Bilgiustam
Türkiye'nin Bilgi Sitesi

Uzay Aracı Durdurma Gücü, Parçacık Aralığı ve Biriken Doz

0 35

Güneş aktivitesi ve galaktik kozmik ışınlar tarafından yönlendirilen uzay radyasyonu ortamı, Dünya’ya yakın uzaydaki uydulara güçlü ve kesin bir muamele sağlar. Güneş enerjisiyle çalışan parçacıklara, radyasyona atmosferik ve iyonosferik dinamik tepkileri ve bunların uzaydaki hava etkilerini anlamak, uydu tasarımı ve çalışması için kritiktir ve pratik öneme sahiptir. Radyasyon ortamının uydu olarak spesifik etkileri, olay parçacığının kaynağı, türü ve enerjisinin yanı sıra uydunun yörüngesine veya güneş enerjisi olayları sırasındaki konumuna bağlıdır. Radyasyon azaltma önlemleri, parça tasarım sınırları ile parçacıkların etkisinden kaynaklanan uygulanan gerilmeler arasındaki güvenlik marjını artırabilir ve sonuç olarak parçanın korunmasını artırabilir. Ancak, tüm azaltma çabalarında güneş maksimum fazına daha fazla önem verilmesi önemlidir, çünkü bu aralıkta etki oranı daha yüksektir.
Uzay Aracı Durdurma Gücü, Parçacık Aralığı ve Biriken DozAzami güneş enerjisi fırtınaları sırasında, radyasyon seviyelerinde çok kısa süreli artışa neden olabilen şiddetli güneş fırtınaları ve mevcut hafifletme önlemlerinin kaldıramayabileceği yüksek tek olay etkileri seviyeleri meydana gelebilir. Ayrıca, uydu hizmetlerine bağımlılık arttıkça, uzay havasıyla ilişkili ekonomik ve toplumsal risk de artar ve olası etki benzeri görülmemiş olabilir. Bunun ışığında, diğer bağımsız uydu hizmetlerine geçme veya bunlardan yararlanma olasılığını içeren bir acil durum planları önerilmiştir. Yaklaşan çoklu takımyıldızlı GNSS alıcıları bu bağlamda önemli bir rol oynayabilir, öyle ki bireysel GNSS alıcıları doğal olarak bir uydu hizmeti reddine karşı dayanıklıdır.
Uydular üzerindeki atmosferik sürüklenmenin uzay havası kaynaklı artması ve buna bağlı olarak yörünge bozulmasının hızlandırılması da, düşük Dünya yörüngesindeki uydular için hesaba katılması gereken önemli bir tedirgin edici kuvvettir. Bu olgunun etkisi ve hafifletilmesine ilişkin kısa bir inceleme vardır. Bu incelemenin uydular üzerindeki uzay radyasyon etkileri ve azaltma yöntemleri üzerine, konu alanındaki geniş çaplı çalışmalarla karşılaştırıldığında kısa ve öz olduğu akılda tutulmalıdır.

Uzay Aracı Malzemelerinde Durdurma Gücü, Parçacık Aralığı ve Biriken Doz

NOAA veri tabanından 3 ay boyunca (Nisan – Haziran 2010) çeşitli enerjilerin parçacıklarını, elektronlarını ve proton akışlarını analiz edilmiştir. Kütle durdurma gücü, menzil ve olası birikmiş proton dozu hesaplanmış, parçacıkların uydu yüzeyi ve elektrik, elektronik ve elektrokimyasal bileşenleri ile olası etkileşimi olgusuna uygulanmıştır.

Durdurma Gücü

Durdurma gücü, bir parçacığın malzemeden geçerken birim uzunluk başına ortalama enerji kaybıdır. Yüklü parçacıkların maddeden geçerken karşılaştıkları atom veya molekülü iyonize ettikleri ve süreçte enerji kaybettikleri bilinmektedir. Durdurma gücü, partikülün türüne, enerjisine ve geçtiği malzemenin özelliklerine bağlıdır. Sayısal değerler ve birimler her iki miktar için aynı olsa da, durdurma gücü malzemenin özelliğini ifade ederken, birim yol uzunluğu başına enerji kaybı parçacığa ne olduğunu açıklar. Parçacık yolu boyunca iyonlaşma yoğunluğu, malzemenin durdurma gücü ile orantılıdır, çünkü bir iyon çiftinin üretimi sabit miktarda enerji gerektirir. Göreli kuantum mekaniğinden türetilen gücü durdurmak için Bethe-Bloch formülü vardır ve bu aşağıdaki gibidir:
S= -d Ed x=4 πz2k20e4mv2[ ln2 metrev2ben- l n ( 1 -v2c2) -v2c2]S=-dEdx=4πz2k02e4mv2ln2mv2ben-ln1-v2c2-v2c2
Burada z ağır parçacığın atom numarası, e elektron yükünün büyüklüğü, m elektron durgun kütlesi, c ışık hızı, I ortamın ortalama uyarma enerjisi, v parçacığın hızı ve k 0 Boltzmann sabitidir (= 8.99 × 10 9 N · m 2 C 2). Malzemenin kütle durdurma gücü, durdurma gücünün malzemenin yoğunluğuna bölünmesiyle elde edilir. Bu g / cm başına yüklü parçacık enerji kaybı oranını ifade eder, çünkü yararlı bir miktar 2 içinden geçtiği ortamıdır.
S= -d E d xS=-dEdx

Uzay Aracı Durdurma Gücü, Parçacık Aralığı ve Biriken DozParçacık Aralığı

Bir parçacığın örneğin proton, başlangıç kinetik enerjisi Ek ve kütle m’nin aralığı R , bir durma noktasına gelmeden önce kat ettiği ortalama mesafedir. R parçacık türüne, başlangıç enerjisine ve içinden geçtiği malzemeye bağlıdır. Yüklü parçacık aralığının belirlenmesine yönelik teorik bir yaklaşım, durdurma gücü ifadesini kullanır. Proton için aralık hesaplamaları için Emin 1 mega elektron volt olarak alınmıştır, çünkü 1 mega elektron voltta çok fazla veri mevcuttur. R ( Emax ), maksimum enerji Emax’ta ölçülen aralıktır. Önceki çalışmada, uzay aracı malzemelerindeki parçacıkların kütle durdurma gücünü hesaplamak için önerilen deneysel ilişkiler kullanılmıştır. Bununla birlikte, başlangıçta düşük enerjili parçacıklar için formüle edilmiş oldukları için denklemlerde sınırlamalar vardır. Bethe denklemleri kullanılarak elde edilen değerler daha yüksektir ve daha yüksek parçacık enerjilerinde daha doğru olduğu varsayılır.

Doz Biriktirme ve Absorpsiyon

Açıklanan toplam iyonlaştırıcı doz emilen doz cinsinden ölçülebilir ve bu madde tarafından emilen enerjinin bir ölçüsüdür. Absorbe edilen doz, rad olarak adlandırılan bir birim (radyasyon emilen doz) veya gri (Gy) olan SI birimi kullanılarak ölçülür; 1 Gy = 100 devir = 1 J / kg. Bir uyduda biriken toplam doz, yörünge yüksekliğine, yönelimine ve yörüngede geçirilen zamana bağlıdır. Toplam iyonlaştırıcı dozu hesaplamak için, entegre parçacık enerji spektrumunu, ø ( E ) veya parçacık enerjisinin bir fonksiyonu olarak akıyı bilinmesi gerekir ve doz, partikül akışının bir fonksiyonudur. Uzay aracı, uzay radyasyonu ortamında daha fazla zaman harcadığından önemli hale gelir. Durdurma gücü, D = d E d xD=dEdx ilişki ile yüklü partikülden dozu belirlemek için kullanılır. Uydu ve uzay sondaları tipik olarak 10 krad (100 Gy) ve 100 krad (Si) (1000 Gy (Si)) arasındaki toplam iyonlaştırıcı doz ile karşılaşır. Bir uydu bileşeninin toplam iyonlaştırıcı doz nedeniyle başarısız olması için geçen süre, t (yıl olarak), maksimum absorbe edilen dozu veya toplam iyonlaştırıcı doz eşiğini, yılda toplam absorbe edilen doza bölerek elde edilebilir.
Uzay Aracı Durdurma Gücü, Parçacık Aralığı ve Biriken DozBir model uydunun toplam iyonlaştırıcı doz nedeniyle ortalama arızalanma süresini tahmin etmek için teorik hesaplamalar yapılmıştır. Varsayım, model uydunun gövdesinin, elektrik, elektronik ve elektrokimyasal bileşenlerin esas olarak silikon (Si) ve germanyumun (Ge) malzemeler barındırırken hesaplamalar E 78 mega elektron voltlu parçacıklara dayanır. Bu enerji aralığının parçacıkları bombardıman edip uyduya girdiğinde, alaşımın durdurma gücü nedeniyle enerjilerinin bir kısmı kaybolur, ancak hatırlatma bileşenler için önemli bir doz oluşturur. Sürekli maruziyetle, doz, eşik aşılana kadar zamanla artmaya devam eder ve bu da etkilenen uydunun tamamen arızalanmasına yol açar. Yapılan hesaplamalar, model uydunun bileşeninde 3 yıl içinde 10 krad ve 29 yıl içinde 100 krad’lık bir doz oluşabileceğini göstermiştir.

Kaynakça:
nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/space_radiation_ebook.pdf
jhuapl.edu/Content/techdigest/pdf/V28-N01/28-01-Maurer.pdf

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu

Bunları da beğenebilirsin

Cevap bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Bu web sitesi deneyiminizi geliştirmek için çerezleri kullanır. Bununla iyi olduğunuzu varsayacağız, ancak isterseniz vazgeçebilirsiniz. Kabul etmek Mesajları Oku