¿Por qué no se pueden usar imanes permanentes para la protección contra la radiación en el espacio?

Los imanes permanentes son bastante pesados ​​y tienen una fuerza de campo a lo largo de la distribución del tiempo tal que pierden su magnetismo lentamente. En cierto sentido, no son realmente "permanentes" más allá de la definición, lo que significa que su intensidad de campo se degrada muy lentamente y no requiere una fuente de alimentación externa.

Los electroimanes también son pesados, pero se pueden diseñar para que sean mucho más livianos que los imanes permanentes. Esto incluye la adición de una pequeña fuente de alimentación. Su fuerza se puede ajustar dinámicamente, dependiendo de la potencia disponible. Por lo tanto, pueden sobrevivir tanto tiempo como su fuente de energía.

Los electroimanes ofrecen un peso más ligero, una salida ajustable y un ciclo de mantenimiento que evita la remagnetización o los reemplazos voluminosos. Actualmente estas ventajas parecen tener un valor superior a la energía que requieren para operar.

Los problemas reales entran en juego cuando se considera el tamaño y la fuerza de un campo magnético necesario para brindar protección en el espacio. No estoy seguro de si la ingeniería actual puede crear tal campo, ya que la Tierra es el modelo de comparación actual.

Abordar el desgaste magnético...

Es un error común pensar que un imán permanente es de alguna manera verdaderamente permanente. Los elementos dentro de un imán permanente se alinean durante el proceso de magnetización del imán . Esto crea un dominio uniforme de elementos alineados que crean el magnetismo. Los rayos cósmicos y otras perturbaciones golpean ocasionalmente estos elementos, dejándolos fuera de alineación. A medida que los elementos se desalinean, el campo se debilita.

gráficos de potencia de algunos electroimanes comerciales

clasificaciones de potencia de algunos imanes permanentes comerciales

El blindaje magnético no protege contra los rayos gamma y los neutrones, por lo que podría ser necesario algún blindaje, como agua potable y aguas residuales en un casco doble. unas pocas pulgadas de agua podrían reducir esa radiación casi a la mitad y también aumentar cualquier protección magnética. La tripulación tendrá agua potable y agua residual, así que usa lo que tienes para protegerte. El combustible también puede ser un buen escudo. La energía solar para un escudo magnético es abundante dentro de la esfera Mars-Solar. Para aventurarse al cinturón de asteroides y más allá, la energía solar no es tan abundante. Las velas de energía solar de película delgada pueden ser livianas y pueden desplegarse en un vuelo transplanetario.

Como aprendimos de experimentos anteriores, la recolección de energía de las velas deberá realizarse de una manera cuidadosamente diseñada para no estresar ni colapsar las velas. Esto es especialmente cierto en este caso ya que estamos creando un fuerte campo magnético que creará una fuerza en cualquier cable que lleve corriente. Para complicar aún más las cosas, una eyección de masa corneal causará una distorsión de campo que inducirá corrientes en estos cables, posiblemente soplando circuitos e incluso derritiendo los cables.

Además, el aluminio en los cascos exacerba los problemas de radiación de partículas cósmicas con partículas secundarias, por lo que la fibra de carbono con polietileno quizás sea el material de elección para el casco. Durante una eyección de masa coronal solar, el cohete puede girar su cola hacia el sol para reducir el efecto sobre la tripulación. En realidad, es probable que lo hagan durante todo el vuelo de todos modos para protegerse de la radiación solar en general, que es una fuente principal de radiación direccional. Además, también podrían obtener un pequeño impulso fotónico adicional de las velas solares.

Por supuesto, todo esto es especulativo. Necesitas los números y espero que la NASA y SpaceX los tengan. Estoy seguro de que mucha gente estará dispuesta a hacer un viaje a la Luna oa Marte, incluso si eso significa que sus vidas se acortarán, como parece haber ocurrido con los astronautas del Apolo. Creo que SpaceX tiene la idea correcta, que es llegar rápido para reducir su exposición y las cosas que necesita llevar como comida y basura acumulada. No, no tiras la basura por la borda.

Podría pensar en otras dos razones:

1. Practicidad de instalación y flexibilidad : desea que sus imanes sean fuertes. Pero los imanes permanentes fuertes son desagradables de instalar (¿alguna vez ha intentado sacar uno de esos mini-superimanes de campo de superficie 1T de su refrigerador?) y, por lo tanto, las formas de campo arbitrarias son muy difíciles de lograr.
   Si desea un buen campo alto hecho a medida que no interfiera con el interior de su nave espacial y proteja hacia el exterior, entonces los electroimanes son imprescindibles.

La pregunta sigue siendo, ¿por qué usaría imanes permanentes cuando solo puede usar algunos para encender y apagar? De esta manera, puede reaccionar de manera más flexible a situaciones de aumento de los flujos de protones del sol frente a las fases tranquilas. Me parece mucho más inteligente.

2. Propiedades de blindaje: El blindaje de partículas a través de campos magnéticos funciona a través del efecto de espejo magnético . Igualando la energía cinética de la partícula y la energía magnética del dipolo utilizado$\mu B$, podemos estimar las propiedades de blindaje.
   Luego, un poco de matemática muestra que un campo 1T con un momento dipolar de$0.01-0.1 Am^2$(No busqué a fondo los valores típicos, solo busqué un resultado de Google ) puede repeler partículas de hasta$10^{18}eV$energía, que según el espectro de energía de los rayos cósmicos sería suficiente para desviar la mayor parte del flujo de rayos cósmicos.

Pero tenga en cuenta que el valor de 1T que he elegido solo para simplificar los cálculos aquí es una intensidad de campo absurdamente alta. Un campo magnético a gran escala en un barco tendría órdenes de magnitud menores$\mu$así como también$B$.
Y entonces esto probablemente podría proteger el flujo de partículas solares, pero no las partículas galácticas (que causan menos daño en órdenes de magnitud, ya que su flujo es menor).