Könnten Solarzellen eine Neutronenabschirmung bieten?

In jedem (Tiefen-)Raumfahrzeug ist die Strahlungsabschirmung von größter Bedeutung. Neutronen und Gammastrahlen können nur gestoppt werden, indem Masse (oder Abstand) zwischen Quelle und Ziel gebracht wird. Es scheint, dass man für eine angemessene Abschirmung leichtere Elemente an der Außenseite des Rumpfes anbringen sollte.

Ich frage mich, ob PV-Zellen diese Art von Neutronenabsorptions-/Ablenkschicht bereitstellen könnten und wenn ja, zu welchem ​​Preis. Mein Grundgedanke ist, eine sekundäre Nutzung zur unvermeidlichen Masse zu generieren. Für ein größeres Raumschiff könnte es beispielsweise praktikabel sein, teilweise auf Solarenergie anstelle von Kernkraft zu setzen, um die Strahlenbelastung der Besatzung zu reduzieren.

Wie verhält sich eine typische Solarzelle als Neutronenschild?

Die Verwendung von PV-Zellen im Weltraum ist sinnlos, es gibt nicht genug Licht, um daraus Strom zu erzeugen. Sie wären totes Gewicht.
@GdD Die Weltraumforschungsdefinition des Weltraums unterscheidet sich von der astronomischen. Für die Weltraumforschung kann der Weltraum alles jenseits der Erdumlaufbahn sein.

Antworten (2)

PV-Zellen wären keine besonders guten Neutronenabsorber, hauptsächlich weil PV-Zellen dünn sind.

Neutronen dringen tief in Materialien ein, weil sie nicht geladen sind – die Hauptmethode zur Reduzierung der Neutronenstrahlung sind physikalische Kollisionen von Neutronen. Atome mit niedrigen Atomgewichten entziehen Neutronen die Energie am effizientesten.

Wasser ist ein gutes Neutronen absorbierendes Material, da es viel Wasserstoff enthält, der eine niedrige Ordnungszahl hat. Wasser hat einen Zehntelwert / Dicke von 10 Zoll.

Das bedeutet, dass Wasser den Neutronenstrahlungsfluss um 1 Größenordnung pro 10 Zoll vorhandenem Wasser reduziert.

PV-Zellen werden bei der Reduzierung der Neutronenstrahlung weniger effektiv sein, da sie eine höhere durchschnittliche Ordnungszahl haben und nur wenige cm dick sein werden.

PV-Zellen haben also eine vernachlässigbare Neutronenabschirmwirkung.

Beachten Sie, dass grundlegende Informationen über die zehnte Dicke für Wasser im nächsten Abschnitt des vom OP bereitgestellten Project Rho-Links mit der Bezeichnung „Shield Rating“ enthalten sind.

Was ist, wenn das Rahmen-/Strukturmaterial der PV-Zellen aus B11 ist? Wie ich weiß, ist es einer der besten festen Neutronenabsorber (He3 wäre nur besser).

Im Weltraum gibt es praktisch keine Neutronenstrahlung.

Gammastrahlung existiert, aber sie ist auch sehr klein.

Dieses Problem tritt nur auf, wenn das Raumfahrzeug eine nukleare Energiequelle hat (was bei den heutigen praktischen Designs meistens RTG ist ). Aber wenn es eine RTG-Stromquelle gibt, werden keine PV-Zellen benötigt.

PV-Zellen haben sehr strenge Anforderungen an ihre chemische Zusammensetzung und sie sind dick.

Aber:

  1. PV-Zellen müssen Halbleiter sein, daher ist die Machbarkeit eines als PV-Zelle zu verwendenden Materials eine Anforderung an die Struktur ihrer Elektronenhülle. Sie können auch sehr dick sein, nur eine Wellenlänge des sichtbaren Lichts reicht aus. Der einzige Grund, warum die aktuellen PV-Zellen dünner sind, ist, dass es einfacher (= billiger) ist, einige Zehntel mm dünne Siliziumschichten als einige Mikrometer herzustellen.
  2. Neutronenabschirmung und Gammaabschirmung hängt hauptsächlich vom Kern ab. Leider haben effektive Neutronenschilde meistens kleine Kerne, während die Gamma-Abschirmung große (z. B. Blei) erfordert.
  3. Bei der Neutronenabschirmung gibt es große Unterschiede in den tatsächlich verwendeten Isotopen, während der Gammawirkungsquerschnitt meist einfach von der Protonenzahl der Kerne abhängt (und proportional zu deren vierter Potenz ist).
  4. Sowohl die Neutronen- als auch die Gammaabschirmung erfordert dicke Schichten. In der Nukleartechnik werden einige Zentimeter dicke Bleischichten verwendet.
Dieses Papier scheint anzudeuten, dass ein gewisses Risiko durch Neutronenstrahlung besteht, wenn auch jene, die durch Wechselwirkungen mit Materialien erzeugt wird. Haben Sie eine Referenz für die Behauptung, dass die Neutronenstrahlung im Weltraum vernachlässigbar ist?
@called2voyage: Freie Neutronen haben eine Halbwertszeit von etwa 15 Minuten, laut dieser Referenz habe ich in einer ähnlichen Situation ausgegraben .
@NathanTuggy Das bedeutet nicht, dass kein Risiko besteht. Auch hier wird die Neutronenstrahlung durch Wechselwirkungen mit Materialien erzeugt. Wenn es zum Beispiel durch Wechselwirkungen mit Materialien auf dem Raumfahrzeug entsteht , reichen 15 Minuten aus, um Schaden anzurichten.
@called2voyage: Nun, es gibt offensichtlich keine nützliche Abschirmung gegen kollisionserzeugte Neutronen von PV-Modulen, die sich außerhalb des Fahrzeugs befinden müssen .
@NathanTuggy Einverstanden, aber das ist für die Antwort, die dem OP erklärt werden muss.
@NathanTuggy Wie ich weiß, gibt es in der praktischen Nukleartechnologie minimale Probleme mit den Sekundäreffekten.
@called2voyage Es ist möglich, aber der Gamma-> Neutronenquerschnitt ist nie zu groß. Wie ich weiß, kommt das einzige Problem im Weltraum vom RTG. CMB und dergleichen sind hier nichts.
@peterh: Denken Sie daran, dass GCR-Protonen leicht Neutronen aus ausreichend dickem Material herausschlagen können und dass diese sekundären (tertiären, quaternären usw.) Neutronen immer noch ziemlich energiereich sein können. Vermutlich setzt die Frage die Verwendung einer elektromagnetischen Abschirmung gegen diese voraus, aber es könnte nützlich sein, ihre Auswirkungen nur für den Fall zu berücksichtigen.
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