Strona głównaPytania → Czy jesteśmy w stanie osłonić...

Czy jesteśmy w stanie osłonić się przed promieniowaniem kosmicznym?

Pytanie

Pyta andrzej

Wiedzą powszechną jest, iż cząstki które nas bombardują z kosmosu zwiększają prawdopodobieństwo zachorowania na raka, uszkadzając nasze DNA w komórkach. Pytanie: czy budując dom mam możliwość odgraniczyć te oddziaływanie, np. przez zastosowanie płyt ołowianych pod dachówką, lub poprzez wykonanie pętli indukcyjnej wokoło budynku, która miałaby za zadanie odkształcić tor lotu cząstek?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Wysokoenergetyczne cząstki z kosmosu (np. protony) zderzają się z atomami atmosfery w jej górnych warstwach, w wyniku czego powstają duże ilości mezonów $\pi$. Produktami rozpadu naładowanych mezonów $\pi$ są są leptony $\mu$, czyli miony. Te ostatnie żyją średnio około $2$ milionowe części sekundy. Przez ten czas światło może przelecieć około $660$ metrów. Sporo mionów dolatuje jednak do powierzchni Ziemi, m.in. ze względu na efekt relatywistycznej dylatacji czasu — w ich układzie odniesienia czas płynie wolniej.

Miony są głównym składnikiem wysokoenergetycznego promieniowania kosmicznego obserwowanego na poziomie morza. Zwięzłe podsumowanie wiedzy na temat ich średniej energii oraz oddziaływania z materią można znaleźć na tej stronie.

Średnia energia mionów na poziomie morza wynosi około $4\,{\rm GeV}$. Przy tej energii mion traci około $2\,{\rm MeV}$ przelatując odległość $1\,{\rm cm}$ w wodzie o gęstości $1\,\frac{\rm g}{{\rm cm}^3}$. Strata energii w ołowiu jest około $10$ razy większa, gdyż ołów jest około $10$ razy gęstszy niż woda. Oznacza to, że mion o energii $4\,{\rm GeV}$ musi pokonać drogę około $10\,{\rm m}$ w wodzie lub $1\,{\rm m}$ w ołowiu, aby stracić połowę swojej energii.

Wniosek: płyty ołowiane o grubości $5\,{\rm cm}$ pod dachówką byłyby nieskuteczne.

Pętla indukcyjna wytworzyłaby zbyt małe pole magnetyczne aby móc zmienić kierunek lotu mionów o tak dużych energiach.

Podsumowując: atmosfera i pole magnetyczne Ziemi chronią nas przed cząstkami o stosunkowo małych energiach, natomiast nie chronią nas przed cząstkami o bardzo dużych energiach. Tych ostatnich na szczęście jest znacznie mniej, i dlatego życie na Ziemi może się rozwijać. Te cząstki, przed którymi nie chroni nas atmosfera, wnikają również dość głęboko pod powierzchnię Ziemi. Kilkucentymetrowe płyty ołowiane nie uchronią nas przed nimi. Laboratoria, w których promieniowanie kosmiczne byłoby problemem (np. detektory neutrin) umieszczane są z tego powodu we wnętrzach gór lub głęboko pod powierzchnią Ziemi, na ogół w dawnych kopalniach lub tunelach.