Reddet Nanoteknologi Mark Watney?

På nattbordet ligger for tiden en bok av Andy Weir; «The Martian», der den opptar plassen for andre gang. Boken er nylig filmatisert med Matt Damon i hovedrollen, regissert av Ridley Scott. I boken følger vi astronauten Mark Watney, en slags Robinson Crusoe på Mars. Han ble forlatt på Mars mens resten av reisefølget hans evakuerer planeten. Boken har fått en ikke ubetydelig fanskare blant annet fordi forfatteren har gjort en god jobb med å holde den så realistisk som mulig selv om han selvsagt har tatt seg enkelte friheter. Deriblant antok han at helten Mark er beskyttet mot radioaktiv stråling. Kan dette stemme?

Verdensrommet: Et Dødelig Solarium

Astronauter er eksponert for farlig stråling i verdensrommet.

Astronauter er eksponert for farlig stråling i verdensrommet. Dette kan bli et dødelig problem ved lengre ferder.

Antakelsen at Mark er beskyttet fra stråling er dessverre ikke veldig god. Stråling er et stort problem om man vil tilbringe mye tid i verdensrommet, spesielt utenfor vår egen magnetosfære. Selv relativt korte turer – for eksempel til og fra månen – kan føre til at stråling kan bli et dødelig problem for astronauter. Når man er ute i verdensrommet er man utsatt for stråling fra alle kanter. Foruten den strålingen som alltid er tilstede kan korte intense pulser drepe uheldige astronauter. Mulige dødelige strålingskilder kan inkludere en nova (døende stjerne) som sender strålingen sin i en uheldig retning eller en solstorm på «rett» del av vår egen stjerne. Hadde en solstorm hendt på rett del av solen i 1969 kunne Apollo-programmet endt i tragedie. Romstasjonen, ISS, og vi her nede på jorden er i mye større grad beskyttet enn Apollo-astronautene og fremtidige Mars-astronauter vil være. Vi har jordens magnetfelt og, for oss på overflaten, atmosfære som beskytter oss. Astronauter ute ved månen eller Mars har ikke den samme beskyttelsen.

Stråling er et reelt problem, spesielt i bemannet romfart. Jo lenger man er ute i verdensrommet jo mer øker sjansene for at man får en uheldig eksponering. For lengre reiser, for eksempel til Mars, blir dette en nødvendighet. Beskyttelse mot stråling er tradisjonelt utført ved å plassere en del masse mellom en selv og strålingskilden. Hos tannlegen skjer dette i form av et blyforkle når du tar røntgenbilder. En tommelfingelregel er at jo tyngre et atom er jo bedre vil det i utgangspunktet være til å absorbere stråling, selv om store mengder masse med lettere atomvekt også kan hjelpe.

Bly er et tungt atom som er billig og som i seg selv ikke er radioaktivt. Lettere atomer og molekyler enn bly kan også benyttes, og i avfallsdeponi for radioaktivt avfall bruker man gjerne store basseng fylt med vann eller man kan grave dem dypt ned i gamle saltgruver eller lignende hvor avfallet kan ligge uforstyrret. Forhåpentligvis vil de ligge der i mange tusen år uten at noen graver dem opp igjen.

Et «blyslott» bygget av blyklosser for å beskytte mot en særdeles radioaktiv prøve.

Et «blyslott» bygget av blyklosser for å blokkere radioaktiv stråling.

Et Blytungt Forsvar

Bly eller store mengder vann er jo enkle løsninger på strålingsproblemet, men å flytte massive ting i eller til verdensrommet krever store mengder drivstoff. Å kutte på massen – eller vekten om du vil – til det man tar med seg er derfor særdeles viktig. I tillegg til drivstoff har det en del å si om man skal inn i en romdrakt som er fullstappet av bly – en slik drakt blir ikke enkel å bevege seg i.

Tradisjonelle metoder for å beskytte seg mot strålingsfaren er altså ikke praktiske. Nye metoder trengs og nanoteknologi kan gi oss mulige løsninger. Hvordan? Nanoporøse materialer! Nanoporøse materialer, former for aerogel eller nanoskum for eksempel, har som regel mye mer tomrom enn materiale i seg. Aerogel er noe vi har snakket om før, i kraft av disse materialenes isolerende egenskaper. Slike materialer er derfor meget lette, noe som er positivt i romfartsøyemed. Porene er svært små, nede på nanoskala. Det at porene er så små og svært mange gjør at nanoskum har svært store overflateareal på lite volum.

Nanobeskyttelse?

800px-Aerogel_hand

Aerogeler kan ha porer med nanodiameter.

Det er nanoskum man også kan bruke mot stråling. Nanoskum av gull er et mulig strålingsbeskyttende materiale, foreslått som sådan i 2012 av forskere fra Argentina og USA. Men hva er det som gjør det så bra i denne rollen? For å besvare det må vi se litt på hva som skjer når farlig stråling treffer et materiale.

Når stråling treffer et materiale blir energien fra strålingen tatt opp i materialet. Flere effekter kan oppstå, materialet kan bli radioaktivt, det kan miste elektroner og bli ionisert, og kjemiske bånd i materialet kan brytes, hvilket kan lede til mange ulike resultater. Strålingen kan skape defekter (skader) i det påvirkede materialet som sveller og sprekker det. Slike defekter kan ikke bare gjøre materialet svakere, men det kan også slippe gjennom en økende andel av strålingen. Slike defekter kan, dersom de oppstår ved overflater i materialet, eliminere hverandre; materialet kan reparere seg selv. Her stiller nanoporøse materialer veldig godt an. Med sin lave vekt og særdeles høye overflateareal kan nanoskum levere både selvreparerende egenskaper og strålingsbeskyttelse uten å kreve hverken store volum eller veldig høy vekt.

Vel og bra i teorien. Forskerne som presenterte den i matematiske modelleringer tilbake i 2012 presenterte ikke eksperimentell bekreftelse av den så spørsmålet gjensto ganske lenge om hvorvidt ideen faktisk fungerer. Et foreløpig svar kom i fjor når en annen gruppe lagde et nanoskum av stål og wolfram. Dette materialet hadde lovende egenskaper både i møte med røntgenstråling og gammastråling.

Kanskje dette er materialer fremtidige astronauter (og kolonister?) vil bruke på en reise til Mars? Tiden vil vise hvilke løsninger som blir implementert i fremtiden men nanoskum virker i skrivende stund som et lovende alternativ.

For spesielt interesserte lesere er publikasjonen fra 2012 tilgjengelig her.
Eksperimentell verifikasjon av konseptet ble publisert med stålskum i 2015. For de som er interessert i det kan denne publikasjonen leses her.

Facebooktwittergoogle_plusredditpinterestlinkedinmailby feather
 

Tagged: ,


Vegar Ottesen

Om

Jeg er veldig glad i både det veldig store og det veldig lille! Jeg følger nøye med på nyheter innen alt fra astronomi til nanoteknologi. Samtidig er jeg opptatt av bærekraft og samspillet mellom mennesker og natur. I doktorgraden min forsker jeg på nanocellulose: Et trygt, miljøvennlig og bærekraftig materiale med veldig spennende egenskaper! På smallprint.no skriver jeg om nanoteknologi som døråpner for bærekraft, helse og miljøvennlighet.


'Reddet Nanoteknologi Mark Watney?' har ingen kommentarer

Vær den første til å kommentere dette innlegget

Del dine tanker

Your email address will not be published.

© smallPrint A.S. All right reserved. Page based on Old Paper by ThunderThemes.net