Armadura de placas de plomo, ¿una defensa factible contra la radiación gamma?

Estoy trabajando en un pequeño proyecto de creación de un mundo.

El mundo en el que esto tiene lugar está plagado de ruinas de 5000 años de antigüedad (estimado), y estas ruinas están llenas de material radiactivo en descomposición. En la mayoría de los lugares, no es demasiado. Como máximo, 50-150 mSv por hora. No es bueno para la salud, pero no tan letal como para impedir que los Ruin Haunters arrasen la región. En algunos bolsillos, sin embargo, uno puede alcanzar de 5000 a 6000 mSv por hora. Los perseguidores han establecido la conexión entre el plomo y evitar que estos 'espíritus malditos' puedan corromperlos, y algunos han tenido la idea de una placa de plomo o una armadura de escamas para defenderse de estos 'espíritus malditos'.

Los Haunters tienen acceso a tecnologías de fabricación hasta 1900, una mejora significativa en el mundo del siglo XV que no existía ni siquiera un siglo antes. Los perseguidores trabajan en equipos de 4 a 6 y permanecen en ruinas durante dos semanas en promedio. ¿Es factible esta armadura?

Para obtener más contexto, consulte Envenenamiento por radiación y pueblos primitivos .

[EDITAR 2/2/22] Todas las respuestas que he recibido han sido muy útiles a su manera. Me resulta difícil seleccionar una sola respuesta como la más útil, por lo que no seleccionaré ninguna. Gracias por responder, todos ustedes han sido muy benéficos.

Tenga en cuenta que el plomo es bastante suave. La armadura de placa de plomo no va a funcionar, solo por razones mecánicas: la hoja de plomo lo suficientemente delgada como para transportarla se doblará y se rasgará. Esto no descarta la idea de una armadura de plomo, solo necesitarás algo más como una armadura de escamas o láminas de cuero cosidas alrededor de una lámina de plomo.
no te olvides de las mascarillas. Ninguna radiación residual es más peligrosa que la inhalación de polvo radiactivo.
@ChristopherJamesHuff El plomo se puede alear. Suave no es el problema. Sin embargo, el peso podría serlo. Incluso si pudiera salirse con la suya con un grosor de 5 mm, es posible que necesite una armadura motorizada para moverse. Lo que no sé es qué tan delgada puede llegar a ser la mina antes de que pierda su efectividad.
50-150 mSv/h no es mucho? 3 Sv generalmente se considera mortal, especialmente con tecnología médica primitiva.
@ChristopherJamesHuff tal vez se inspire en los delantales de plomo utilizados en radiología (búsqueda de imágenes de Google)
Tungsteno sería mejor. Más denso que el plomo para que pueda obtener su blindaje en un volumen mínimo, pero también muy fuerte para que se comporte como una armadura real. Sin embargo, aún necesitará ser una armadura de poder, ya que es pura masa lo que bloquea la radiación en cualquier caso.
@Perkins: los niveles de tecnología de 1900 descartarán la fabricación de objetos de tungsteno. Sin embargo, el plomo es una tecnología de nivel BCE.
@JonCuster Tungsten se descubrió en 1783. El primer horno de arco exitoso se construyó en 1888. La gente estaba experimentando con tungsteno antes de 1900, pero nadie tenía motivos para hacer mucho con él hasta que la electricidad se volvió lo suficientemente barata como para usarla en iluminación general. Me parece que un paisaje salpicado de ruinas radiactivas y la necesidad de un blindaje fuerte y de bajo volumen proporcionaría un incentivo potencial de desarrollo alternativo.
El uranio empobrecido es mejor. ¡Sí, el uranio puede proteger contra la radiación! Se ha propuesto un diseño de "cinturón de levantador de pesas", donde optimiza la protección de los órganos internos contra un peso razonable.
Sin embargo, @KevinKostlan El uranio empobrecido requeriría tecnología nuclear para adquirirlo, y tiene las mismas desventajas de toxicidad que el plomo, a la vez que es significativamente combustible. Por supuesto, las ruinas radiactivas pueden significar que hay montones de ellas tiradas por ahí... Así que supongo que usa lo que tienes.
@perkins. El peso puro puede obligarnos a usar uranio (creo que es mejor incluso por peso), y los expertos descubren qué es uranio "seguro" versus uranio "peligroso" (combustible de uranio gastado que es mucho más radiactivo).
@KevinKostlan Se complica con bastante rapidez ya que las radiaciones alfa, beta, de neutrones y gamma se bloquean por cosas diferentes. En gran medida, lo que más importa es la masa pura, por lo que la densidad le permite empaquetar más masa en un espacio más pequeño. Pero la radiación gamma interactúa más fuertemente con los átomos más pequeños y, por lo tanto, el agua y los hidrocarburos (con énfasis en el hidrógeno) se usan a menudo para eso. Sin embargo, las personas en el nivel técnico descrito probablemente no tendrán mucha comprensión de esto.
@Perkins: Alpha y beta se detienen muy fácilmente. Supongo que su basurero tiene poca radiación de neutrones ya que ya no hay una reacción nuclear en cadena real (criticidad). Así que básicamente se trata de la gamma. Creo que lo tienes al revés: el blindaje de neutrones es mejor con núcleos ligeros y gamma con núcleos pesados .
@KevinKostlan Hmmm... Entonces, el artículo que encontré sobre la absorción frente al diámetro atómico junto con otras discusiones sobre el blindaje más efectivo para naves espaciales y otras cosas bombardeadas con fotones electromagnéticos de alta energía parecían indicar que, por átomo, los elementos ligeros interactúan con más fuerza que los pesados. Pero estaba leyendo terriblemente rápido, así que es posible que volteé un eje en alguna parte. Independientemente, existen compensaciones entre la eficiencia del blindaje y las limitaciones de tamaño físico.

Respuestas (6)

No mucho. Sin embargo, mucho.

Después de leer rápidamente algunos artículos, descubrí que usan delantales de plomo para protegerse durante cosas como rayos X y demás. Son alrededor de 7 a 14 kg (10-20 libras), por lo que no son muy pesados. Esto no es mucha radiación en comparación con lo que estás preguntando. Aunque. Iría mucho más fuerte.

Otro artículo indicó que la radiación se puede reducir en un 95 a 98% con láminas de plomo de 2,8 a 18 mm (0,71 pulgadas) de espesor. De alguna manera, esto no es mucho y reduciría los 5000-6000 mSv a 250-300 mSv. Todavía no es saludable, ¡pero mucho mejor! ¿El peso? Un cálculo rápido del sobre dice que es de 19 a 504 kg (42 a 1111 libras) para el límite inferior, de 38 a 1008 kg (84 a 2222 libras) para los límites superiores. Esto se debe a que los delantales generalmente tienen protectores de plomo de 0,25 mm de espesor, mientras que usted necesita de 11 a 72 veces más. Los delantales suelen ser de un solo lado, ya que sabe de dónde proviene la radiación.

Es probable que esto sea demasiado alto. He agregado todo el peso del delantal, pero probablemente haya algo de peso que no pertenezca al plomo en el delantal. Seamos extremadamente generosos y digamos que es el 10%. Eso sigue siendo muy aproximadamente 17-900 kg (38 a 2000 libras).

Eso sí, esto es solo para delantales delanteros o para ambos lados.

Una armadura que solo requiera proteger los órganos vitales (torso, cuello, cabeza, genitales) sería, en la mayoría de los casos, demasiado pesada para transportarla. Desde lo difícil hasta lo imposible. Eso aún dejaría abiertas muchas áreas sensibles como algo de médula ósea.

Demasiado pesado para estar completamente cubierto de plomo, parece. Parece que necesitaría encontrar un enfoque más híbrido, mezclando varias formas de protección.
Mirando el manejo actual de los rayos X, creo que simplemente cubrir su torso y tal vez un casco ya puede brindarle una parte significativa de la protección por un pequeño porcentaje del peso. En general, perder unas pocas células en los huesos o músculos de los brazos y piernas es mucho menos dañino que perder la misma cantidad de células en el cerebro o en algún órgano interno.
Un suspensorio de plomo será deseable para la mayoría de los hombres...
No olvide la necesidad de orificios de ventilación y orificios para los ojos/ranuras/cristales que no se pueden proteger por completo. Incluso el vidrio emplomado no es suficiente.

Pensemos rápidamente qué tipo de materiales radiactivos probablemente tengan una vida lo suficientemente larga (dado el retraso de 5000 años desde el final de su producción que mencionó en la pregunta anterior) y produzcan rayos gamma.

Asumiendo que la fisión nuclear controlada es la fuente principal de los radiactivos involucrados aquí, esperaría tener cosas como 126 Sn, 93 Zr y 129 I. Estos son emisores beta, pero sus productos de desintegración son 126 Sb, 93 Nb y 129 Xe, respectivamente, a veces en un estado excitado . Estos se desintegran por diversos medios, los estados excitados liberan rayos gamma de 40,4 keV, 30,8 keV y 39,6 keV respectivamente y estas son probablemente las principales fuentes de radiación gamma con las que tendrá que lidiar.

NIST ha compilado una lista útil de coeficientes de atenuación de masa de rayos X para nosotros con una amplia gama de materiales y energías de fotones. Para simplificar, supongamos que solo estamos tratando con fotones de 40keV. Esto nos da un coeficiente de atenuación de masa m de 14,36 cm 2 /g para el plomo, 3,629 cm 2 /g para el hierro y 5,685 cm 2 /g para el aluminio (que es difícil de producir, pero puede ser fácil de eliminar después del apocalipsis).

Para reducir la radiación entrante al 1% de su flujo inicial, necesita una capa de material con densidad ρ , espesor y coeficiente de atenuación de masa m : 0.01 = mi m ρ . Por lo tanto, el espesor será = registro ( 0.01 ) m ρ . Para plomo sería 0,28 mm, para hierro 1,6 mm y para aluminio 3 mm. No estoy muy seguro de cuánto material necesitarías para hacer un mono de radiación que lo encierra todo, pero digamos que son 3 m 2 . Eso le da a su blindaje del 99% un peso de 9,6 kg para el plomo, 38 kg para el hierro o 24 kg para el aluminio. Un escudo de doble espesor reduciría la radiación al 0,01% de su flujo inicial y pesaría el doble.

Obviamente, el plomo, si puede encontrarlo, es el material ideal para usar aquí. Otros materiales recuperables también pueden funcionar, aunque serán mucho más pesados... pero ten en cuenta que un mono de 1,6 mm hecho de hierro es una armadura razonable y algo útil si esperas entrar en una pelea y refugiarte. Aún no reinventamos las armas de fuego.


Sin embargo

Como señaló L.Dutch (y lo insinué en mi última respuesta, aunque admito que no lo hice explícito), el mayor riesgo está en los radiactivos inhalados e ingeridos. Ese desecho de larga vida se descompone a través de la emisión beta, y aunque las partículas beta generalmente no son excesivamente peligrosas en el exterior, son muy malas noticias en el interior.

Modelar los riesgos de la exposición a la radiación es difícil, así que no creo que vaya a intentarlo ahora. Pero tengo la ligera sospecha de que el nivel de fondo de la radiación gamma en realidad podría no ser tan malo, y mientras no intente pasar largos períodos de tiempo en la zona caliente, es posible que no tenga que preocuparse mucho por eso. Pero lo que definitivamente no debes hacer es beber agua, buscar comida o cazar. Necesitas una máscara antipolvo de tela decente (¡podrías describir esto como una especie de velo, si tuvieras una inclinación supersticiosa!) y si te ensucias y te llenas de polvo mientras estás en las malas tierras, entonces debes asegurarte de lavarlo todo. río abajo de su pueblo , e idealmente antes de quitarse la máscara. Es probable que la limpieza ritual posterior a la expedición (¡frote todo el barro contaminado de debajo de las uñas!) sea más beneficiosa que un mono de papel de aluminio.

Una armadura de plomo funcionará solo para proteger el cuerpo de la radiación proveniente del exterior (y será bastante engorrosa de usar, pero uno no puede ser exigente aquí).

Una alternativa al plomo, o una integración, pueden representar los colchones de agua, que serían más flexibles y también podrían usarse como agua potable en el camino de regreso.

Para la radiación proveniente del interior del cuerpo, una armadura no hará nada. Y en un entorno altamente radiactivo, uno solo necesita respirar un poco de polvo para dejar que la radiactividad atraviese la armadura de plomo y entre directamente en el cuerpo, donde se irradiará a voluntad.

Necesitarías más agua de la que razonablemente podrías llevar. Necesitarías un tanque literal ;-)
Me sorprende que esto no sea más votado. No se preocupa por la radiación en la zona, le preocupa que se quede con usted en los pulmones y el intestino. La armadura no hace nada si estás respirando partículas radiactivas "hasta la muerte" después.
Siento que los cojines de agua serían una gran capa exterior. Tal vez encima de una armadura de escamas más ligera o de cadenas de plomo. Esta sería sin duda una mejor opción para las personas en climas más cálidos. En cuanto a la prevención del polvo radiado, estaría bien una envoltura de tela gruesa o incluso una máscara antigás temprana para los perseguidores más ricos. No sé cómo me perdí ese detalle crucial, gracias.
El agua se utiliza para atenuar la radiación de partículas. La radiación gamma es electromagnética. Desea cosas con muchos electrones para interactuar, por lo tanto, elementos Z altos.

Dirigir. Bah. ¿Quieres parecer una pipa? Probablemente te llamarán "La Pipa". ¿Ya lo hacen? Mmm. En cualquier caso, cuando esté explorando las ruinas resplandecientes, ¡llevaré ORO!

ARMADURA DE ORO

fuente

El oro es más denso que el plomo (19 frente a 11 mg/cc), por lo que proporciona una mejor protección contra la radiación. El oro es mucho más fuerte con una resistencia a la tracción de un orden de magnitud mayor que el plomo. ¡Y el dorado se ve increíble!


Para esta pregunta, creo que "¡correo de placa de oro!" es suficiente. Porque no habrá fin a las quejas sobre la fabricación de armaduras reales, armaduras que son buenas para luchar, fabricación de delantales de plomo, fabricación de aleaciones, ausencia de radiación después de 5000 años, etc., etc.

Estoy de acuerdo con una imagen de correo a escala construida con Krugerrands de oro.

Curiosamente, el oro no es tan bueno para detener fotones de 40 keV como el plomo, a pesar de su mayor densidad. Claramente, el aumento de la densidad de los núcleos no compensa la menor cantidad de electrones por núcleo, y es esa nube de electrones la que detendrá los rayos gamma. Sin embargo , no es mucho peor... alrededor de un 10 % más pesado y la lámina puede ser un 30 % más delgada, para el mismo nivel de protección que el plomo.
@StarfishPrime: ¡no me di cuenta de que eran los electrones los que estaban haciendo el trabajo! Si tienes un enlace para mí sería genial. Se podría inferir de esto que una superficie cargada negativamente con electrones adicionales bloquearía la radiación mejor que la misma superficie sin carga y cualquiera sería mejor que la carga positiva. Ese sería un buen experimento de feria de ciencias. ¡Los electrones son más ligeros que el plomo!
Lograr que la densidad de carga sea lo suficientemente alta sería un desafío... la materia regular es bastante buena en ese tipo de cosas. De manera irritante, no parece que tenga un buen recurso que establezca sin ambigüedades que los electrones bloquean, pero está claro que los números Z altos y la alta densidad son la forma de protegerse contra la radiación electromagnética. Por el contrario, desea una alta densidad de núcleos para bloquear la radiación de neutrones e iones pesados, por lo que los plásticos livianos y las ceras (y, de hecho, el agua) son mejores allí. Seguiré buscando.
Voté esto por razones estéticas. @StarfishPrime en quora están de acuerdo en que el oro y el plomo tienen la misma protección contra la radiación gamma, quora.com/… usan esta calculadora physics.nist.gov/PhysRefData/FFast/html/form.html
@Goodies no están de acuerdo con eso, y si estuvieran de acuerdo, estarían equivocados. Puede consultar la tabla de coeficientes de atenuación de masa de rayos X del NIST usted mismo, si lo desea ... la página de índice está vinculada a mi respuesta.
@StarfishPrime Solo intento ser útil. Y está este ingeniero de aplicaciones de rayos X, Jake Van Waggoner, que presenta una curva con valores casi iguales para ambos metales.
@Goodies sobre igual no es igual. El oro es peor debido a su número Z más bajo, como he mencionado.
@willk entonces, con un poco de investigación: los rayos gamma interactúan con los núcleos y con los electrones, pero los núcleos son pequeños (radio de ~ 5 fm para el plomo) y las nubes de electrones son grandes (~ 180 fm para el plomo). El oro tiene un radio atómico de más de 140 fm, por lo que su densidad de electrones es mayor, pero para energías bajas de rayos X/rayos gamma esto no importa por razones que nadie parece explicar. Simplemente se establece que la sección transversal de interacción para las interacciones fotoeléctricas es proporcional al número atómico del elemento .
@willk a energías más altas (digamos, gammas de 1MeV) es, de hecho, la densidad de electrones lo que importa más porque la forma principal en que interactúan esos rayos gamma es a través de un proceso diferente, la dispersión de Compton, y la densidad de electrones es el factor más importante allí. El oro es mejor que el plomo en niveles de energía más altos, pero para los desechos radiactivos de larga duración, como los que le interesan al OP, es poco probable que ocurran esos niveles de energía altos.
Como han dicho algunos de los otros comentarios, el oro puede no ser tan protector. Sin embargo, esto no significa que no tenga uso. Se podría usar oro en lugar de plomo para áreas de menor radiactividad, y muchos lo encontrarían mucho más estético. Incluso en ruinas radiadas, la gente todavía se preocupa por las apariencias.

Sí, es factible.

Los dispositivos de protección personal incluyen delantales de plomo, protectores de tiroides, gafas, gorras y guantes de plomo.

Delantales de plomo

Una plataforma con un grosor de 0,5 mm puede atenuar aproximadamente el 90 % o más de la radiación dispersa. Un delantal de plomo estándar pesa aproximadamente 7 kg, lo que podría provocar el desarrollo de problemas de espalda.

Gafas de plomo

El cristalino del ojo es la parte del cuerpo más sensible a la radiación, por lo tanto, es esencial usar anteojos de plomo.

El vidrio de plomo, comúnmente llamado cristal, es una variedad de vidrio en el que el plomo reemplaza el contenido de calcio de un vidrio de potasa típico. George Ravenscroft (1618–1681) fue el primero en producir cristal de plomo transparente a escala industrial.

Los vidrios de plomo con un espesor de 0,5 o 0,75 mm pueden reducir más del 95 % de la radiación dispersa.

escudos tiroideos

La glándula tiroides debe protegerse porque es vulnerable a la radiación dispersa. La dosis máxima permisible anual recomendada para la tiroides es de 300 mSv. Un escudo tiroideo puede reducir la dosis efectiva en 2,5 veces y la exposición total en casi un 50%. Por lo tanto, los escudos tiroideos deben tener al menos 0,5 mm de espesor equivalente al plomo para la protección del cuello y la tiroides.

Otra posibilidad aquí si los cazadores están organizados y trabajando a gran escala:

En lugar de tratar de usar una armadura, fabrican una serie de placas de armadura que se colocan para proteger un camino seguro.

Tenga en cuenta, también, que deben saber sobre el concreto. Para proteger las áreas a las que se va a acceder muchas veces (por ejemplo, el acceso a las ruinas) haga algunos muros de hormigón.