Manned Mission to Mars: Water as Radiation Shielding During a Solar Particle Event

Abstract

"Space agencies and privat e companies are working hard to solve the various challenges that need to be overcome to take humans to Mars . The journey to Mars has mult ifaceted risks for the crew, includin g radiation exposure. One risk factor that could jeopar dize t he crew's healt h is the radiation dose from a !arge solar partide event (SPE) <luring Mar s transit. It is therefore critica lly important to design a radiation shelter made of an effec tive s hielding mate rial. One of the shielding materials that has been suggested is water.
This thesis explores the feasibility of using water for radiation shield­ ing during a large SPE by simulating the radiation dose to the crew in a spherical radiation shelter composed of water using NASA 's On-Line Tool for the Assessment of Radiation in Space (OLTARIS) code. The amount of water needed for the astronauts not to exceed NASA's radi­ at ion dose limit s was evaluated and compar ed to the amount of reserve water exp ected to be available.
The results show that using the consumption water available as shield­ ing <luring an SPE reduce s the radiation dose to the astronauts signifi­ ca ntl y. The results indicate t hat using consump tion water as shielding may be sufficient to prevent t he astronauts from exceeding the NASA
short- and long term radiation dose limit s."

Popular Abstract (Swedish)

Det ligger i människans natur att utforska och söka efter det okända. Nu arbetas det hårt för att möta de stora utmaningarna som måste övervinnas för att en bemannad resa till Mars ska bli verklighet. NASA planerar att skicka människor till Mars under 2030-talet och det privata företaget SpaceX har målet att skicka en bemannad farkost till Mars så tidigt som år 2024.
Resan till Mars utgör mångfasetterade risker för besättningen, inklusive exponering av högenergetisk och komplex rymdstrålning. Strålningsmiljön i rym­den skiljer sig från bakgrundsstrålning på jordytan eftersom atmosfären och jordens magnetfält stoppar och dämpar rymdstrålningen.
En riskfaktor som kan utsätta besättningen under marsresan för höga stråldoser är en så kallad solpartikelhändelse (SPE), som uppstår när solen frigör och sprider stora mängder laddade partiklar ut i solsystemet. SPE är relativt sällsynta och kan pågå från några timmar till några dagar. Lyckligtvis kan astronauter varnas innan strålningen från SPE når rymdskeppet vilket gör det möjligt för dem att söka skydd bakom en strålskärm.
Det är viktigt att utforma ett strålskydd med material som effektivt attenuerar SPE strålningen och förhindrar höga stråldoser som kan riskera astronauternas hälsa. Ett av materialen som har föreslagits är vatten eftersom det redan förvaras ombord på rymdskeppet för konsumtion.
I denna studie undersöks möjligheten att använda vatten som strålskärmning under en stor SPE genom att simulera stråldosen till besättningen med hjälp av NASAs On-line Tool for the Assessment of Radiation in Space (OLTARIS) program. Det antas att astronauterna sitter i ett ihåligt sfäriskt strålskydd som består av vatten. Mängden vatten som behövs för att stråldoserna till astronauterna inte ska överskrida NASA:s dosgränser utvärderas och jämförs med mängden reservvatten som förväntas vara tillgängligt i rymdskeppet.
Resultaten visar att användning av vatten för strålskärmning under en SPE minskar stråldosen till astronauterna signifikant. Resultaten tyder på att användning av reservvatten som strålskärmning kan vara tillräckligt för att förhindra att astronauterna överskrider NASA:s dosgränser.

• author: Gunnarsdottir, Edda Lína
• supervisor: Christopher Rääf; Sören Mattsson; Hannie Förnvik
• organization: Medical Physics Programme
• course: MSFT01 20201
• year: 2020
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Medicine and Health Sciences
• language: English
• id: 9036095
• date added to LUP: 2021-01-17 12:57:23
• date last changed: 2021-01-17 12:57:23