รังสีกาแลกติกทำให้สมองเสื่อมได้

สารบัญ:

วีดีโอ: รังสีกาแลกติกทำให้สมองเสื่อมได้

วีดีโอ: รังสีกาแลกติกทำให้สมองเสื่อมได้
วีดีโอ: EP23 : เทคนิคแก้ “สมองเสื่อม” โดยไม่ต้องทานยาตลอดชีวิต ❗️ 2024, มีนาคม
รังสีกาแลกติกทำให้สมองเสื่อมได้
รังสีกาแลกติกทำให้สมองเสื่อมได้
Anonim
การแผ่รังสีทางช้างเผือกอาจทำให้สมองเสื่อมได้
การแผ่รังสีทางช้างเผือกอาจทำให้สมองเสื่อมได้

ทีมนักวิจัยจากศูนย์การแพทย์มหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์ (URMC) ในนิวยอร์กได้ประกาศผลการวิจัยของพวกเขา นักบินอวกาศระยะยาวในอวกาศ เช่น ในระหว่างการบินไปยังดาวอังคาร อาจนำไปสู่ปัญหาสุขภาพอันเนื่องมาจากรังสีกาแล็กซี่ โดยเฉพาะการเสื่อมของสมองและอาจถึงขั้นเป็นโรคอัลไซเมอร์ด้วยซ้ำ

ภาพ
ภาพ

ก่อนหน้านี้ในปี 2555 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียได้รายงานข้อสรุปที่คล้ายกัน ดังที่ Natalia Teryaeva เขียนไว้ในหนังสือพิมพ์ Ploshchad Mira “หากคุณบินสำรวจดาวอังคารในยานอวกาศสมัยใหม่ การบินจะใช้เวลาอย่างน้อย 500 วัน ในช่วงเวลาของภารกิจอวกาศ สุขภาพของนักบินอวกาศอาจสูญหายไปอย่างถาวร

นี่เป็นหลักฐานจากผลการศึกษาของนักรังสีชีววิทยาและนักสรีรวิทยาชาวรัสเซีย ซึ่งได้มีการหารือกันที่สถาบันร่วมเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์ (JINR) ในการประชุมเยี่ยมชมของสำนักภาควิชาสรีรวิทยาและเวชศาสตร์พื้นฐานของ Russian Academy of Sciences

นักวิทยาศาสตร์มองเห็นอันตรายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการแผ่รังสีของกาแลคซี: มันสามารถกีดกันบุคคลที่มองเห็นและเหตุผลโดยที่จะไม่สามารถเข้าถึงเป้าหมายหรือกลับบ้านได้

แถลงการณ์ของนักวิจัยเกี่ยวกับอันตรายของไอออนหนักสำหรับสิ่งมีชีวิตของนักบินอวกาศไม่ได้เป็นเพียงการเก็งกำไร พวกเขาอยู่บนพื้นฐานของข้อมูลของการทดลองคันเร่งกับสัตว์ที่ดำเนินการในห้องปฏิบัติการชีววิทยาการแผ่รังสีของสถาบันร่วมเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์ (LRB JINR) ใน ความร่วมมือกับสถาบันปัญหาชีวการแพทย์ของ Russian Academy of Sciences (IMPB RAS), สถาบันชีวเคมี RAS (IBCh RAS) และความร่วมมือกับนักชีววิทยาจาก American National Space Agency (NASA)

ไอออนหนักน่ากลัวกว่าโปรตอน

ในห้วงอวกาศ - เหนือสนามแม่เหล็กของโลก - รังสีคอสมิกที่เป็นอันตรายซึ่งเล็ดลอดออกมาจากส่วนลึกของกาแลคซีกำลังรอมนุษย์อยู่

Mikhail Panasyuk ผู้อำนวยการสถาบันวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์ Skobeltsyn (SINP MSU) อธิบายว่า "รังสีคอสมิกของกาแลคซีเป็นกระแสของอนุภาคมูลฐาน - ไอออนเบาและหนัก" เหตุผลนี้เป็นปฏิสัมพันธ์กับสสารในกระบวนการ ของการถ่ายโอนในจักรวาล องค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุดของรังสีคอสมิกคือไฮโดรเจน ไอออนของมันคือโปรตอน อนุภาคเหล่านี้ถูกเร่งด้วยคลื่นกระแทก - เศษของการระเบิดซุปเปอร์โนวา ดาวดังกล่าวจะไม่ระเบิดในกาแลคซีของเรา บ่อยกว่าหนึ่งครั้งใน 30 -50 ปี

ฟลักซ์ของอนุภาครังสีคอสมิกของดาราจักรมีค่าคงที่ ตรงกันข้ามกับรังสีคอสมิกของสุริยะซึ่งเกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์หรือในตัวกลางระหว่างดาวเคราะห์ระหว่างเปลวสุริยะ ด้วยเหตุนี้การมีส่วนร่วมทั้งหมดของรังสีคอสมิกจากดวงอาทิตย์เป็นเวลานานจึงไม่มีนัยสำคัญ แต่ในช่วงเปลวสุริยะ (เป็นเวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวัน) ฟลักซ์ของรังสีคอสมิกของดวงอาทิตย์สามารถเกินฟลักซ์ของรังสีคอสมิกในกาแลคซีได้ นอกจากนี้พลังงานของอนุภาคของรังสีคอสมิกของดวงอาทิตย์ยังน้อยกว่าอนุภาคของรังสีคอสมิกในกาแลคซี นอกจากนี้ยังมีรังสีคอสมิกนอกดาราจักรเข้าสู่กาแลคซีของเราจากกาแลคซีอื่น พลังงานของพวกมันมีมากกว่ารังสีคอสมิกของกาแลคซี แต่ฟลักซ์นั้นน้อยกว่ามาก รังสีคอสมิกมีช่วงพลังงานมหาศาล: ตั้งแต่ 106 (1 MeV) ถึง 1021 eV (1 ZeV)"

สเปกโตรมิเตอร์มวลพลังงานที่ติดตั้งบนดาวเทียมวิจัยอวกาศบันทึกองค์ประกอบของรังสีคอสมิก ปรากฎว่าน้อยกว่าร้อยละหนึ่งของอนุภาคกัมมันตภาพรังสีของกาแลคซีทั้งหมดเป็นไอออนหนักที่มีพลังงาน 300 - 500 MeV / นิวคลีออน - นิวเคลียสขององค์ประกอบทางเคมีหนัก เศษส่วนของรังสีกาแล็กซี่เบาและหนักประกอบด้วยไอออนส่วนใหญ่ของคาร์บอน ออกซิเจน และเหล็ก - ขององค์ประกอบที่เสถียรเหล่านี้ แกนดาวเกิดขึ้นจากการวิวัฒนาการของดาว

ผลของการวัดดาวเทียมอวกาศเป็นพื้นฐานสำหรับการคำนวณแบบจำลองเพิ่มเติม ซึ่งแสดงให้เห็นว่านอกสนามแม่เหล็กโลก มีไอออนหนักประมาณ 105 ตกต่อตารางเซนติเมตรของพื้นที่ต่อปี และอนุภาคประมาณ 160 อนุภาคที่มีประจุ Z มากกว่า 20 ตกต่อ วัน ทุกวันจำนวนดังกล่าวจะลดลงต่อตารางเซนติเมตรของพื้นผิวร่างกายของนักบินอวกาศ

ไอออนหนักในอวกาศมีพลังมากจน "เจาะ" ผิวหนังของยานอวกาศสมัยใหม่ในอวกาศ เหมือนกับลูกกระสุนปืนใหญ่ที่ทิ้งระเบิดไหมชั้นดี นักวิทยาศาสตร์ของห้องปฏิบัติการชีววิทยาการแผ่รังสีที่ JINR ได้ค้นพบว่าสิ่งนี้สามารถเป็นอันตรายต่อสุขภาพของผู้ส่งสารของโลกในการเดินทางไกลได้อย่างไร

ไปดาวอังคาร - โดยการสัมผัส?

ผู้อำนวยการ JINR LRB Corresponding Member of Russian Academy of Sciences Evgeny Krasavin กล่าวว่า "เราเข้าใจแล้วว่าเหตุใดปริมาณรังสีที่ต่างกัน (ฟลักซ์ไอออนหนัก นิวตรอน รังสีแกมมา) ที่เท่ากันจึงทำให้เกิดผลกระทบที่แตกต่างกันต่อเซลล์ของสิ่งมีชีวิต มีความเกี่ยวข้องทั้งกับลักษณะทางกายภาพของรังสีและกับคุณสมบัติทางชีวภาพของเซลล์ที่มีชีวิต - ความสามารถในการซ่อมแซมความเสียหายของ DNA หลังจากการฉายรังสี ในการทดลองกับเครื่องเร่งไอออนหนัก เราพบว่าความเสียหายของ DNA ที่รุนแรงที่สุดเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของ ไอออนหนัก รังสี (ลำแสงโฟตอน) และลำแสงของไอออนหนักสามารถจินตนาการได้ดังนี้: การยิงปืนเล็ก ๆ จากปืนเข้าไปในผนังคืออันตรายจากรังสีเอกซ์การยิงลูกกระสุนปืนใหญ่ที่ผนังเดียวกันเป็นการทำลาย จากไอออนหนัก 1 ตัว สูญเสียพลังงานต่อหน่วยมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด มากกว่าลูกพี่ลูกน้องที่เบากว่าของพวกเขา นั่นคือเหตุผลที่ผ่านเซลล์ไอออนหนักในทางของมันทำให้เกิดการทำลายล้างอย่างมาก เมื่ออนุภาคหนักผ่านนิวเคลียสของเซลล์ รอยโรค "ประเภทคลัสเตอร์" จะก่อตัวขึ้นโดยมีพันธะเคมีแตกหลายครั้งในชิ้นส่วนดีเอ็นเอ ทำให้เกิดความเสียหายของโครโมโซมอย่างรุนแรงหลายประเภทในนิวเคลียสของเซลล์"

นอกจากนี้ ตรรกะของการใช้เหตุผลของนักวิทยาศาสตร์มีดังนี้ ไฮโดรเจนไอออน (โปรตอน) ที่มีพลังงาน 200 - 300 MeV / นิวคลีออนมีเวลาวิ่งในน้ำ 11 ซม. ก่อนลดความเร็วเต็มที่ ร่างกายมนุษย์มีน้ำ 90% เมื่อพิจารณาผลลัพธ์นี้ต่อร่างกายมนุษย์ที่มีชีวิต เราก็ได้ข้อสรุปว่า แม้แต่ไอออนของแสงที่ส่องลงมาก็สามารถสร้างความเสียหายให้กับเซลล์ในร่างกายของเราได้หลายพันเซลล์ ในกรณีของไอออนหนักที่มีประจุมากกว่า 20 ควรคาดหวังผลลัพธ์ที่น่าเสียดายยิ่งกว่าสำหรับสุขภาพ

อวัยวะใดของมนุษย์ที่สามารถได้รับความเสียหายจากไอออนหนักของกาแลคซีอย่างร้ายแรงและเป็นอันตรายถึงชีวิต?

- หากคุณนึกถึงการเพิ่มจำนวนอย่างแข็งขัน - การต่ออายุอย่างรวดเร็ว - เนื้อเยื่อของร่างกาย เช่น เลือดหรือผิวหนัง ความเสียหายที่เกิดจากคุณสมบัติทางธรรมชาติจะฟื้นตัวอย่างรวดเร็ว - ผู้อำนวยการ LRB JINR Yevgeny Krasavin อธิบาย - แต่ในเนื้อเยื่อคงที่ - ระบบประสาทส่วนกลาง ดวงตา ซึ่งไม่มีความสามารถตามธรรมชาติในการซ่อมแซมความเสียหายอย่างรวดเร็ว การไหลของไอออนหนักอย่างต่อเนื่องจะส่งผลร้ายเป็นชั้น ๆ ทำให้เซลล์ตายได้ตามปกติ แต่ระบบประสาทส่วนกลางและดวงตาเป็น "ชิป" ควบคุมร่างกายของเรา

ในการทดลองกับสัตว์ใน Dubna กลุ่มนักรังสีวิทยาที่นำโดยนักวิชาการของ Russian Academy of Sciences Mikhail Ostrovsky ได้ศึกษากลไกของผลกระทบของไอออนหนักต่อโครงสร้างของดวงตา - เลนส์ เรตินา และกระจกตา ที่เครื่องเร่งความเร็ว JINR หนูและสารละลายของผลึก (โปรตีน) ของเลนส์ถูกฉายรังสีด้วยลำโปรตอน 100-200 MeV

“เลนส์ของดวงตามนุษย์และสัตว์มีกระดูกสันหลัง 90% ประกอบด้วยอัลฟ่า เบต้า และแกมมาคริสตัลลิน” นักวิชาการออสตรอฟสกีกล่าวในสุนทรพจน์ในการประชุมเยี่ยมของสำนักวิชาคณิตศาสตร์และกลศาสตร์กายภาพของสถาบันรัสเซีย โครงสร้างและน้ำหนักโมเลกุล การสัมผัสกับรังสีอัลตราไวโอเลตหรือรังสีอาจทำให้เกิดการรวมตัวของผลึก - การปรากฏตัวของเส้นใยทึบแสงในเลนส์ อันเป็นผลมาจากการรวมกลุ่ม กลุ่ม บริษัท ที่กระเจิงแสงขนาดใหญ่ก่อตัวขึ้นซึ่งนำไปสู่การขุ่นของเลนส์ นั่นคือการพัฒนาต้อกระจก การผ่านเลนส์ตาแม้ไอออนหนักเดี่ยวหลังจากนั้นครู่หนึ่งก็สามารถทำให้กลายเป็นขุ่นได้

กลับคืนสู่โลกเป็นโฮโมเซเปียนส์

นักรังสีวิทยาอย่างน้อยที่สุดได้ศึกษาผลกระทบที่สร้างความเสียหายของไอออนหนักต่อระบบประสาทส่วนกลาง ผู้เชี่ยวชาญของ NASA ระบุ ระหว่างภารกิจบนดาวอังคารจาก 2 ถึง 13 เปอร์เซ็นต์ของเซลล์ประสาทจะถูกไอออนเหล็กอย่างน้อยหนึ่งตัวข้าม และโปรตอนหนึ่งตัวจะบินผ่านนิวเคลียสของแต่ละเซลล์ของร่างกายทุกๆ สามวัน ดังนั้นจึงมีอันตรายร้ายแรงจากการละเมิดปฏิกิริยาเชิงพฤติกรรมของลูกเรือของเรือที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ สิ่งนี้เป็นอันตรายต่อภารกิจโดยรวม สมองเป็นเครื่องมือที่ละเอียดอ่อนมาก และการหยุดชะงักของส่วนเล็ก ๆ ของสมองอาจนำไปสู่การสูญเสียการทำงานของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด เช่นเดียวกับในผู้ที่เป็นโรคหลอดเลือดสมองหรือในผู้ที่เป็นโรคอัลไซเมอร์

ที่ห้องทดลองการแผ่รังสีอวกาศของ NASA ในเมืองบรู๊คฮาเวน โดยใช้ลำแสงไอออนของเหล็กเร่งเป็นพลังงาน 1 GeV / นิวคลีออน การแผ่รังสีของดาราจักรถูกจำลองบนเครื่องเร่งอนุภาคล่วงหน้าของไอออนหนักของเครื่องชนกัน RHIC ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติบรูคฮาเวน การทดลองในหนูเรียกว่า "การทดสอบความรู้ความเข้าใจ" วางพื้นที่แข็งขนาดเล็กในแอ่งวงกลมภายใต้ชั้นบาง ๆ ของทึบแสง หนูทดลอง ซึ่งมีสุขภาพดีก่อนแล้วจึงฉายรังสีด้วยไอออนเหล็ก ถูกปล่อยลงในสระนี้ และเฝ้าสังเกตดูว่าสัตว์สามารถหาพื้นที่นี้และปีนขึ้นไปได้เร็วแค่ไหน หนูที่มีสุขภาพดีพบไซต์นั้นอย่างรวดเร็วและเดินไปตามเส้นทางที่สั้นที่สุด การฉายรังสีด้วยไอออนหนักเปลี่ยนหน้าที่การรับรู้ (ความสามารถในการเรียนรู้) ของสัตว์อย่างมาก หนึ่งเดือนหลังจากการฉายรังสี พฤติกรรมของหนูก็เปลี่ยนไปอย่างมาก เธอหลบและวนรอบสระเป็นเวลานาน จนกระทั่งเธอเกือบจะเผลอสัมผัสพื้นแข็งที่อยู่ใต้ฝ่าเท้าของเธอโดยไม่ได้ตั้งใจ ความสามารถในการคิดของสัตว์ลดลงอย่างมาก เมื่อหนูถูกฉายรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา ไม่พบผลกระทบดังกล่าว

นักวิจัยกล่าวว่า เพื่อแสดงถึงผลที่เป็นไปได้ของการฉายรังสีในร่างกายมนุษย์ด้วยไอออนหนัก จำเป็นต้อง "เล่น" แบบจำลองอันตรายจากจักรวาลต่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม อย่างไรก็ตาม อันตรายจากผลกระทบของรังสีกาแล็กซี่จากไอออนหนักที่เปิดเผยในสัตว์ฟันแทะนั้นน่าเชื่อมากพอที่จะไม่คิดถึงเรื่องนี้เมื่อวางแผนจะส่งผู้คนไปยังดาวอังคารเป็นเวลานาน

วิธีหลีกเลี่ยงปัญหา

จากสิ่งที่นักฟิสิกส์และนักชีววิทยารู้ในปัจจุบัน ความเสี่ยงของความเสียหายจากรังสีต่อนักบินอวกาศไม่สามารถลดลงเหลือศูนย์ได้ในระหว่างการเดินทางไปยังดาวอังคารนานกว่าหนึ่งปี วิธีการลดความเสี่ยงนี้มีอยู่ในรูปของความคิด

แนวคิดแรก: การวางแผนเที่ยวบินไปยังดาวอังคารในช่วงวัฏจักรสุริยะสูงสุด ในเวลานี้การไหลของรังสีคอสมิกของกาแลคซีจะลดลงเนื่องจากสนามแม่เหล็กระหว่างดาวเคราะห์ของระบบสุริยะจะโค้งงอวิถีของรังสีคอสมิกของกาแลคซีเพื่อลดความเข้มของอนุภาคและอนุภาค "กวาด" ด้วยพลังงาน น้อยกว่า 400 MeV / นิวคลีออนจากระบบสุริยะ

แนวคิดที่สอง: เพื่อลดปริมาณรังสีจากรังสีกาแล็กซี่อย่างมีนัยสำคัญด้วยวิธีการป้องกันที่เชื่อถือได้ของเรือและเพื่อให้มีที่กำบังพิเศษในโครงสร้างของเรือด้วยการป้องกันที่ทรงพลังยิ่งขึ้นจากกระแสลมสุริยะที่คาดเดาไม่ได้มีการพัฒนาวัสดุป้องกันชนิดใหม่ซึ่งจะมีประสิทธิภาพมากกว่าอะลูมิเนียมที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน เช่น พลาสติกที่มีไฮโดรเจน เช่น โพลิเอทิลีน ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา สามารถสร้างการป้องกันที่สามารถลดปริมาณรังสีได้ 30-35% ที่ความหนา 7 ซม. นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสิ่งนี้ยังไม่เพียงพอความหนาของชั้นป้องกันจะต้องเพิ่มขึ้น และหากไม่ได้ผล ให้ลดระยะเวลาการบินลงอย่างมาก เช่น อย่างน้อยก็ 100 วัน หนึ่งร้อยวันเป็นตัวเลขที่พิสูจน์ได้โดยสัญชาตญาณเท่านั้น แต่อย่างไรก็ตาม คุณต้องบินให้เร็วขึ้น

แนวคิดที่สาม: เพื่อให้นักบินของยานอวกาศดาวอังคารมียาต้านการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถเสริมสร้างพันธะระหว่างโปรตีน DNA ได้อย่างมีนัยสำคัญ ลดความเสี่ยงของการทิ้งระเบิดไอออนหนัก

แนวคิดที่สี่คือการสร้างสนามแม่เหล็กเทียมรอบๆ ยานอวกาศ คล้ายกับสนามแม่เหล็กของโลก มีโครงการของแม่เหล็ก Toroidal ที่มีตัวนำยิ่งยวดทั้งภายในและภายนอกซึ่งสนามเข้าใกล้ศูนย์เพื่อไม่ให้เกิดความเสียหายต่อสุขภาพของนักบินอวกาศ สนามอันทรงพลังของแม่เหล็กดังกล่าวควรเปลี่ยนสัดส่วนของโปรตอนและนิวเคลียสจักรวาลออกจากยานอวกาศเป็นจำนวนมาก และลดปริมาณรังสีลง 3 - 4 เท่าระหว่างการเดินทางไปยังดาวอังคาร ต้นแบบของแม่เหล็กดังกล่าวได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว และจะนำไปใช้ในการทดลองเพื่อศึกษารังสีคอสมิกบนสถานีอวกาศนานาชาติ

นักรังสีชีววิทยากล่าวว่า จนกว่าความคิดในการปกป้องลูกเรือของดาวอังคารจะไม่พบรูปลักษณ์ของพวกเขา มีเพียงทางออกเดียวเท่านั้น กล่าวคือ เพื่อทำการศึกษาทางรังสีวิทยาโดยละเอียดในสภาพพื้นโลกเกี่ยวกับเครื่องเร่งไอออนหนัก ซึ่งในสภาพพื้นโลกจะทำให้เกิดการจำลองผลเสียหายของ นิวเคลียสหนักพลังงานสูงที่เล็ดลอดออกมาจากส่วนลึกของดาราจักร ในบรรดาเครื่องเร่งอนุภาคที่มีลักษณะเฉพาะดังกล่าว ได้แก่ นิวโคลตรอนของห้องปฏิบัติการฟิสิกส์พลังงานสูง JINR และคอมเพล็กซ์คอลไลเดอร์ NICA ที่ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของมัน นักวิทยาศาสตร์ตั้งความหวังอย่างมากในความสามารถของการติดตั้งเหล่านี้

และถ้าเรารีบบินไปดาวอังคาร ก็ถึงเวลาที่จะสร้างยานอวกาศที่เร็วขึ้น หรือทิ้งความฝันของเที่ยวบินที่มีคนขับไว้ในห้วงอวกาศในขณะนั้น ให้หุ่นยนต์เดินทางตอนนี้