LE RAYONNEMENT COSMIQUE.
En 1908, le physicien autrichien Victor Franz Hess découvre l'existence de radiations dont l'intensité augmente avec l'altitude (constatation lors de vols en ballon). Il en conclut à l'origine cosmique de ce rayonnement.
Le rayonnement cosmique a deux composants: le rayonnement cosmique solaire et le rayonnement cosmique galactique.
Le rayonnement cosmique a deux composants: le rayonnement cosmique solaire et le rayonnement cosmique galactique.
Le rayonnement cosmique solaire.
C'est un flux continu d'énergie radiante comprenant différentes sortes de rayonnements électromagnétiques et corpusculaires.
Les rayonnements électromagnétiques solaires:
Il comprend outre la bande optique, un rayonnement dans la bande radio avec des longueurs d'onde allant de 100 m à quelques mm, un rayonnement X et un rayonnement gamma.
Il comprend outre la bande optique, un rayonnement dans la bande radio avec des longueurs d'onde allant de 100 m à quelques mm, un rayonnement X et un rayonnement gamma.
Le rayonnement corpusculaire solaire:
Il consiste en particules diverses se déplaçant à grande vitesse, parfois proche de celle de la lumière. Il à deux sources, soit la couronne solaire (il constitue alors le vent solaire, celui ci composé de proton [95%], d'électrons et de particules alpha en petite quantité) ou bien la région des taches (rayonnement accompagnant les éruptions solaires).
Il consiste en particules diverses se déplaçant à grande vitesse, parfois proche de celle de la lumière. Il à deux sources, soit la couronne solaire (il constitue alors le vent solaire, celui ci composé de proton [95%], d'électrons et de particules alpha en petite quantité) ou bien la région des taches (rayonnement accompagnant les éruptions solaires).
Le rayonnement galactique.
C'est un rayonnement constitué surtout de noyau atomiques dépouillés de leur électrons, se déplaçant à des vitesses voisines de la lumière. Il se compose à 87% de protons (noyaux d'hydrogène), 12% de particules alpha (noyaux d'hélium), 1% de particules lourdes (noyaux de carbone, d'oxygène, azote, bore, lithium, phosphore et béryllium).
Dans l'espace interplanétaire l'équivalent d'intensité de dose du rayonnement cosmique galactique est comprise entre 0,2 et 0,5 mSv/jour (0,02 et 0,05 rem/jour).
Dans l'espace interplanétaire l'équivalent d'intensité de dose du rayonnement cosmique galactique est comprise entre 0,2 et 0,5 mSv/jour (0,02 et 0,05 rem/jour).
En atteignant l'atmosphère terrestre, les particules du rayonnement cosmique (primaire), entrent en collision les atomes des gaz atmosphérique, les détruisent et donnent naissance à des rayons cosmiques "dit" secondaires. Il comprend des protons et des neutrons secondaires, des mésons, des électrons et des photons.
L'intensité de ce rayonnement décroît à mesure que l'on se rapproche du niveau de la mer.
A savoir: Les rayons cosmiques participent à la formation des ceintures de Van Allen.L'intensité de ce rayonnement décroît à mesure que l'on se rapproche du niveau de la mer.
LES CEINTURES DE VAN ALLEN.
Les ceintures de Van Allen ne sont pas de ceintures de radiations proprement dit, mais des ceintures magnétiques et électriquement chargées qui piègent les particules à haute énergie issues du soleil. Elles "piègent" donc les radiations et protègent ainsi la Terre : la radioactivité y est donc très élevée. Ces deux ceintures (interne et externe) ont des origines différentes. Celui découvert par Van Allen occupe une région au-dessus de l'équateur, est un sous-produit du rayonnement cosmique de haute énergie (primaire).
La ceinture intérieure se compose de protons à haute énergie. Sa limite inférieure passe entre 500 et 600 km d'altitude dans l'hémisphère tourné vers le soleil et aux environs de 1600 km de l'autre côté. En raison des particularités du champ magnétique terrestre, il existe une discontinuité importante de ce champ dans l'hémisphère Sud, connue sous le nom d'anomalie de l'Atlantique Sud. Dans cette région, qui s'étend à peu prés de 0 à 60° de longitude Ouest, et de 20 à 50° de latitude Sud, l'intensité des protons piégés ayant des énergie supérieures à 30 MeV est, entre 160 et 320 km d'altitude, équivalente à l'intensité rencontrée ailleurs à 1300 km d'altitude.
La limite extérieure de la ceinture intérieure se trouve entre 7000 et 10 000 km de la Terre. L'intensité maximum du rayonnement se situe entre 7000 et 8000 km et atteint jusqu'à 0,05 Gy/h (5 rad/h).
La limite extérieure de la ceinture intérieure se trouve entre 7000 et 10 000 km de la Terre. L'intensité maximum du rayonnement se situe entre 7000 et 8000 km et atteint jusqu'à 0,05 Gy/h (5 rad/h).
La ceinture extérieure est principalement composée d'électrons, elle est située entre 10 000 et 75 000 km d'altitude. L'intensité maximum du flux d'électrons se situe dans le plan équatorial, à une distance de 15 000 à 20 000 km. La dose est d'environ 0,1 Gy/h (10 rad/h).
Le passage des véhicules spatiaux habités dans les ceintures de van Allen est heureusement court grâce à leur vitesse.
Le passage des véhicules spatiaux habités dans les ceintures de van Allen est heureusement court grâce à leur vitesse.
Bon a savoir:
l'électronvolt (symbole eV) est une unité de mesure d'énergie. Sa valeur est définie comme étant l'énergie cinétique d'un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel d'un volt.
l'électronvolt (symbole eV) est une unité de mesure d'énergie. Sa valeur est définie comme étant l'énergie cinétique d'un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel d'un volt.
Le rad (symbole rd) est une ancienne unité d'énergie massique ou de dose de radiation absorbée.
1 rad = 10-2 Gy.
1 rad = 10-2 Gy.
Le gray (symbole: Gy) est l'unité dérivée d'énergie massique ou de dose de radiation absorbée du Système international (SI). Un Gray est la dose d'énergie absorbée par un milieu homogène d'une masse de 1 kg lorsqu'il est exposé à un rayonnement ionisant apportant une énergie de 1 joule, 1 Gy = 1 J/kg.
Le gray est cent fois plus grand que l'ancienne unité, le rad, qu'il a remplacé en 1986.
Le gray est cent fois plus grand que l'ancienne unité, le rad, qu'il a remplacé en 1986.
LES DANGERS DES RAYONNEMENTS
Voir tableau ci dessous:
Il faut savoir qu'un rayonnement ionisant est un rayonnement qui produit des ionisations dans la matière qu'il traverse (il arrache des électrons aux atomes qu'il rencontre sur son passage). Pour les rayons ionisants, il y a beaucoup d'usages pratiques, mais ces rayons sont aussi dangereux pour la santé humaine.
Les radiations ionisantes correspondent à des rayonnements électromagnétiques ou particulaires possédant une énergie associée supérieure à 10 électronvolt (eV).
Ainsi, les particules émises (ions lourds) lors des éruptions solaires et qui peuvent traverser sans le moindre problème aussi bien les parois des vaisseaux spatiaux que les corps des astronautes. Ces derniers ne s'en ressentent nullement, sauf lorsqu'elles frappent la rétine. Elles provoquent alors l'apparition d'éclairs (que l'on croyait du à l'effet Tcherenkov), comme un flash traversant le champ de vision, ou une petite tache si la particule frappe de face. Ce phénomène a été décrit pour la première fois lors des vols Apollo vers la Lune, le vaisseau se trouvant alors au-delà de la protection des ceintures de Van Allen, mais est aussi remarqué lors du survol de l'anomalie de l'Atlantique Sud, où le bouclier magnétique est affaibli. Il peut donc bien y avoir interaction entre les rayons cosmiques et les cellules humaines.
Les radiations ionisantes correspondent à des rayonnements électromagnétiques ou particulaires possédant une énergie associée supérieure à 10 électronvolt (eV).
Ainsi, les particules émises (ions lourds) lors des éruptions solaires et qui peuvent traverser sans le moindre problème aussi bien les parois des vaisseaux spatiaux que les corps des astronautes. Ces derniers ne s'en ressentent nullement, sauf lorsqu'elles frappent la rétine. Elles provoquent alors l'apparition d'éclairs (que l'on croyait du à l'effet Tcherenkov), comme un flash traversant le champ de vision, ou une petite tache si la particule frappe de face. Ce phénomène a été décrit pour la première fois lors des vols Apollo vers la Lune, le vaisseau se trouvant alors au-delà de la protection des ceintures de Van Allen, mais est aussi remarqué lors du survol de l'anomalie de l'Atlantique Sud, où le bouclier magnétique est affaibli. Il peut donc bien y avoir interaction entre les rayons cosmiques et les cellules humaines.
Effets biologiques des radiations ionisantes suite à exposition prolongée (plusieurs mois voir années):
a) à long terme:
Mutations au niveau des cellules pouvant causer soit le cancer ou des dommages génétiques. Ces derniers peuvent être transmis aux descendants. On peut observer chez la personne exposée, une diminution de la probabilité de durée de vie. Toutes les radiations subies s’ajoutent et se cumulent tout au long de la vie.
b) à court terme: (effets produits par une dose aiguë, plus de 100 mSv au corps entier ou 1 000 mSv à un seul organe) :
perte de cheveux, vomissements, rougeurs sur la peau irradiée.
a) à long terme:
Mutations au niveau des cellules pouvant causer soit le cancer ou des dommages génétiques. Ces derniers peuvent être transmis aux descendants. On peut observer chez la personne exposée, une diminution de la probabilité de durée de vie. Toutes les radiations subies s’ajoutent et se cumulent tout au long de la vie.
b) à court terme: (effets produits par une dose aiguë, plus de 100 mSv au corps entier ou 1 000 mSv à un seul organe) :
perte de cheveux, vomissements, rougeurs sur la peau irradiée.
Effets biologiques des radiations ionisantes suite à une exposition courte sur la durée (environs 7 à 8 jours):
Exemple: Les astronautes qui à ce jour ont connu la plus forte exposition aux rayonnements cosmiques, ceux des missions Apollo qui firent le voyage jusqu’à la Lune, ont développé des cataractes environ 7 ans plus tôt en moyenne que les autres astronautes. La cataracte est un signe courant du vieillissement.
Au moins 39 anciens astronautes ont souffert d'une certaine forme de cataracte après être allés dans l'espace, selon une étude en 2001 réalisée par Francis Cucinotta du centre spatial Johnson de la Nasa. De ces 39 astronautes, 36 avaient volé sur des missions avec un taux de radiation élevé, telles que les atterrissages lunaires du programme Apollo. Quelques cataractes sont apparues 4 ou 5 ans après la mission, mais d'autres ont pris 10 années ou plus pour se manifester.
Exemple: Les astronautes qui à ce jour ont connu la plus forte exposition aux rayonnements cosmiques, ceux des missions Apollo qui firent le voyage jusqu’à la Lune, ont développé des cataractes environ 7 ans plus tôt en moyenne que les autres astronautes. La cataracte est un signe courant du vieillissement.
Au moins 39 anciens astronautes ont souffert d'une certaine forme de cataracte après être allés dans l'espace, selon une étude en 2001 réalisée par Francis Cucinotta du centre spatial Johnson de la Nasa. De ces 39 astronautes, 36 avaient volé sur des missions avec un taux de radiation élevé, telles que les atterrissages lunaires du programme Apollo. Quelques cataractes sont apparues 4 ou 5 ans après la mission, mais d'autres ont pris 10 années ou plus pour se manifester.
Au cours des missions Apollo, les doses enregistrées ont été inférieures aux estimations figurant dans le tableau ci dessous. Les doses reçues ont varié de 1,5 mGy, soit 150 mrad (Apollo VII, et VIII) à 11,4 mGy , soit 1140 mrad (Apollo XIV).
Il s'agit de moyennes des doses mesurées par les différents dosimètres portés par les trois membres de l'équipage.
Il s'agit de moyennes des doses mesurées par les différents dosimètres portés par les trois membres de l'équipage.
Le danger dans ces vols était celui d'une éruption solaire susceptible de créer une irradiation importante.
La conduite à tenir prévue par la NASA dans ce cas est résumée dans le tableau ci dessous.
La conduite à tenir prévue par la NASA dans ce cas est résumée dans le tableau ci dessous.
Bon à savoir: Toutes les missions habitées (65 soviétiques et 60 US à la date du 1 er juillet 1989) se sont déroulées sans que le danger dû aux éruptions solaires ai été affronté directement.
Autre exemple par chance, il y eut une éruption importante en août 1972, qui aurait pu être mortelle pour les astronautes, mais elle eut lieu entre les vols Apollo XVI (avril 1972) et Apollo XVII (décembre 1972).
Sievert, unité de dose biologique: L’unité de dose d'irradiation significative pour un être vivant est le sievert ou Sv. Comme cette unité est assez grande, on exprime beaucoup plus souvent les doses biologiques en millisievert ou mSv. En Europe, la dose annuelle moyenne à laquelle la population est exposée est environ de 4 mSv par personne.
La dose biologique se calcule en théorie de la manière suivante. La dose d’énergie (exprimée en gray ou Gy) absorbée par chaque organe ou tissu, durant un laps de temps donné, est multipliée par un facteur de « pondération radiologique » pour obtenir une « dose équivalente » tenant compte de la nocivité du rayonnement. Ce facteur de nocivité varie de 1 pour les gamma, les rayons X et les électrons, à 10 pour les neutrons, et à 20 pour les particules alpha. La faible valeur de la nocivité pour les gamma, les rayons X et les électrons reflète le fait que ce sont les particules les moins ionisantes.
Autre exemple par chance, il y eut une éruption importante en août 1972, qui aurait pu être mortelle pour les astronautes, mais elle eut lieu entre les vols Apollo XVI (avril 1972) et Apollo XVII (décembre 1972).
Sievert, unité de dose biologique: L’unité de dose d'irradiation significative pour un être vivant est le sievert ou Sv. Comme cette unité est assez grande, on exprime beaucoup plus souvent les doses biologiques en millisievert ou mSv. En Europe, la dose annuelle moyenne à laquelle la population est exposée est environ de 4 mSv par personne.
La dose biologique se calcule en théorie de la manière suivante. La dose d’énergie (exprimée en gray ou Gy) absorbée par chaque organe ou tissu, durant un laps de temps donné, est multipliée par un facteur de « pondération radiologique » pour obtenir une « dose équivalente » tenant compte de la nocivité du rayonnement. Ce facteur de nocivité varie de 1 pour les gamma, les rayons X et les électrons, à 10 pour les neutrons, et à 20 pour les particules alpha. La faible valeur de la nocivité pour les gamma, les rayons X et les électrons reflète le fait que ce sont les particules les moins ionisantes.
LES SOLUTIONS APPLIQUÉES AU PROGRAMME APOLLO.
D'après un compte rendu de la NASA (publication NASA SP-71 de 1964) et les informations se trouvant à l'intérieur (effets des radiations sur les matériaux, aussi bien que les interactions et le transport de radiations par ce vaisseau spatial, etc..). On démontrée que des études portant sur la protection, ont recherchées une protection raisonnable du vaisseau spatial et des astronautes de manière intensive. Un programme informatique a été utilisé pour calculer la dose que subirait l'astronaute par rapport à l'efficacité de l'armature et de la géométrie structurelle CSM: géométrie définie selon la description des dimensions et de la construction matérielle du vaisseau spatial.
Des paramètres détaillés de construction pour Apollo ont été achevés seulement après ces études préliminaires complètes et sur la mise à l'épreuve de la configuration géométrique du vaisseau spatial ont été complétées. La NASA et le NAA (le constructeur du vaisseau spatial Apollo) ont choisis un programme qui a divisé le vaisseau spatial en 370 régions, permettant la mesure critique de ces régions pour être mis en application dans la conception finale.
SOURCE
Des paramètres détaillés de construction pour Apollo ont été achevés seulement après ces études préliminaires complètes et sur la mise à l'épreuve de la configuration géométrique du vaisseau spatial ont été complétées. La NASA et le NAA (le constructeur du vaisseau spatial Apollo) ont choisis un programme qui a divisé le vaisseau spatial en 370 régions, permettant la mesure critique de ces régions pour être mis en application dans la conception finale.
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Un programme informatique a calculé la dose et les valeurs de dose secondaires à un point quelconque dans le CSM, aussi bien que les effets de dose qui seraient reçus par différentes parties des corps d'astronautes dans différentes positions dans le CSM.
Un système complet de radioprotection a été mis en application pour Apollo, en raison de ces études. C'est d'abord une protection physique, constituée, d'une part par le scaphandre et de l'autre le revêtement de la cabine...
La géométrie du vaisseau ainsi que beaucoup de matériaux ont été étudiés lors de sa fabrication afin de réduire les doses d'irradiation. De plus, une répartition judicieuse de l'équipement, de l'appareillage et des réserves de bord ont permis d'ailleurs de renforcer cette défense.
Bien entendu, il n'est toutefois pas possible d'obtenir une protection uniforme, en raison de la structure même de la cabine et du fait que ses différentes parties peuvent se trouver plus au moins exposées. c'est pourquoi, au cours des premières vingt-quatre heures du vol Apollo VIII, Borman et Anders ont absorbé des doses différentes, respectivement 40 et 200 millirad.
Il faut savoir que cette technologie incluait aussi, le système manuel de commande d'attitude activé (RCS) pour permettre aux astronautes de réorienter le vaisseau spatial, en interposant le module de service lourdement protégé (réservoirs de propergols, d'oxygène et d'hydrogène) entre eux et le rayonnement pénétrant des particules, du rayonnement X , émission solaire, et rayonnement ultra-violets, éruptions chromosphériques, champ magnétique et perturbations ionosphériques...
Un réseau (SPAN, Solar Particle Alert Network) de surveillance et d'avertissement (7 stations d'observation) a été installé sur Terre et était prêt à alerter les astronautes des événements solaires imminents (ce qui ne se sont jamais produits).
A noter que dans des cas graves, on peut avoir recours à des moyens de protection chimiques. Les spécialistes ont en effet mis au point des produits pharmacologiques qui, comme l'on montré les expériences pratiquées sur des animaux, constituent une défense efficace contre les effets nocifs des radiations ionisantes.
Un système complet de radioprotection a été mis en application pour Apollo, en raison de ces études. C'est d'abord une protection physique, constituée, d'une part par le scaphandre et de l'autre le revêtement de la cabine...
La géométrie du vaisseau ainsi que beaucoup de matériaux ont été étudiés lors de sa fabrication afin de réduire les doses d'irradiation. De plus, une répartition judicieuse de l'équipement, de l'appareillage et des réserves de bord ont permis d'ailleurs de renforcer cette défense.
Bien entendu, il n'est toutefois pas possible d'obtenir une protection uniforme, en raison de la structure même de la cabine et du fait que ses différentes parties peuvent se trouver plus au moins exposées. c'est pourquoi, au cours des premières vingt-quatre heures du vol Apollo VIII, Borman et Anders ont absorbé des doses différentes, respectivement 40 et 200 millirad.
Il faut savoir que cette technologie incluait aussi, le système manuel de commande d'attitude activé (RCS) pour permettre aux astronautes de réorienter le vaisseau spatial, en interposant le module de service lourdement protégé (réservoirs de propergols, d'oxygène et d'hydrogène) entre eux et le rayonnement pénétrant des particules, du rayonnement X , émission solaire, et rayonnement ultra-violets, éruptions chromosphériques, champ magnétique et perturbations ionosphériques...
Un réseau (SPAN, Solar Particle Alert Network) de surveillance et d'avertissement (7 stations d'observation) a été installé sur Terre et était prêt à alerter les astronautes des événements solaires imminents (ce qui ne se sont jamais produits).
A noter que dans des cas graves, on peut avoir recours à des moyens de protection chimiques. Les spécialistes ont en effet mis au point des produits pharmacologiques qui, comme l'on montré les expériences pratiquées sur des animaux, constituent une défense efficace contre les effets nocifs des radiations ionisantes.
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