¿Podrían las células solares proporcionar protección de neutrones?

En cualquier nave espacial (profunda), la protección contra la radiación es primordial. Los neutrones y los rayos gamma solo se pueden detener poniendo masa (o distancia) entre la fuente y el objetivo. Parece que se deberían poner elementos más ligeros en el exterior del casco para una protección adecuada.

Me pregunto si las células fotovoltaicas podrían proporcionar este tipo de capa de absorción/deflexión de neutrones y, de ser así, a qué costo. Mi razón es generar un uso secundario a la masa inevitable. Para una nave espacial más grande, podría ser viable, por ejemplo, depender parcialmente de la energía solar en lugar de la energía nuclear para reducir la exposición a la radiación de la tripulación.

¿Cómo se compara una celda solar típica como un escudo de neutrones?

El uso de células fotovoltaicas en el espacio profundo no tiene sentido, no hay suficiente luz para generar electricidad. Serían peso muerto.
@GdD La definición de exploración espacial del espacio profundo es diferente a la astronómica. Para la exploración espacial, el espacio profundo puede ser cualquier cosa más allá de la órbita terrestre.

Respuestas (2)

Las celdas fotovoltaicas no serían un buen absorbente de neutrones, principalmente porque las celdas fotovoltaicas son delgadas.

Los neutrones penetran profundamente en los materiales porque no están cargados; el método principal para reducir la radiación de neutrones es a través de colisiones físicas de neutrones. Los átomos con pesos atómicos bajos eliminan la energía de los neutrones de manera más eficiente.

El agua es un buen material absorbente de neutrones porque incluye mucho hidrógeno, que tiene un número atómico bajo. El agua tiene un décimo valor/espesor de 10 pulgadas.

Eso significa que el agua reduce el flujo de radiación de neutrones en 1 orden de magnitud por cada 10 pulgadas de agua presente.

Las celdas fotovoltaicas serán menos efectivas para reducir la radiación de neutrones, porque tendrán un número atómico promedio más alto y solo tendrán unos pocos centímetros de espesor.

Entonces, las células fotovoltaicas tendrán un efecto de protección de neutrones insignificante.

Tenga en cuenta que la información básica sobre el décimo espesor para el agua está presente en la siguiente sección del enlace del Proyecto Rho que proporcionó OP, con la etiqueta "Clasificación de escudo".

¿Qué pasa si el marco/material estructural de las células fotovoltaicas es de B11? Como sé, es uno de los mejores absorbentes de neutrones sólidos (He3 sería solo mejor).

Hay una radiación de neutrones prácticamente insignificante en el espacio profundo.

La radiación gamma existe, pero también es muy pequeña.

Este problema ocurre solo si la nave espacial tiene una fuente de energía nuclear (que en su mayoría es RTG en los diseños prácticos actuales). Pero si hay una fuente de energía RTG, no hay necesidad de celdas fotovoltaicas.

Las células fotovoltaicas tienen requisitos muy estrictos en cuanto a su composición química y son gruesas.

Pero:

  1. Las celdas fotovoltaicas deben ser semiconductores, por lo que la viabilidad de un material para ser utilizado como celda fotovoltaica tiene un requisito para la estructura de su capa de electrones. También pueden ser muy gruesos, solo una longitud de onda de la luz visible es suficiente. La única razón por la que las células fotovoltaicas actuales son más delgadas es que es más simple (= más barato) producir una capa de silicio de unas décimas de mm de espesor como una micra.
  2. El blindaje de neutrones y el blindaje gamma depende principalmente del núcleo. Desafortunadamente, los escudos de neutrones efectivos tienen en su mayoría núcleos pequeños, mientras que el blindaje gamma requiere grandes (por ejemplo, plomo).
  3. En el caso del blindaje de neutrones, existen grandes diferencias en los isótopos realmente utilizados, mientras que la sección transversal gamma depende principalmente del número de protones de los núcleos (y es proporcional a su cuarta potencia).
  4. Tanto el blindaje de neutrones como el gamma requieren capas gruesas. En la tecnología nuclear se utilizan capas de plomo de unos centímetros de espesor.
Este documento parece implicar que existe cierto riesgo por la radiación de neutrones, aunque sea la que se produce por las interacciones con los materiales. ¿Tiene una referencia para la afirmación de que la radiación de neutrones en el espacio profundo es insignificante?
@ named2voyage: los neutrones libres tienen una vida media de unos 15 minutos, según esta referencia que desenterré en una situación similar .
@NathanTuggy Eso no significa que no haya riesgo. Nuevamente, la radiación de neutrones se produce por interacciones con los materiales. Si, por ejemplo, se produce por interacciones con materiales en la nave espacial, 15 minutos es tiempo suficiente para causar daño.
@ named2voyage: Bueno, evidentemente no hay un blindaje útil contra los neutrones generados por la colisión de los paneles fotovoltaicos, que deben estar en el exterior de la nave.
@NathanTuggy De acuerdo, pero eso es para que la respuesta se explique al OP.
@NathanTuggy Como sé, en la tecnología nuclear práctica hay problemas mínimos por los efectos secundarios.
@ named2voyage Es posible, pero la sección transversal de neutrones gamma-> nunca es demasiado grande. Como sé, el único problema en el espacio profundo proviene del RTG. CMB y tal no son nada aquí.
@peterh: Recuerde que los protones GCR pueden liberar fácilmente neutrones de un material suficientemente grueso, y que estos neutrones secundarios (terciarios, cuaternarios, etc.) aún pueden ser bastante energéticos. Presumiblemente, la pregunta asume el uso de blindaje electromagnético contra estos, pero podría ser útil considerar sus efectos por si acaso.
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