Travel to Mars lowers cancer risk

In a study that even made it to the prestigious American science magazine Science, it is stated that a trip to Mars increases the risk of cancer by 3%. Is this story correct and are the authors of the article aware of the latest scientific research in this area? An analysis.

'Trip to Mars increases cancer risk'
In the article in question, Measurements of Energetic Particle Radiation in Transit to Mars on the Mars Science Laboratory [1], and the Science Podcast interview [2], describe observations of cosmic rays. These were carried out by the Radiation Assessment Detector (RAD) instrument on board the Mars robot, Curiosity, during its journey to Mars. The shield around the RAD [3], consisting of the spacecraft wall and the surrounding robot, is broadly similar to the shield used in manned spacecraft. These measurements therefore give a good idea of the radiation that astronauts on board a spacecraft will experience on their way to Mars, the researchers said. It seems impossible to get a pin in between. But is everything said with this? No, as an unexpected discovery from a few years ago proves.

Solar wind
In the vacuum of space, there are two sources of radiation that are of concern to space experts. These are the solar wind and the galactic cosmic rays. The sun scatters large amounts of fast-moving ions, mainly protons and helium nuclei, which are a major radioactive problem. On Earth, we are not bothered by this because the strong earth's magnetic field deflects the solar wind and the thick atmosphere completely absorbs the remaining particles. In 2010 it was discovered that even a fairly weak magnet is already able to deflect a fast-moving plasma current, such as the solar wind, for example. The reason is that not only magnets, but also moving particles generate a magnetic field. The magnetic fields repel each other, creating a strong deflecting force on the particles (Maxwell's third equation). All the concerns that space experts had about the solar wind turned out to be unnecessary [4]. Presumably, by applying a reasonably weak magnetic field, an important part of the measured radiation, namely the solar wind, can be switched off quite easily.

Strong magnetic fields, such as those generated by superconducting magnets, can in principle repel hard cosmic rays. Source: NASA

Galactic cosmic rays
A bigger concern is the cosmic rays emanating from the rest of the universe, mainly from the Milky Way of which we are a part. Unlike the solar wind, these particles come from all directions. Their magnetic fields therefore cancel each other out, so that the plasma effect will occur very weakly or even not at all.

Galactic cosmic ray 1% consists of very hard X-rays, with energies per photon sufficient to form small atoms. These are forms of electromagnetic radiation and can only be stopped by radiation shields that are meters thick. 1% isn't very much, though. The damage caused by this radiation remains relatively limited.

The remaining 99% consists of electrically charged particles, mainly (90%) protons and (9%) helium nuclei. The rest consists of heavier atomic nuclei. Given a certain magnetic field strength and charge, charged particles in a magnetic field will describe circles with a certain diameter, depending on the ratio between mass times speed divided by charge times field strength.
To be precise:
Interestingly, the number of revolutions per second for these circles is independent of speed. If these circles are far enough from the spaceship, the occupants are safe.

Relativistic effects
Unfortunately, relativistic effects now throw a spanner in the works. The particles are extremely energy-rich and move almost at the speed of light. This leads to a strong increase in their mass, to be precise with the Lorentz factor γ: . From this you can see that when you get very close to the speed of light, a small absolute increase in the speed results in an enormous increase in mass (a particle with mass that moves at exactly the speed of light has, in theory, an infinitely large relativistic mass). These particles have a total mass of more than 100 GeV / c2 on average. By the way, this is more than ten times what the most powerful particle accelerator on Earth, the LHC, can generate. As a result, a proton (rest mass 0.938 GeV) has a 100 times higher relativistic mass, making the circle a hundred times larger. As a result, the magnetic field must extend at least a factor of 100 or be a hundred times stronger. That is why superconductors are thought to create a very strong protective magnetic field around a spaceship. Superconductors have another very attractive property. Magnetic field lines, by definition, cannot penetrate a superconductor. When a charged particle approaches the superconductor, a very strong opposing magnetic field is generated that can repel even a relativistic particle. However, very hard X-rays are produced during the deceleration. The question is whether this makes you very happy as a passenger.

Increased risk of cancer?
According to calculations by [1], the risk of cancer would increase by approximately 3%. The greatest radiation exposure, approx. 60%, comes from solar wind, which can be blocked by means of a fairly weak magnetic field. Currently, there is about a 3% chance of an astronaut being killed in a space flight, making an astronaut a more dangerous job than, say, a soldier in the US military. In percentage terms, this means that far fewer astronauts will die from diseases of old age such as cancer than normal people.

Sources
1. C. Zeitlin et al., Measurements of Energetic Particle Radiation in Transit to Mars on the Mars Science Laboratory, Science, 2013
2. Transcript Science Podcast 31.05.2013
3. C. Zeitlin et al., The Radiation Assessment Detector (RAD) Investigation, Space Scientific Review (2012)
4. R Bamford et al, The interaction of a flowing plasma with a dipole magnetic field: measurements and modeling of a diamagnetic cavity relevant to spacecraft protection, Plasma Phys. Control. Fusion,  2008
5. Siddharth Raval, Superconducting Magnets to Protect Spacecraft from Radiation, Space Safety Magazine, 2013

16 thoughts on “Reis naar Mars verlaagt risico op kanker”

  1. Dus als ik het goed begrijp verlaagt ruimtereizen de kans op kanker omdat de kans groot is dat je doordat je ruimtereist al dood gaat voordat je kanker kunt krijgen? Ik denk dat als je deze denktrend voortzet je een “geneesmiddel” voor ongeveer elke ziekte hebt gevonden. :)

  2. ‘Heb je dat al gehoord, dat je van een reis naar Mars dood gaat door kanker?!’  zegt een collega van me lekker ongenuanceerd. Hij weet hoezeer ik betrokken ben met het Mars One project. Mijn collega wacht mijn nuancering en weerlegging van zijn stelling niet af maar verlaat mijn kantoor om vervolgens de 18e sigaret van die dag op te steken, gevolgd door zijn dagmenu van enkele chocoladerepen en een kleffe gehaktstaaf uit de automaat :-(

  3. “Vermoedelijk kan dus door het aanbrengen van een redelijk zwak magneetveld al een belangrijk deel van de gemeten straling, namelijk de zonnewind, vrij eenvoudig uitgeschakeld worden”

    We doen niet aan ‘vermoedelijk’ in de natuurkunde. “shut up and calculate” is het devies. Dus meesterbrein Germen: hoe sterk moet het magnetisch veld zijn en is dat haalbaar?
    “1% is echter niet erg veel. De schade door deze straling blijft relatief beperkt.”
    een procent is geen hoeveelheid, het is een fractie: hoeveel is 1% van de straling in absolute termen?
    “Als deze cirkels zich ver genoeg van het ruimteschip af bevinden, zijn de inzittenden veilig.”
    Wederom: reken eens uit of zo’n magnetisch schild haalbaar is.
     
    Mijn grootste vraagteken is vooral bij je titel/conclusie: waaruit ontleen je nu helemaal dat de kans op kanker afneemt? Enkel omdat astronauten volgens jouw pure speculatie minder vaak kanker hebben? Hoe is dat in godsnaam gerelateerd aan een reis naar Mars? En hoe is dat tegengesteld aan de bewering dat een reis naar Mars het risico op kanker voor een gegeven individu verhoogt?

    1. “We doen niet aan ‘vermoedelijk’ in de natuurkunde. “shut up and calculate” is het devies. “

      Rekenen, wiskundig goochelen, maar gedachtenexperimenten ho maar. Met als gevolg dat we nu 90 jaar na dato nog steeds met niet-experimenteel falsificeerbare “kwantuminterpretaties” zitten.

      Dus meesterbrein Germen: hoe sterk moet het magnetisch veld zijn en is dat haalbaar?

      Ik weet niet alles. Het beantwoorden van die vraag laat ik dus graag over aan de hoofdauteur Ruth Bamford  die in een presentatie een elektromagneet gevoed met een vermogen van enkele kilowatts (op te wekken met enkele tientallen vierkante meter zonnepaneel) i.p.v. megawatts noemt. In het kort: het beschermende magneetveld wordt door de zonnewind ingedrukt.

      een procent is geen hoeveelheid, het is een fractie: hoeveel is 1% van de straling in absolute termen?

      De stralingsbelasting tijdens de reis is 0,66 plm. 0,12 Sv. 1% hiervan is uiteraard wel degelijk een hoeveelheid die, als we een vergelijkbare weefselschade aannemen, zou leiden tot 0,03% meer kans op kwaadaardige nieuwvormingen. Een dergelijke kleine verhoging is niet waarneembaar.

       
      “Mijn grootste vraagteken is vooral bij je titel/conclusie: waaruit ontleen je nu helemaal dat de kans op kanker afneemt? Enkel omdat astronauten volgens jouw pure speculatie minder vaak kanker hebben? Hoe is dat in godsnaam gerelateerd aan een reis naar Mars? En hoe is dat tegengesteld aan de bewering dat een reis naar Mars het risico op kanker voor een gegeven individu verhoogt?”
      Het sterfterisico van een reis naar Mars is zo hoog dat dit de overige sterfterisico’s relatief verkleint. Van een populatie X die op reis gaat naar Mars zullen daarom -vermoedelijk- minder mensen aan kanker sterven dan van populatie Y die op aarde blijft. Douwe had het meteen door. De boodschap die ik wilde overbrengen was: ja, er gaan mensen ziek worden en sterven door ruimtevaart, zoals er mensen sterven door autorijden, vuurwerk afsteken en kolencentrales exploiteren. Moeten we daarom ruimtevaart vaarwel zeggen?

      1. “Rekenen, wiskundig goochelen, maar gedachtenexperimenten ho maar. Met als gevolg dat we nu 90 jaar na dato nog steeds met niet-experimenteel falsificeerbare “kwantuminterpretaties” zitten.”

        Wat heeft dat er mee te maken? Je maakt een claim over zaken die moeiteloos berekend kunnen worden. Om te voorkomen dat je duimzuigerij incorrect is móet je zulke claims haast wel controleren wil je meer doen dan onzin spuien.
        “In het kort: het beschermende magneetveld wordt door de zonnewind ingedrukt.”
        Je doet nu alsof het geen probleem is om <1MW te besteden aan stralingsbescherming. Dat is natuurlijk kul: energie is kostbaar in een ruimteschip. Als er >10kW naar magneten toe moet dan is dat een gigantisch probleem, laat staan wanneer er >100kW nodig is.
        Je gaat nu uit van een theoretisch optimale situatie, welke alsnog niet heel handig uitkomt. Zelfs Bamford erkent dat zo’n schild niet magisch alle stralingsrisico’s oplost. Daarnaast krijg je vervolgens de problemen met massa (het is geen lichte opstelling) en nog belangrijker: 9 maanden lang onder 5-15 Tesla verblijven is op zichzelf al gevaarlijk voor de gezondheid.
        “Een dergelijke kleine verhoging is niet waarneembaar.”
        Je goochelt met procenten. Op welke manier heb je bepaald dat kosmische straling 1% van het totaal is? Op basis van de aangerichte schade, op basis van de letterlijke hoeveelheid straling (aantal deeltjes) of op andere basis? Wanneer we namelijk naar het artikel kijken zien we dat 95% van de 0.6Sv van kosmische straling komt. Mars One is het daar mee eens: http://mars-one.com/en/faq-en/19-faq-health/185-will-the-astronauts-suffer-from-radiation
         
        “De boodschap die ik wilde overbrengen was: ja, er gaan mensen ziek worden en sterven door ruimtevaart, zoals er mensen sterven door autorijden, vuurwerk afsteken en kolencentrales exploiteren. Moeten we daarom ruimtevaart vaarwel zeggen?”

        Je slaat de plank dus volledig mis. Niet alleen ga je een discussie aan over een punt wat niemand maakt (niemand beweert dat naar mars reizen gevaarlijker is dan vuurwerk afsteken) maar je trekt vervolgens de conclusie dat reizen naar Mars het risico op kanker verkleint. Die conclusie kan je niet verdedigen.

        Laat sensationele titels over aan de telegraaf Germen. Het zou beter zijn als Visionair rekening zou houden met waarheid en de nuances daarvan.

        1. Wat heeft dat er mee te maken?
          Een van de nadelen van de shut up and calculate benadering. Vgl. met de gebruikers van Ptolemaeus’ epicykel benadering die dat tot Copernicus deden.

          Je maakt een claim over zaken die moeiteloos berekend kunnen worden. Om te voorkomen dat je duimzuigerij incorrect is móet je zulke claims haast wel controleren wil je meer doen dan onzin spuien.
          Hoezo onzin? Het is door middel van dit onderzoek empirisch en ook door middel van een numerieke simulatie aangetoond dat een snelbewegend plasma (zoals de zonnewind) door een magneetveld tegengehouden kan worden. Dat is meer dan van bepaalde onder bepaalde natuurkundigen geliefde theorietjes, zoals de snaartheorie, gezegd kan worden.

          Je doet nu alsof het geen probleem is om <1MW te besteden aan stralingsbescherming. Dat is natuurlijk kul: energie is kostbaar in een ruimteschip. Als er >10kW naar magneten toe moet dan is dat een gigantisch probleem, laat staan wanneer er >100kW nodig is.
          Dat is inderdaad geen probleem. We hebben het nu over een vermogen van een automotor of enkele tientallen broodroosters. Een vrij kleine kernreactor,zoals aan boord van een kernonderzeeër, kan het duizendvoudige van dit vermogen (typisch enkele honderden MW) al zonder problemen ophoesten. Een werkelijk visionaire oplossing is dan uiteraard om dat magneetveld dan meteen te gebruiken voor een soort ramjet: geladen deeltjes invangen, samenpersen en met relativistische snelheden uitstoten. Zo kan je de reistijd belangrijk verkorten.

          Je gaat nu uit van een theoretisch optimale situatie, welke alsnog niet heel handig uitkomt. Zelfs Bamford erkent dat zo’n schild niet magisch alle stralingsrisico’s oplost. Daarnaast krijg je vervolgens de problemen met massa (het is geen lichte opstelling) en nog belangrijker: 9 maanden lang onder 5-15 Tesla verblijven is op zichzelf al gevaarlijk voor de gezondheid.
          Dat los je op door (zie even verderop in het artikel) het ruimteschip te voorzien van een supergeleidende wand, die m.u.v. het door de zon beschenen gedeelte (wat je kan oplossen door hier een schil van zonnepanelen overheen te plaatsen) bij enkele kelvin ook niet gekoeld hoeft te worden. Dit houdt alle elektromagnetische velden binnen.
          Zie het Meissner effect.

          “Een dergelijke kleine verhoging is niet waarneembaar.”
          Je goochelt met procenten. Op welke manier heb je bepaald dat kosmische straling 1% van het totaal is?”
          Je bedoelt waarschijnlijk: op welke wijze heb ik bepaald dat de dosis als gevolg van harde röntgenstraling in de vrije ruimte tijdens de reis onder de 6,6 mSv ligt.
          Ik heb hiervoor literatuur geraadpleegd. (tbc)

          Op basis van de aangerichte schade, op basis van de letterlijke hoeveelheid straling (aantal deeltjes) of op andere basis? Wanneer we namelijk naar het artikel kijken zien we dat 95% van de 0.6Sv van kosmische straling komt. Mars One is het daar mee eens: http://mars-one.com/en/faq-en/19-faq-health/185-will-the-astronauts-suffer-from-radiation

          “De boodschap die ik wilde overbrengen was: ja, er gaan mensen ziek worden en sterven door ruimtevaart, zoals er mensen sterven door autorijden, vuurwerk afsteken en kolencentrales exploiteren. Moeten we daarom ruimtevaart vaarwel zeggen?”

          “Je slaat de plank dus volledig mis. Niet alleen ga je een discussie aan over een punt wat niemand maakt (niemand beweert dat naar mars reizen gevaarlijker is dan vuurwerk afsteken) maar je trekt vervolgens de conclusie dat reizen naar Mars het risico op kanker verkleint. Die conclusie kan je niet verdedigen.”
          Dat doe ik wel degelijk in het artikel.

          “Laat sensationele titels over aan de telegraaf Germen. Het zou beter zijn als Visionair rekening zou houden met waarheid en de nuances daarvan.”
          Strikt genomen is het de waarheid. Van een statistisch significante (zeg n=1000) populatie die op weg gaat naar Mars zal een kleiner percentage sterven aan kanker dan van n=1000 mensn die niet op weg gaan naar Mars. Door de grotere gevaren; ook door bijvoorbeeld de gedwongen gezonde leefgewoontes. Even een sigaretje paffen, het human papilloma virus oplopen door onveilig vrijen of opgewarmde frikandellen uit de muur trekken zit er niet in als je door de interplanetaire ruimte suist.

  4. De titel is misschien een beetje misleidend. Zou er niet beter iets kunnen staan als: “”Risico kanker als gevolg van een marsreis kleiner dan gedacht” ? 
    Ok misschien iets te lang :P

  5.  
    Omdat het hier vaak maar afwachten is of mijn reactie geplaatst wordt pik ik er maar 2 fouten uit (er staan jammer genoeg nog veel meer fouten in je artikel).
     
    “De zon strooit grote hoeveelheden snelbewegende ionen, voornamelijk protonen en heliumkernen, uit die een groot radioactief probleem vormen.” 
    Protonen zijn geen ionen, misschien bedoelde je het waterstofion H+, maar die heeft ook nog een kern met een proton and een neutron. Heliumkernen zijn strikt gesproken wel ionen maar dat noemen we in deze context meestal alfa-straling (He4/2). En er komt ook nog gamma- en beta-straling van de zon af. 
     
    “Op aarde hebben we hier weinig last van omdat het sterke aardse magnetische veld de zonnewind afbuigt en de dikke atmosfeer de overgebleven deeltjes geheel weg vangt.”
    Nee, niet alle deeltjes worden weggevangen, we kunnen nog gewoon straling detecteren.
    Hier de detectiecluster rond Eindhoven :
    http://www.hisparc.nl/en/about-hisparc/organisatie/eindhoven
    Het sterke aardse magnetische veld buigt dus niet alle straling van de zonnewind af, dus met een ‘vrij zwakke’ magneet (jouw woorden verderop in je artikel) gaat dat ook niet lukken.

      1. Jullie hebben allebei gelijk. De waterstofisotoop 1H, protium, heeft een proton als kern. De waterstofisotopen 2H en 3H, deuterium resp. tritium, hebben naast het proton één resp. twee neutronen in de kern. Wel is deuterium uitermate schaars: ongeveer 20 op de miljoen waterstofatomen is deuterium. Tritium is radioactief met een halfwaardetijd van plm. 12 jaar.

  6. Sorry Henk, je bent nu in de war met deuteronen. Protium, de meest voorkomende isotoop van waterstof, bestaat uit een proton en een neutronelektron (het was laat; ik had denk ik die deuteriumkernen in mijn hoofd tijdens het typen). Een proton kan dus wel degelijk als een ion worden gezien. De kosmische straling die door de door je genoemde HiSparc detector wordt gemeten is geen zonnewind maar galactische kosmische straling.

  7. “Een proton kan dus wel degelijk als een ion worden gezien.”
    Nee hoor, dat doet niemand behalve jij. Van welk molecuul/atoom is een proton het ion volgens jou ?
    “De kosmische straling die door de door je genoemde HiSparc detector wordt gemeten is geen zonnewind maar galactische kosmische straling.”
    Klopt. uit je artikel ; “1% van de galactische kosmische straling bestaat uit zeer harde röntgenstraling” (…) “De overige 99% bestaat uit elektrisch geladen deeltjes, voornamelijk (90%) protonen en (9%) heliumkernen.”
    en “De zon strooit grote hoeveelheden snelbewegende ionen, voornamelijk protonen en heliumkernen, uit die een groot radioactief probleem vormen.
    Op aarde hebben we hier weinig last van omdat het sterke aardse magnetische veld de zonnewind afbuigt en de dikke atmosfeer de overgebleven deeltjes geheel weg vangt.”
    Je hebt een paar dingen door elkaar gehaald in je artikel.

    1. “Een proton kan dus wel degelijk als een ion worden gezien.”
      Nee hoor, dat doet niemand behalve jij. Van welk molecuul/atoom is een proton het ion volgens jou ?

      Waterstof (H). Het waterstofion wordt ook wel aangeduid als H+. 


      Je hebt een paar dingen door elkaar gehaald in je artikel.
      Nee, je leest niet goed genoeg. 

  8. Ik wil mij niet opdringen in deze discussie, maar het in stand houden van de magnetische velden kan toch d.m.v. supergeleiding, zoals Germen al schreef. De hiervoor benodigde temperaturen heersen al in de ruimte, als je de schaduw van een neutraal (geen energieverbruiker) scherm kunt gebruiken om de lage temperatuur te handhaven. In zo’n geval heb je eenmalig het opstartvermogen nodig om een bestendig veld te creëren. Daar de supergeleidende magneten geen warmte opwekken en de weerstand nul is, hoef je ook geen warmtewisselaars te plaatsen, enkel isolatie. Ook het ramjet principe in dit verband, vind ik in combinatie met een kernreactor iets waar over nagedacht is. Daar ontstaat natuurlijk wel degelijk warmte die afgeschermd moet worden, maar op dat punt kan de reactor daar de benodigde energie weer aanvullen. Verder heb ik het moeilijk met de manier waarop men in de reacties elkaar niet aanvult, maar afkraakt. Dit terwijl men elkaar juist beter kan aanvullen, ego en reputatie is niet belangrijk. Afgelopen zaterdag is alweer een astroïde rakelings langs de aarde gescheurd, nu op 104 000 km afstand. Met het oog op meerdere recentelijke naderingen en ook inslagen in relatief korte tijd, vraag ik mij af of we niet in het buitengebied van een kleine komische ramp terecht zijn gekomen. Als in een dergelijk geval bijvoorbeeld ergens op hoge snelheid een botsing heeft plaats gevonden, tussen twee koude (zwerfplaneten) hemellichamen, dan valt ons dat niet snel op tegen de kosmische achtergrond straling. Als de straal van een dergelijke gebeurtenis maar groot genoeg is, komt de eerste massa weggeslagen materiaal in lage concentraties, (lage dichtheid) maar met hogere snelheid in de buurt van de aarde. De rest volgt dan trager en later, maar zal ook meer massa bevatten (metalen). In ieder geval is het voorspelbaar, dat van een samengestelde massa, (planeet) de lichtere elementen het meest versnellen onder invloed van de kinetische energie bij impact. Steenachtige astroïden komen dan het eerst bij ons aan, metaalvormige later. Lijkt mij in ieder geval een goede reden om te onderzoeken waar ze uit zijn samengesteld, hoe snel ze bewegen en uit welk gebied ze komen. De gordels van koud ruimtepuin, kunnen heel goed een aanstormende regen van puin uit verre buitengebieden verbergen denk ik. De NASA schrijft dat ze een dergelijk onderzoek wil gaan doen, daar mogen ze dan wel mee opschieten….

    1. Ik kwam van de week op deze gedachte; dat met een bepaalde snelheid roterende, supergeleidende koolstofkabels om een ruimteschip, op verschillende afstanden ervan, de meeste problemen kunnen worden opgelost met straling. Deeltjes en straling, afkomstig van uitbarstingen van de zon, veroorzaken nu ook sterke elektrische velden in geleiders. Supergeleidende kabels krijgen zo een alleen maar sterker wordend magnetisch veld, (zelfs op lichtsnelheid geschakeld) en kunnen na afloop van de stralingsgolf, met flinke energiewinst worden afgetapt. De invloed van het magnetisch veld van de kabels op het schip, kan dan beperkt worden door ze op een bepaalde straal (diameter) op afstand van het schip te houden.  

Leave a Comment

English