تحتوي العينة في الداخل على مئات الآلاف من الجسيمات النانوية التي تتفاعل مع الضوء المرسل. الصورة: ستيوارت هاي ، الجامعة الوطنية الأستراليةإن أحد العوائق الرئيسية لاستعمار المريخ وأي بعثات فضائية مأهولة أخرى هو الإشعاع الكوني الخطير. خلال الرحلة إلى المريخ ،
سيتعرض رواد الفضاء لجسيمات عالية التأين عالية الطاقة ، والمعروفة باسم
الأشعة الكونية ذات المجرة والشمس (GCR و SCR).
أندري ميروشنشنكو ، وأندري كومار ، وسيرجي كريوك ، ويوري كفيشار وزملاؤه (جميعهم من مركز الفيزياء اللاخطية في كلية الفيزياء والهندسة في الجامعة الوطنية الأسترالية) بقيادة الدكتور محسن رحماني
اخترعوا مواد نانوية ذات
مواد بدنية غير عادية الخصائص. يعتقد العلماء أنه يمكن أيضًا استخدام هذه الخصائص لحماية جزئيات فضائية وسواتل من الإشعاع الكوني جزئيًا.
من خلال عدد الجسيمات ، تتكون الأشعة الكونية من البروتونات بنسبة 92 ٪ ، ونوى الهيليوم بنسبة 6 ٪ ، والعناصر الأثقل تشكل حوالي 1 ٪ ، والإلكترونات تمثل حوالي 1 ٪. يتكون طيف الطاقة للأشعة الكونية من 43٪ من طاقة البروتونات ، و 23٪ أخرى من طاقة الهيليوم (جسيمات ألفا) و 34٪ من الطاقة المنقولة بواسطة جسيمات أخرى. بسبب الطاقة العالية للغاية لأكثر من 10 MeV ، تمر هذه الجسيمات من خلال بطانة المركبة الفضائية ومن خلال الأنسجة الرقيقة لرواد الفضاء ، بما في ذلك من خلال الدماغ. في جسم الإنسان ، يتسبب الإشعاع المؤين في مجموعة متنوعة من الأضرار على المستوى الجزيئي ، بما في ذلك تعطيل عمليات إصلاح الخلايا وإبطاء شفاء الأنسجة التالفة. GCRs تسبب اضطرابات في الجهاز العصبي ، بما في ذلك
التدهور طويل الأمد في القدرة العقلية بسبب تبسيط البنية التغصنية ، والتغيرات في مستويات البروتين في المشابك والتهاب الأنسجة العصبية (
تم إجراء التجارب على الفئران ).
تبحث وكالة ناسا وفرق البحث حول العالم الآن عن طريقة لخلق الحماية الأكثر فعالية ضد الإشعاع الفضائي. إن المقاربة الأكثر مباشرة لهذه الحماية هي طبقة سميكة من بعض المواد التي
تمتص الأشعة الكونية. تقدم مجموعة من العلماء الأستراليين طريقة مختلفة جذريًا: لا تمتص موادهم ، لكنها
تبعثر الإشعاع. يصفون ذلك بمزيد من التفصيل في مقالتهم العلمية "الضبط الحراري العكسي لجميع السطوح العازلة للكهرباء".
السطح الميتاسكي هو هيكل ثنائي الأبعاد من الجسيمات النانوية أو الجسيمات الدقيقة الموجودة في الفضاء وفقًا لقانون معين على مسافات أقصر من الطول الموجي . يتم استخدام السطوح المعدنية في الفوتونات لتغيير مقدمة ومرحلة الإشعاع الكهرومغناطيسي الحادث وفقًا لقانون معين. ذات أهمية خاصة هي السطوح الميتاسية التي تغير فيها الجسيمات مؤشر الانكسار اعتمادًا على التأثير الخارجي - الضوء أو المجال المغناطيسي أو درجة الحرارة.
في هذه الحالة ، يعكس السطح الفاصل العازل للكهرباء أو ينقل الضوء اعتمادًا على مؤشر الانكسار للسيليكون ، الذي يعتمد على درجة الحرارة. أي أنه يمكن التحكم في خصائصه عن طريق تسخين أو تبريد السطح. لقد أظهر العلماء كيفية تحقيق صدى واضح بسبب التداخل بين
ثنائي القطب المغناطيسي وأوضاع
الرباعي الكهربائي في شبكة جزيئية نانوية ثنائية الأبعاد.
من خلال التحكم في درجة الحرارة ، يمكن التحكم في هذا الرنين ويمكن أن يحدث التشتت الاتجاهي (أي التشتت في زاوية ضيقة) من السطح العلوي في النافذة الطيفية 75 نانومتر. يمكن أن يؤدي هذا إلى زيادة 50 ضعفًا في تباين الإشعاع (اتجاه الإشعاع). يعتقد المؤلفون أن مثل هذا التغيير القابل للعكس في خصائص المادة يمكن أن يكون مفيدًا في مختلف المجالات ، بما في ذلك العدسات
الفوقية وهويات ثلاثية الأبعاد . يغير الفيلم مؤشر الانكسار (شفاف أو معتم) ، بما في ذلك في نطاق الضوء المرئي ، بحيث يمكن استخدامه في التصميم الداخلي - لتغطية النوافذ (بدلاً من الستائر أو الستائر) ، في السيارات ، إلخ. أيضا ، يمكن استخدام هذه الأسطح metasurfaces على الأقل للانتثار الجزئي للأشعة الكونية.
البروفيسور المساعد أندريه ميروشنشنكو (يسار) والدكتور محسن رحماني ، مؤلفان بارزون في العمل العلمي ، يعرضان المادة النانوية الجديدة. الصورة: ستيوارت هاي ، الجامعة الوطنية الأستراليةيتم تطبيق طبقة رقيقة من هذه المادة على أي سطح ، بما في ذلك بدلات الفضاء.
يقول الدكتور رحماني
: "لاختراعنا العديد من الاستخدامات المحتملة ، مثل حماية رواد الفضاء أو الأقمار الصناعية باستخدام طبقة رقيقة للغاية يمكن ضبطها لتعكس الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء الخطيرة في بيئات مختلفة". "ترفع هذه التقنية بشكل كبير عتبة المقاومة ضد الإشعاع الضار مقارنة بالتقنيات الحديثة التي تعتمد على امتصاص الإشعاع في طبقة سميكة من [المادة]."
من الصعب تخيل كيف يحمي فيلم ثنائي الأبعاد عمليًا من جزيئات جاما عالية الطاقة بطاقة 10 ميجا فولت. ربما هذا غير ممكن. ربما يكون الفيلم قادرًا على عكس / تشتيت الجسيمات / الموجات بطاقة أقل. على أي حال ، تكون المادة مفيدة إذا كانت بالفعل أكثر فعالية من طبقة سميكة من الرصاص أو الماء ، كما يقول العلماء.
تم
نشر العمل العلمي في 3 يوليو 2017 في مجلة
Advanced Functional Materials (doi: 10.1002 / adfm.201700580).