宇宙での作業と生活の最大の課題の1つは、放射線による脅威です。宇宙飛行士の健康に有害な太陽光線と宇宙線に加えて、電子機器を脅かす電離放射線もあります。これには、軌道に送られるすべての宇宙船、衛星、および宇宙ステーションが、しばしば非常に重いおよび/または高価な材料を使用してシールドされることが必要です。
代替案を作成することを検討していたエンジニアのチームは、既存の方法よりも軽量でコスト効率の高い放射線シールドを作成するための新しい手法を考え出しました。彼らの最近発表された研究によると、秘密の成分は金属酸化物（別名錆）です。この新しい方法には多数のアプリケーションがあり、宇宙への打ち上げと宇宙飛行に関連するコストを大幅に削減できます。
研究チームの研究はオンラインで公開され、科学ジャーナルの2020年6月号に掲載されます 放射線物理学と化学。この研究は、ロッキードマーティンスペースの上級システムエンジニアであるマイケルデバンゾと、ノースカロライナ州立大学の原子力工学の准教授であるロバートB.ヘイズによって行われました。
簡単に言えば、電離放射線は、相互作用する原子や分子にエネルギーを与え、電子を失い、イオンを生成します。地球上では、地球の保護磁場と高密度の大気のおかげで、このタイプの放射線は問題になりません。しかし、宇宙では電離放射線は非常に一般的であり、銀河宇宙線（GCR）、太陽フレア粒子、地球の放射線帯（別名、ヴァンアレンベルト）の3つの線源から発生します。
このタイプの放射線から保護するために、宇宙機関や民間航空宇宙メーカーは通常、敏感な電子機器を金属製の箱に入れます。鉛や劣化ウランなどの金属が最も保護されますが、この種のシールドは宇宙船にかなりの重量を追加します。
シールドの重量とそれが提供する保護との間の最良のトレードオフを提供すると考えられているため、アルミボックスが好まれる理由。ヘイズ教授が説明したように、彼とDeVanzoは、より良い保護を提供し、宇宙船の全体の重量をさらに減らすことができる材料を調査しようとしました：
「私たちのアプローチは、同じレベルの放射線シールドを維持し、重量を30％以上削減するために使用できます。または、最も広く使用されているシールド技術と比較して、同じ重量を維持し、シールドを30％以上改善できます。いずれにせよ、私たちのアプローチは、シールドが占めるスペースの量を減らします。」
彼とDeVanzoが開発した技術は、粉末状の酸化金属（錆）をポリマーに混合し、それを電子機器に適用される一般的なコーティングに組み込むことに依存しています。金属粉末と比較して、金属酸化物はシールドが少なくなりますが、毒性が低く、宇宙船の電子機器を妨害する可能性のある同じ電磁問題を引き起こしません。 DeVanzoが説明したように：
「放射線輸送計算は、金属酸化物粉末を含めることで、従来のシールドに匹敵するシールドを提供することを示しています。低エネルギーでは、金属酸化物粉末は電子機器へのガンマ線を300分の1に、中性子線損傷を225％削減します。」
「同時に、コーティングはシールドボックスよりもかさばりません」とヘイズは付け加えました。 「そして計算シミュレーションでは、酸化物コーティングの最悪の性能は、同じ重量の従来のシールドよりも30％多くの放射線を吸収しました。さらに、酸化物微粒子は同量の純金属よりもはるかに安価です。」
宇宙ベースの電子機器の重量とコストを削減することに加えて、この新しい方法は、宇宙ミッションでの従来のシールドの必要性を減らす可能性があります。今後、DeVanzoとHayesは、さまざまなアプリケーション向けのシールド技術の微調整とテストを継続し、業界で使用するテクノロジーの開発を支援する業界パートナーを探しています。
