím nedokážeme ve vesmírném prostoru realizovat tak velký detekční systém, aby tyto velmi vysoké energie mohl zkoumat. V tomto případě se tak využívá jako součást obrovského detektoru zemská atmosféra. Částice kosmického záření se zmíněnými obrovskými energiemi vytvářejí v atmosféře interakcemi s atomovými jádry, které tříští, rozsáhlou spršku částic. V noci tak můžeme pomocí speciálních teleskopů pozorovat světelný efekt, který sprška částic při průchodu atmosférou vyvolává. Sprška částic, hlavně mionů, doletí až na povrch Země. V té době je už sprška velmi široká, čím je energie původní částice kosmického záření větší, tím je širší. Pokud se tak osadí velká plocha s odpovídající hustotou detektory mionů, lze zaznamenat pomocí spršky i primární částice kosmického záření s extrémně vysokou energií a extrémně malou pravděpodobností.
Největším detekčním systémem částic kosmického záření tohoto typu je Observatoř Piera Augera v Argentině. Její výhodou je, že používá obě popsané metodiky. Na její výsledky se podíváme někdy později. V tomto článku se budeme věnovat výsledkům studia galaktického kosmického záření pomocí spektrometru AMS-02 na vesmírné stanici ISS.
Spektrometr AMS-02 (Alpha Mass Spectrometer)
Spektrometr AMS-02 měl velmi pohnutou cestu na oběžnou dráhu. Připravoval se už od devadesátých let minulého století. Na stanici ISS měl letět už v roce 2005, ale nakonec letěl předposledním letem raketoplánu v roce 2011. Šlo o výjimečně navíc schválený let speciálně pro toto zařízení. Jeho program se plánuje a činnost kontroluje z laboratoře CERN. Zároveň jeho design doznal změn. Základem hmotového spektrometru je magnet, ten měl být původně supravodivý, viz článek na Oslovi z té doby. Nakonec se rozhodlo, že bude klasický teplý. To se ukázalo být velice dobrým rozhodnutím. V případě supravodivého magnetu je potřeba zajišťovat tekuté hélium, je třeba mít extrémně nízké teploty. Životnost zařízení na ISS by tak byla omezena na několik let. Nyní je životnost spektrometru omezena jen dobou provozování celé stanice a pracuje již více než deset let. V provozu by tak měl být do roku 2030.
Pro identifikaci nabité částice a určení její energie lze velice efektivně využít magnetické pole. Pohyb nabité částice závisí na jejím náboji a hybnosti (tedy i na její hmotnosti a energii). Srdcem spektrometru je tak velký elektromagnet, který vytváří intenzivní magnetické pole. Celkově jde o velmi komplexní sestavu detektorů. Je to dáno tím, že musí umožnit odlišit velmi lehké elektrony a pozitrony i těžké protony, a ještě těžší jádra. Podívejme se na to, jaké detektory v sestavě jsou (viz obrázek).
Úplně vpředu je první z řady křemíkových dráhových detektorů, které zaznamenají polohu, kde částice do detekčního systému vletěla. Za ním následuje detektor přechodového záření, který identifikuje lehké částice elektrony a pozitrony. Pak následuje horní detektor, který je součástí systému měřícího dobu letu částice a určuje ionizační ztráty a tím i náboj iontu. Pak už je srdce detektoru, tedy velký magnet, ve kterém je několik dalších křemíkových dráhových detektorů. Ty zjišťují změnu dráhy částice v daném magnetickém poli. Za ním je nejdříve druhá část systému pro určení doby letu částice a pak čerenkovský detektor, který ještě lépe odliší lehké elektrony a pozitrony o těžkých iontů. Závěrečným detektorem je elektromagnetický kalorimetr, který určuje celkovou energii elektronu a pozitronu. Systém nakonec doplňují detektory okolo, které jsou zapojeny v antikoincidenci a potlačují pozadí částic, které dopadají do spektrometru z boku. Jsou tedy kritické pro odstranění nežádoucího pozadí. Celá sestava, tak perfektně identifikuje elektrony, pozitrony a protony i antiprotony a těžší jádra (případně i antijádra) a měří velmi přesně jejich energii. Její hmotnost je 7,5 tun a rozměry 3̗×4×5 m3.
Výsledky spektrometru AMS-02
Spektrometr AMS-02 je nejpřesnější dosavadní přístroj zaměřený na studium galaktického kosmického záření. Jeho obrovskou výhodou je i to, že funguje řadu let a nyní začal už druhé desetiletí. Jak už bylo zmíněno, galaktické záření s energií nižší, než jsou desítky a stovky megaelektronvoltů se do Sluneční soustavy a heliosféry nedostane, je vytlačeno magnetickým polem vytvořeným slunečním větrem. Nabité částice galaktického kosmického záření jsou ovlivněny heliosférou i při vyšší jejich energii. Ta ovlivňuje jejich směr i zmenšuje počet těch, které se dostávají do blízkosti Země. Ovlivnění je tak různé pro elektrony, pozitrony a různě těžká jádra. Intenzita slunečního větru i jim vytvořeného magnetického pole silně závisí na sluneční aktivitě, a tedy i fázi slunečního cyklu. Ten trvá celkově 22 let, prvních 11 let cyklu je při jedné orientaci magnetického pole a druhých 11 let při opačné orientaci.
Složení a intenzita galaktického kosmického záření se tak mění v čase v souvislosti se sluneční činností a tím i fází slunečního cyklu. Spektrometr AMS-02 je první kosmický přístroj svého druhu, který zkoumal záření v této oblasti už více než polovinu slunečního cyklu, tedy 11 let. Pokud bude pracovat do roku 2030 tak pokryje téměř celou dobu slunečního cyklu. U předchozích sond, které studovaly galaktické kosmické záření, nebylo jasné, jak bylo jejich měření ovlivněno sluneční aktivitou danou fází slunečního cyklu. Nyní se u těchto měření pomocí poznání vlivu sluneční aktivity získané pomocí spektrometru AMS-02 sníží systematické nejistoty. Za dobu dosavadní práce už spektrometr AMS-02 zaznamenal přes 220 miliard částic a jader kosmického záření. Na datech pozorování jader se velice dobře ukazuje, že nižší intenzita galaktického kosmického záření je v době maxima sluneční aktivity a vyšší v době jejího minima. Čím je vyšší energie tohoto záření tak se tento efekt projevuje méně. Nižší je také pro jádra s nižším nábojem. Dobře patrný je jev pro lehká jádro do energie okolo 20 GeV.
Jak galaktické kosmické záření vypadá mimo heliosféru, zkoumají pouze sondy Voyager, které jí už opustily. Ovšem jejich detektory částic mají pouze omezené schopnosti. I zde však má většina galaktického záření směr ovlivněny magnetickým polem, a to tím galaktickým. Nelze tak určit směr, kde leží jeho zdroj. Magnetické pole však nemění energii (velikost hybnosti) nabité částice. Proto je tak důležité měřit energetické spektrum jednotlivých nabitých částic, které nese přímou informaci o zdrojích kosmického záření.
Tok (intenzita) částic kosmického záření klesá exponenciálně s energií. Pro názorné zobrazení se tak využívá logaritmická stupnice v energii, a ještě se intenzita normuje mocninou energie tak, aby byla směrnice závislosti v daném rozsahu blízka nule. Místo energie je pak využívána rigidita, které je na hybnosti, a tedy i energii závislá.
Chemické složení a oddělení primární a sekundární složky
Připomeňme si, které zdroje kosmického záření mohou existovat. V galaxii je celá řada objektů, u kterých může docházet k urychlování nabitých částic. Jde například o výtrysky vznikající v akrečních discích okolo kompaktních konečných stádií ve dvojhvězdách s hmotnou složkou, ze které na něj přetéká hmota. Dalšími jsou výbuchy supernov, splynutí neutronových hvězd a pulsary. Psali jsme o nich v nedávném článku. Velká část jader galaktického kosmického záření vzniká během hvězdného vývoje velmi těžkých hvězd a je pak urychlena během výbuchu supernov. Zatím hypotetickou možností produkce částic kosmického záření s vysokou energií je rozpad nebo interakce (anihilace) částic temné hmoty.
Ještě dalším zdrojem kosmického záření je interakce primárního kosmického záření s jádry plynu, kterým je vyplněn mezihvězdný prostor. I ve vesmíru, stejně jako v zemské atmosféře můžeme mluvit o dvou komponentách kosmického záření, o primární a sekundární. U Země jsou primární částice a jádra, která přiletěla z vesmírného prostoru, a sekundární produkty interakce primární komponenty s atomovými jádry v atmosféře. U galaktického záření jsou primární komponentou částice a jádra vzniklá v popsaných vesmírných zdrojích a sekundární složka pak částice a jádra vzniklá při srážkách primární komponenty s atomovými jádry plynu vyplňujícího galaktický prostor.
Důležitým cílem studií pomocí spektrometru AMS-02 je tak oddělení a identifikace sekundární komponenty. Složení primární komponenty by mělo být velice podobné chemickému složení hmoty ve vesmíru. V něm existují prvky nebo izotopy, jejichž přítomnost je velmi nízká, prakticky nulová. Jde například o deuterium. Deuteron má velmi malou vazebnou energii a v primordiálním vesmíru i ve hvězdách ve fúzních reakcích velice lehce a rychle zaniká. Podobné „díry“ v chemickém složení primární komponenty kosmického záření jsou u některých dalších lehkých prvků, jako je lithium, beryllium, bor a fluor. Pokud tedy v galaktickém kosmickém záření pozorujeme v nezanedbatelném množství tato jádra, patří k sekundární komponentě a jejich původ je ve srážkách primárních jader kosmického záření s mezihvězdným plynem.
Jestliže ve srážkách jader primární komponenty s mezihvězdným plynem vznikají jádra sekundární komponenty, musí v interakcích s mezihvězdným prostředím primární jádra zanikat. Se vzdáleností, kterou proletěly, jich tak ubývá. Jejich směr pohybu ovlivňuje galaktické magnetické pole. Doletí tak na omezenou vzdálenost. A ta je tím menší, čím větší je náboj jádra. Ionty hélia nám tak nesou informaci z větší vzdálenosti, než je tomu u jader iontů železa (viz obrázek).
Poprvé byly podrobně studovány deuterony z kosmického záření. Předpokládalo se, že jak deuterony, tak i helium 3, vznikají rozbitím helia 4. Tedy u obou se předpokládalo, že jde pouze o sekundární složku. Ukazuje se, že se poměr mezi počtem deuteronů a heliem 4 mění jinak s rigiditou, než je tomu u poměru mezi heliem 3 a heliem 4. Rozdíl v průběhu těchto poměrů ukazuje, že deuterony v galaktickém kosmickém záření by měly mít i významnou primární složkou.
Ukazuje se, že spektrometr AMS-02 umožňuje studovat podíl primární a sekundární složkou. Potvrdil, že u jader se sudým Z je jen malá příměs sekundární komponenty a u těch s lichým Z pak daleko vyšší.
Z přesného měření kosmického záření s vysokými energiemi, pravděpodobností (účinných průřezů) jejich reakcí s jádry a složení a hustotě mezihvězdného plynu se dá modelovat produkce a složení sekundární komponenty kosmického záření. Díky přesným datům o spektrech různých jader a možnosti namodelovat sekundární složku máme možnost zjistit spektrum primárních jader. Z něho pak bude možné identifikovat různé zdroje této primární komponenty. Právě ostré změny směrnice závislosti intenzity na energii lze považovat za známku existence dalšího nového zdroje těchto urychlených jader.
Antihmota – antiprotony a antihelia
Pokud nejsou v našem vesmíru oblasti složené z antihmoty, tak tato vzniká ve srážkách částic a jader s vysokou energií. Jde o antiprotony. Ve srážkách těžkých jader s ultrarelativistickými energiemi se sice dají vyprodukovat i antihélia 4, ale s extrémně malou pravděpodobností. Poprvé se to podařilo na experimentu STAR v Brookhavenu, viz zde. Podrobněji je produkce a studium lehkých jader a antijader na urychlovačích analyzována v pozdějším článku. Jádra kosmického záření jsou lehčí, a to se týká i mezihvězdného plynu. Možnost, že by spektrometr AMS-02 zachytil antihélium ze sekundární složky kosmického záření je extrémně malá. Ovšem pro určení přesné hodnoty pravděpodobnosti vzniku antihélia nám pomáhají experimenty na urychlovačích.
Pokud tak spektrometr antihelium 4 zachytí, potvrzovalo by to existenci částí vesmíru z antihmoty nebo nějaké exotické možnosti jeho produkce ve srážkách kosmického záření. Antihélium by totiž mohlo masivně vznikat v oblasti vesmíru s převahou antihmoty a pro těžší antijádra jsou nutné i antihvězdy. To byl i jeden z důvodů konstrukce tohoto spektrometru. Pokud AMS-02 antihélium nezaznamená, nemusí být existence antihmotné oblasti v našem vesmíru vyloučena. Pravděpodobnost, že jádra kosmického záření z něj dorazí až k nám se vzdáleností rychle klesá. Nepozorování antihélia 4 je dalším důkazem, že v našem Vesmíru oblasti z antihmoty nejsou, nebo jsou extrémně daleko. Jiným důkazem této skutečnosti je nepozorování gama záření z anihilace, která by musela probíhat na hranicích mezi částmi s hmotou a antihmotou.
Naopak, pokud se detekce nějakého antihélia potvrdí, ještě to nemusí prokazovat existenci oblastí s antihmotou v našem vesmíru, může jít také exotické procesy interakce kosmického záření. Při velmi malém počtu kandidátů na detekci antihélia je navíc potřeba velmi pečlivě rozebírat, zda určená hmotnost, náboj a rigidita (hybnost, energie) odpovídají předpokládané identifikaci. Zároveň je třeba vyloučit to, že jde o pozadí, které vzniká falešnou interpretací jiného děje. Je třeba připomenout, že jednotky kandidátů na antihélia se pozorují na pozadí milionů detekcí jader a částic kosmického záření. Seriózní prezentaci problematiky pak podle mě docela škodí bulvární prezentace předběžných nedokončených analýz, jako se objevila v anglické originále prezentovaném v nedávném článku.
Intenzita antiprotonů je zhruba deseti tisícina intenzity protonů. Antiprotony vznikají jako sekundární komponenta ve srážkách vysokoenergetických jader kosmického záření. Zatím hypoteticky však mohou vznikat i z reakcí částic temné hmoty. V tomto případě vznikají ve dvojici s protony, takto produkované protony jsou však těžko pozorovatelné na pozadí protonů urychlených ve vysokoenergetických procesech u supernov a dalších podobných zdrojů.
V případě vyšší rigidity (hybnosti, energie) není tvar spektra antiprotonů příliš odlišný od spektra protonů. To by mohlo naznačovat, že není jen sekundární zdroj antiprotonů, ale také primární. Co by bylo tím primárním zdrojem, a jaký je poměr mezi primární a sekundární složkou protonů a antiprotonů v kosmickém záření by měly ukázat další měření a jejich analýza.
U antideuteronů se zatím nepodařilo pozorovat ani podezřelé případy. Analýza pozorování antijader v kosmickém záření je velmi důležitým zdrojem informací o našem Vesmíru.
Elektrony a pozitrony
Spektrometr AMS-02 znamenal dramatický posun v přesnosti měření spektra elektronů a pozitronů kosmického záření v oblasti energií jednotek až stovek gigaelektronvoltů. Spektra elektronů a pozitronů se dramaticky liší nejen v absolutních hodnotách toku (intenzity) částic, ale i ve svém tvaru. U pozitronů se jasně ukazuje nový dodatečný zdroj, kterým může být nějaký vesmírný objekt produkující vysokoenergetické záření nebo interakce částic temné hmoty.
Tvar spektra pozitronů vznikajících ve srážkách jader kosmického záření s velmi vysokou energií s mezihvězdným plynem lze nasimulovat poměrně přesně z našich dosavadních znalostí. Přebývající část znamená nějaký neznámý nový zdroj pozitronů. Tím můžou být známé zdroje, jako například pulsary, nebo zdroje hypotetické, například interakce částic temné hmoty. Ten nový zdroj se může projevovat i v případě elektronů, ale kvůli daleko vyšší intenzitě elektronů v kosmickém záření z jiných zdrojů na jejich pozadí zaniká. Zdá se, že právě ještě přesnější pozorování pozitronů by mohla identifikovat částice temné hmoty, pokud jsou tímto novým zdrojem.
Závěr
Spektrometr AMS-02 dramaticky posunul naše poznání kosmického záření s energií mezi hodnotami v řádu stovek megaelektronvoltů a stovek gigaelektronvoltů, tedy dominantně galaktického kosmického záření. Nyní známe poměrně dobře jeho chemické složení a dobrou informaci získáváme i pro podíl primární a sekundární složky kosmického záření.
Stejně tak se podařilo dramaticky zpřesnit údaje o antihmotě v kosmickém záření. Antiprotony mají pro vyšší energie podobný tvar spektra. Antideuterony se zatím nepozorovaly. U antihélia bylo pozorováno několik (jednotky) kandidátů na jejich pozorování. Zatím je však otázka, jestli to není pouze signál z pozadí, které vzniká dezinterpretací některých jevů v detekčním systému.
Dramaticky se podařila zlepšit data o spektrech elektronů a pozitronů. Zde je vidět dramatický rozdíl ve tvaru spektra pozitronů a elektronů. Ukazuje se existence nového zdroje, kterým mohou být klasické pulsary nebo hypotetické částice temné hmoty. V současné době jde o jednu z nejperspektivnějších možných signatur případné temné hmoty.
V roce 2025 by mělo proběhnout vylepšen zařízení spektrometru AMS-02. Před první křemíkový dráhový detektor se umístí ještě jeden, který bude větší a zvětší akceptanci, tedy plochu sběru částic kosmického záření, na 300 % původní. Spektrometr by pak měl pracovat až do roku 2030, kdy by měl skončit provoz stanice ISS. I když nebude doba této etapy měření tak dlouhá, statistika získaných dat se zvětší díky zlepšeným parametrům významně,
Celková statistika u pozitronů se zvýší natolik, že bude možné pozorovat ve spektru místo, kde by se měla intenzita nového zdroje měla snížit na úroveň příspěvku sekundární složky. Zpřesnění průběhu spektra by pak mohla pomoci k identifikaci nového zdroje pozitronů. Pro ještě větší přesnost a pozorování pozitronů s ještě vyšší energií bude třeba ještě větší detekční sestavu. I o takových se uvažuje, ale i samotný AMS-02 nás jistě ještě potěší.
Přednáška o kosmickém záření a ochraně před ním pro českou Mars Society
Rozptyl fotonů na fotonech
Autor: Vladimír Wagner (11.08.2020)
Ochrana před kosmickým zářením je klíčová pro lety na Měsíc i Mars
Autor: Vladimír Wagner (14.02.2024)
Diskuze:
Hodily by se odkazy na literaturu
Lenka Svobodová,2024-08-09 19:55:13
Jsem trochu zklamaná. V článku nic nebylo. Na co my pozemšťané potřebujeme vědět, kde záření vzniká?. Chtěla bych vědět, jaké spektrum energií má záření dopadající na zem a třeba i ve výšce 2000 m nad mořem. Z jakých částic se skládá.
Také by se hodily tloušťky polovrstev pro zachycení těch částic. Polovrstvy materíálů jsou větší pro vyšší energie záření. Na internetu jsou jen pro rentgenové záření a gama záření A-bomby, což je nepoužitelné.
Ve videu nějaké kusé, nejednoznačné informace jsou, ale já bych si raději přečetla vědecké učebnice. My na to nekoukáme pro zábavu, ale proto, že se blíží několik desetiletí dlouhé období snížené sluneční aktivity, během kterého bude intenzita galaktického záření zvýšená o více než 20%.
Re: Hodily by se odkazy na literaturu
F M,2024-08-09 22:57:01
V první řadě autoru za článek děkuji.
Ten článek má jiný účel než který vyžadujete, přesto si myslím, že odpovědi najdete. Zkuste si projít ty odkazy v článku (druhý odstavec) a případně si vyhledejte autorovy články zde na Oslu. Ty o druzích záření ochraně proti nim vám myslím mohou pomoci, ale spíše než prakticky tak jen vysvětlením.
Popravdě nevím k čemu jinému než pro zábavu/vzdělání/přehled vám tyto informace budou? Jak je v článku popsáno vysoce energetické částice jsou vzácné a nepomůže vám proti nim nic realistického. Zkoumaly se díky němu (miony) reaktory ve fukušimě, kde bylo stínění celým reaktorem. Naštěstí zvýšení o 20% z mála je stále málo.
Zdaleka největší dávku dostáváte z okolí, podloží/půda, stavební materiál, takže nejúčinnější ochrana je změření pozadí v oblastech kde se pohybujete a případné přestěhování/vyhýbání se pobytu, ale nevím zda je něco takového adekvátní k prakticky nulovému zvýšení rizika čehokoli.
Píši jen krátce, pokud by nestihl reagovat autor, každopádně ty odpovědi najdete v odkazech i v tom videu přímo pod článkem.
Re: Re: Hodily by se odkazy na literaturu
Lenka Svobodová,2024-08-10 21:30:09
Prosím vás neraďte, když tomu nerozumíte a nedoporučujte něco, co jste nečetl. Já jsem to vše četla i viděla. Dokonce jsem si video pustila víckrát a zjistil jsem, že pan Wagner tam jen jakoby mimochodem přiznal, že na zem dopadají jen neutrony. Ale o jaké enerGii, to už jsem nezjistila.
Prošla jsem několik odkazů na radiační váhový faktor WR "mion" ale nepodařilo se mi nic zjistit.
Proti vysoce energetickým částicím pomohou stínící materiály, přičemž polovrstva vody o síle 5 cm zachytí polovinu.
Když jsem dávala pozor, tak se ukázalo, že při slunečním minimu bývají intenzity galaktiického záření dvojnásobné, tedy o 100% vyšší, ne o 20%. Z jakého mála?
Na stránce https://www.epa.gov/radiation/calculate-your-radiation-dose
mi vyšlo, že na mou hlavu dopadá 45% kosmického záření ze všeho záření, protože využívám protiradonová opatření.
Jestli kosmické záření zvyšuje riziko čehokoliv, vy neumíte posoudit, protože lidi pracující se zářením, ze zásady nečtou publikace referující o škodlivosti záření.
Já si trvám na tom, že radiační váhové faktory WR byly špatně stanovené ze smrtelné dávky. Jenže při ozáření smrtelnou dávkou organizmus zemře dříve, než mohou u něj začít reparační procesy. Takže ve skutečnosti ty druhy záření, které způsobují opravitelné vady jsou až o 1 řád méně škodlivé. A obráceně, vysokoenergetické neutrony, které vyvolávají zdvojené zlomy DNA, urychlují stárnutí 10x více, než se uvádělo.
Re: Re: Re: Hodily by se odkazy na literaturu
F M,2024-08-11 00:51:22
Úvodem děkuji za poděkování za odpověď.
Nechápu to slovíčko "přiznal", to mi opravdu hlava nebere.
Miony reaguji neochotně, respektive nereagují silnou interakcí, ale rozvíjejí spršky a některé ty produkty již v těch tabulkách najdete.
Zdroj k tomu 20% zvýšení které mi otloukáte o hlavu: Lenka Svobodová,2024-08-09 19:55:13 tedy vaše otázka o kousek výše. 120% (nebo 200%) z 100% mála je opravdu stále málo, čímž vám nechci upírat tu kvantifikační otázku ani pocit, že to není dost málo, ale odpověď na to nechám jiným. Trochu vás postarším, někde jsem viděl i 100 násobná zvýšení, tuším při průchodu sluneční soustavy mezihvězdným oblakem, ale samozřejmě opět na horní straně atmosféry. Ta desetiletí berete kde?
Nevím jestli jsme oba četli stejné články, ale stínění 5cm vody je u opravdu energetických částic spíše ke škodě, rozvine se ta sprška a obdržená dávka roste. U vyhodnocení toho jaké energie vás zajímají vycházím z toho co jste napsala v původním příspěveku: "Na internetu jsou jen pro rentgenové záření a gama záření A-bomby, což je nepoužitelné." No a jelikož zde budou potřebné řádově až několika řádově tlustší, tak to pro praktické použití nemá žádný význam. Znovu pokud vás to zajímá pro zajímavost (nemám ten dojem) tak se omlouvám, lepší odpověď než desítky metry skály nad hlavou ze mě nedostanete (samozřejmě dávky tam budou nejspíše vyšší než na povrchu, leda se schovat pod viklan).
Vyplnění toho testu nemohu komentovat. Každopádně pěkný výsledek ořezat ty ostatní zdroje takhle na kost. Netuším však jak jste mohla a nejspíše bez měření ty hodnoty do těch pro USA lokalizovaných podmínek nálezt/vybrat. Možná vám, i když jste tu mapku nejspíše viděla, může pomoci toto: https://www.suro.cz/cz/faq/jake-hodnoty-davkoveho-prikonu-muzeme-v-cr-ocekavat. "Obsahu radioaktivních prvků v horninovém podloží ČR odpovídá příkon záření gama na zemském povrchu v rozsahu cca 0,006 - 0,245 μSv/h; Na území České republiky se příspěvek kosmického záření pohybuje zhruba v rozmezí 0,03 - 0,07 μSv/h.
Ano máte pravdu, já to "jestli kosmické záření zvyšuje riziko čehokoliv" na Zemi nejsem schopný posoudit. Kecám jsem, zvyšuje. I na Zemi, na to je odpověď prostinká. Ale potom se rozcházíme. Já, protože nejsem schopný posoudit tu míru, věřím odborníkům kteří říkají, že rizika u normálních občanů jsou minimální, a věřím, že pokud bude někdy aktuální to řešit tak nám to řeknou. Tím chci tvrdit, že se například má radon, pokud je ho příliš, odvětrávat, i jiných jejich rad je hodno dbát. Tedy pokud by jste ho doma měli zvýšené množství tak jsou ta "protiradonová opatření" jistě zdraví prospěšný počin, ale samozřejmě i přes ně ho doma 0 nemáte. To video i většinu těch článků jsem četl, v některých najdete i mé poděkování autoru. A to zohlednění účinků jednotlivých druhů záření mají odborníci v tom hodnocení již zahrnuté (rem/rad;Sv/Gy), ale to jste tam jistě viděla.
Pro zajímavost, dost odpovědí na ty otázky se skrývá v tom vašem odkazu na kalkulačku, například jsou tam ty nadmořské výšky.
Toto vám těch otázek zodpoví spoustu, ale tohle jsem již opravdu nečetl jen nahlédl: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2021SW002796
Děkuji za konstruktivní diskusi.
Re: Hodily by se odkazy na literaturu
Vladimír Wagner,2024-08-11 00:02:15
Paní Svobodová, vám ale přece nikdo nebrání si přečíst vědecké učebnice a publikace.
Tak si je přečtěte a zjistěte si vše, co vás zajímá. Hlavně z vašeho druhého příspěvku, kterým reagujete na odpověď čtenáře na váš první příspěvek, se mi však spíše zdá, že vám o reálné znalosti a čtení odborné literatury moc nejde, spíše o úplně něco jiného. Ale třeba se mýlím.
Takže odpovědi na některá témata naznačená ve vašich příspěvcích:
1) Vrstvy materiálu, které jsou potřeba na snížení intenzity daného záření na polovinu, jsou velice dobře spočítatelné pro všechny typy záření. Je celá řada programů, které interakci částic v různých materiálech popisují. Takže si pročtěte a nastudujte tu odbornou literaturu.
2) Obecně plátí: čím je větší energie nabité částice a čím je lehčí, tím méně ionizuje a tím větší má dolet v materiálu, pokud neinteraguje jinou interakcí než ionizací. A zároveň tak má i nejmenší zdravotní účinky (právě ionizace či jiná interakce způsobuje zdravotní poškození)
3) Z tohoto důvodu mají vysokoenergetické miony velmi dlouhý dolet v materiálu (kosmické miony se pozorují i desítky i stovky metrů pod zemí), ale zároveň je jejich zdravotní dopad minimální.
4) U protonů s vysokou energií dochází k rozvoji spršky a tak vznikají jak neutrony tak i miony, které v původním kosmickém záření nejsou.
5) Neutrony neionizují, ale interagují silnou interakcí jako protony, s vysokou energií způsobují spršku a s nízkou jsou poměrně rychle pohlceny.
6) To je důvod, proč na povrch Země skrz atmosféru doletí sekundární miony, ale sekundární neutrony minimálně. Poměr je zhruba ukázán na snímku 20 prezentace
7) Je třeba zdůraznit, že neutrony ionizují pouze sekundárně. I proto pro jejich vyšší energii jsou jejich zdravotní dopady nižší (vliv dávky). A ty s nízkou energií se zase v atmosféře snáze pohlcují.
8) Sluneční cyklus je 22 let (2x11 - dvě minima a dvě maxima), nevím jak jste přišla na několik desetiletí dlouhé období snížené sluneční aktivity, které nás nyní čeká.
9) Různé parametry, ze kterých se odhaduje velikost ekvivalentní a efektivní dávka, jsou určeny pro zjištění i stochastických dopadu záření, takže to není pouze pro smrtelnou dávku.
10) Poměr dávkového příkonu z přírodních zdrojů (bez radonu) v daném místě je dán geologickým podložím. Většinou zdroje pozemské převládají a teprve pro větší výšky začíná převládat kosmické záření (viz i objev kosmického záření).
11) Shrnutí: Galaktické kosmické záření se mění jen málo. Sluneční aktivita mění dramaticky (i o mnoho řádů) sluneční kosmické záření. Vliv na vytěsňování galaktického kosmického záření je menší než řád. Čím vyšší energie, tím nižší ovlivnění. Jak poznamenal pan F M, je jeho hustota velmi mala a exponenciálně klesá s energií. Čím nižší energie, tím je menší sprška a dolet v atmosféře. Máme dobrou představu, jaká je jeho intenzita a vliv v dobách slunečních minim. Takže víme, že jeho dopady na zdraví lidí (i zvířat) na Zemi je zanedbatelný. Problém by nastal, pokud by někdy v galaktickém měřítku blízko bouchla supernova.
Re: Re: Hodily by se odkazy na literaturu
F M,2024-08-11 00:58:34
Omlouvám se za tu druhou odpověď, začal jsem ji psát dříve než se zde objevila ta vaše, jinak by si ji odpustil. Prodloužilo se to čtením a přípravou na spánek:-(
Re: Re: Re: Hodily by se odkazy na literaturu
Vladimír Wagner,2024-08-11 10:09:26
Vůbec se neomlouvejte, oba vaše příspěvky jsou výborné. Moc za ně děkuji. A je dobré mít více odpovědí v diskuzi, každý dá do odpovědi trochu jiný pohled. A třeba to paní Svobodové pomůže lépe porozumět tomu, co máme na mysli.
Možná ještě doplním pro paní Svobodovou. Jestli ji dobře rozumím, tak její představa je, že pokud úplně odstraní radiaci, tak to sníží zdravotní rizika a prodlouží lidský život. Galaktické kosmické záření i v případě minima sluneční činnosti dává na povrchu Země takový příspěvek k efektivní dávce, že jeho zdravotní vliv je zanedbatelný. Vliv kosmického záření roste z nadmořskou výškou. Není pozorován žádný vliv jeho intenzity v obydlených oblastech v různých výškách na ně. Ovšem člověk ve velmi vysokých výškách dlouhodobě nežije. Jim způsobené efektivní dávky nemají pozorovatelný (alespoň prozatím) vliv na zdraví a dožití lidí. To platí pro nízké dávky záření obecně. Naopak jsou dokonce náznaky, že mohou být pro zdraví užitečné (viz radonové lázně a koupele). Dokonce jsou i hypotézy, zatím nepotvrzené, že by úplné odstranění záření vedlo ke zdravotním problémům. Něco podobného, jako když přehnaná čistota a dezinfekce může vést k růstu četnosti alergií. Ale zase zdůrazňuji, že jde o nepotvrzenou hypotézu, stejně jako ta, že zrušení radiace povede ke zlepšení zdraví a prodloužení života.
Re: Re: Re: Re: Hodily by se odkazy na literaturu
Lenka Svobodová,2024-08-11 15:24:35
Děkuji vám za vysvětlení. Zaujalo mě: Vrstvy materiálu, které jsou potřeba na snížení intenzity daného záření na polovinu, jsou velice dobře spočítatelné pro všechny typy záření. Je celá řada programů, které interakci částic v různých materiálech popisují.
Kde se ty programy hledají?. Já přes google nemůžu nic najít, ani odbornou literaturu. Řeknete mi klíčová slova, přes která to hledat?
Víte jakou energii mají protony z galaktického záření na povrchu země od do? Můžete to prozradit? Radši bych si to sama přepočítala, než se spoléhala na termíny minimálně nebo slabé.
O tom, že sluneční minimum bude trvat do roku 2050 jsem se dočetla na klimaskeptik.cz a ještě v iném článku, kde byla předpověď do roku 3000 n.l., ale už jej nemohu najít.
Také jsem se ptala, jak došli k číslu, že kosmické záření tvoří 15% z celkového ozáření osob? (U mně to je 45%) Takže museli dojít k nějakému číslu. Jak to změřili? Nebo z čeho to odhadli? Je to účinek neutronů nebo i mionů, případně gama záření a brzdného záření z ozářených stropů?
Objevují se zprávy, že zdvojené zlomy a neopravitelné jednoduché zlomy DNA jsou hlavní a jedinou příčinou stárnutí, a tudíž ani 15% nemůže mít zanedbatelný vliv.
Re: Re: Re: Re: Re: Hodily by se odkazy na literaturu
Vladimír Wagner,2024-08-11 16:59:52
Paní Svobodová, protony galaktického i extragalaktického záření. V atmosféře totiž kromě ionizace interagují silnou interakci s jádry atomů v atmosféře. Při tříštivé reakci vzniká řada hadronů a tzv. hadronová sprška (složená s protonů, neutronů a při dostatečné energii i pí mezonů a antiprotonů a antineutronů). Pokud tyto mají dostatečné energie způsobují další tříštivé reakce a rozvoj hadronové spršky. Rozpady pí mezonů produkují miony, elektrony, pozitrony a gama, tedy elektromagnetickou komponentu hadronové spršky. Hadronová sprška však i při maximální možné energii se v atmosféře rozmělní a její rozvoj skončí. Protony díky své ionizaci na zemský povrch téměř žádné nedorazí. Dorazí sem z ní pouze miony a stopa neutronů. Takže na úrovni moře je dle komise OSN (UNSCEAR 1998) průměrná roční efektivní dávka z kosmického záření přibližně 260 μSv pro miony a 26 μSv pro neutrony, což je zhruba 15 % celkové roční dávky ozáření populace z přírodního pozadí. To číslo 15 % je silně závislé na geologických podmínkách daného regionu, protože jiné zdoje přírodní radioaktivity jsou mnohem proměnlivější, než je tomu u kosmického záření.
Jak jsem psal interakce vysokoenergetických částic s hmotou popisují třeba programy FLUKA, GEANT požívané třeba ve vysokoenergetické fyzice. Více na neutrony je zaměřený (ale počítá celou řadu dalších částic a pochopitelně ionizaci nabitých částic) program MCNP používaný v reaktorové fyzice (pro vyšší energie neutronů a aplikace ADT je to verze MCNPX). Třeba na experimentu AUGER používají komplexní program CORSIKA, kde pro popis hadronové spršky pro nžší energie používají zmíněný program FLUKA a pro vyšší energie QGSJet II. Používá se také program COSMOS a pro přímé určování dávky třeba program PARMA. Ale například popis elmg interakce (ionizace) je v různých programech velmi podobný (stejný).
No, nejsem přesvědčen, že by klimaskeptik byl ten správný zdroj relevantních informaci. Vzhledem k tomu, že odborníci předpovídají pro 25 sluneční cyklus podobný průběh jako u 24. A nyní aktivita Slunce není na minimu (maximum má být v příštím roce a teprve v roce 2030 zase minimum. Pochybuji také o tom, že by pak sluneční aktivita zmizela.
Že je stárnutí způsobeno pouze poškozením DNA moc smysluplné není.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Hodily by se odkazy na literaturu
Lenka Svobodová,2024-08-11 22:01:09
To byl omyl, mě zajímají energie neutronů z galaktického záření, co dopadají na zem. To víte občas něco popletu.
Když už jste zmínil že průměrná roční efektivní dávka z kosmického záření přibližně 260 μSv pro miony a 26 μSv pro neutrony, potom mi to nějak nehraje a ještě by bylo nutné znát radiační váhový faktor pro miony. Nechtěl jste napsat 260 μGy pro miony? Protože 260 μSv dávají ty neutrony v množství 26 μGy.
Jak se dostanu k těm programům FLUKA, GEANT, MCNP? Jdou někde půjčit nebo stáhnout?
Proč není smysluplné, že je stárnutí způsobeno pouze poškozením DNA?
Co se týče malé doby ledové, tak kromě 22 letých cyklů jsou jěště 300 leté a také existuje 50 letý cyklus daný ohříváním moří a ten také bývá 25 let kladný a záporný. Ono se to z ničeho nic ochladí na 25 let. Takže já jsem asi zaměnila malou dobu ledovou za snížení sluneční aktivity. Ta sluneční aktivita asi tak dlouho snížená nebude. Nestydím se to přiznat. Chybička se vloudí.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Hodily by se odkazy na literaturu
Mintaka Earthian,2024-08-12 02:21:13
"Stárnutí organismů" je považováno za komplexní jev a charakterem neodpovídá tomu, že by mělo jednu primární příčinu. Také jde o mechanismus, který se, v rámci přírodního výběru, poměrně osvědčil.
Pokud by zásadní příčinou stárnutí mělo být poškození DNA způsobené kosmickým zářením, pak by letušky a piloti stárnuli signifikantně dříve, než lidé pracující někde hluboko v podzemí a námořníci z ponorek.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Hodily by se odkazy na literaturu
F M,2024-08-12 11:52:58
Asi jsem nepoučitelný, ale ještě zareaguji, spíše jen drobnými doplňky.
Některé buňky/tkáně se regenerují jen částečně, nebo vůbec https://www.wikiskripta.eu/w/Regenerace během života se nasbírá spousta poškození, mozek, srdce, svaly, klouby i jen prostou mechanickou cestou, k tomu zásobení krví a rostoucí "nedostatečnost" těch orgánů zatěžuje zbytek (prostě vzájemná zpětná vazba). Toxiny z prostředí a vlastního metabolismu v synergii s těmi slábnoucími orgány. Je toho samozřejmě mnohem více, jen poukazuji na existenci tohoto limitu zcela na záření nezávislého. V odborné literatuře se toho dá o stárnutí najít spousta, ale troufnu si vás varovat, že pokud s přijetím stárnutí máte problém, tak možná bude lepší nechat to být, protože stres je také velmi škodlivý a samozřejmě mimo tyto zdroje bych k jakékoli informaci, přistupoval velmi kriticky.
Nakolik jsem schopný, posoudit rady odborníků a známá fakta. Vynechme zde aktuální zdravotní stav, již rozvinuté chronické onemocnění, to je věc lékařů. Tak "to nejlepší co pro sebe může člověk udělat", je zdravý životní styl. Přiměřený a bohatý (v rámci možností) pohyb strava atd. Ze strany nebezpečí okolního světa, po motoristech a infekcích (pardon okrajový žert) a úrazech, mi tam vychází mnohem nebezpečnější než záření ta toxická zátěž, ale tam bych zde na Oslu spíše odkázal na pana Pazderu. Můj názor, je že následky těch ostatních rizik jsou přímo viditelné, jen u těch toxinů (zjednodušeně) je to také trochu skryto. A proto se v tomto smyslu přehlíží a více se bojíme té radiace, kde nemáme žádnou přímou zkušenost, nelze se jí vyhnout a je všude, přestože (v normálních podmínkách) je oproti těm ostatním relativně neškodná.
Bohužel, pro nás jako jedince, není lidské (tedy žádné) tělo projektováno na delší dobu života.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Hodily by se odkazy na literaturu
Vladimír Wagner,2024-08-12 10:30:05
Paní Svobodová, na otázky okolo stárnutí už se vyjádřil Mintaka Erthian. Jen bych dodal, že v různých místech Země jsou extrémně různé radiační podmínky (rozdíly v dávce jsou řádové). Rozdíly jsou dány geologickými podmínkami, ne kosmickým zářením. Přesto v oblastech s vysokou radiací nedochází ke zrychlování stárnutí. V Japonsku, kde je díky specifickému podloží nízká přirozená radiace, je sice hodně velká hodnota věku dožití, ale je to prodlužování věku dožití a ne zpomalení procesu stárnutí. Navíc je to způsobeno celou řadou vlivů, a to jiných než úroveň radiace. Také bych připomenul genetické nemoci, které způsobují velmi rychlé stárnutí. I na nich je vidět, že dominantně je stárnutí dáno jinými faktory, než uvádíte.
Uvádím, že jde o efektivní dávku, tedy váhové faktory (nízké pro miony a vysoké pro neutrony) jsou započteny a správně se uvádí sieverty. Jde o data z reportu organizace UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation). Tato organizace OSN se zabývá shromažďováním a analýzou vědeckých dat a výzkumu v oblasti rizik radiace. A to přesně v té oblasti, o kterou se zajímáte. Doporučil bych vám, než se začnete snažit potýkat s konkrétními Monte Carlo programy simulujícími průchod záření hmotou (ono totiž práce s nimi není pro laika úplně snadná), se trochu seznámit s problematikou a ujasnit si, co vlastně přesně chcete. Takže se koukněte na jejich stránky https://www.unscear.org/unscear/en/ a hlavně jejich výstupy, kde jsou také odkazy na různé analýzy a také i informace o tom, které případně simulační programy používaly a jakým způsobem.
Spektrum neutronů je blízké tříštivému spektru, posunutému k nízkým energiím moderací.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
