Устройство для защиты объекта от заряженных частиц

 

Изобретение относится к средствам защиты от излучений, в частности к средствам защиты от заряженных частиц (электронов, протонов) и может быть использовано для защиты экипажа, биокомплекса и специального оборудования космических аппаратов при полетах в радиационных поясах Земли. Цель изобретения - снижение массы и повышение эффективности защиты. Защита состоит из набора слоев диэлектрической пленки с двухсторонним металлическим покрытием каждого слоя пленки, Металлические покрытия всех слоев электрически соединены с корпусом защищаемого объекта . Толщина диэлектрической пленки в каждом слое не превышает 0,05-0,1 мм. 1 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИ IECKVIX

РЕСПУБЛИК (5цэ С 21 F 1/12

ГОСУДАРСТВЕННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР описдни изоБряткни |

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЙИЩЕ-,д

,, ОЭ о С), (46) 23.07.92.Бюл. М 27 (21) 3201563/25 (22) 04.04.88 (72) l0. Г. Пехтерев и Б, И. Тихомиров (53) 538.76(088.8) (56) Бобков В. Г и др. Радиационная безопасность при космических полетах. — М., Атомиэдат, 1964, с. 143 — 147, Труханов К. Л. и др. Активная защита космических кораблей; — М.. Атомиздат, 1970. с. 28-128.

ЕВП hh 0160327, G 21 F 1/12, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТА

ОТ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к средствам защиты от излучений, в частпости к средствам

Изобретение относится к средствам защиты от радиации, в частности, к средствам защиты от заряженных частиц (электронов, протонов) и может быть использовано для защиты экипажа, биокомплекса и специального оборудования космических аппаратов при полетах в радиационных поясах Земли.

8 настоящее время широко применяется защита от заряженных частиц, основанная на поглощении как самих частиц. так и генерируемого ими тормозного излучения материалом защиты.

Существенным недостатком такой защиты является большая масса, так как поглощение заряженных частиц веществом, в особенности электронов, сопровождается генерированием тормозного рентгеновского излучения, обладающего большой проникающейй способностью. Для получения высокой эффективности защиты приходится увеличивать толщину материала, а это приВОЛит К УВЕЛИЧЕНИЮ МаССЫ ЗащИтЫ. >Ы,, 1678160 А1 защиты от заряженных частиц {электронов, протонов) и может быть использовано для защиты экипажа, биокомплекса и специального оборудования космических аппаратов при полетах в радиационных поясах Земли.

Цель изобретения — снижение массы и повышение эффективности защиты, Защита состоит из набора слоев диэлектрической пленки с двухсторонним металлическим покрытием каждого слоя пленки, Металлические покрытия всех слоев электрически соединены с корпусом защищаемого обьекта. Толщина диэлектрической пленки в каждом слое не превышает 0,05-0,1 мм. 1 ил.

Известны способы и устройства электростатической защиты от заряженных частиц, основанных на их торможении и отклонении электрическим полем, созданным между специальными электродами, окружающими защищаемый обьект, Такая защита обладает высокой эффективностью при относительно малой массе. К ее недостаткам следует отнести значительную техническу|о сложность, а также трудность осуществления защиты отсеков космического аппарата сложной формы и конфигурации, с большим числом выступающих элементов конструкции.

Наиболее близким аналогом-прототипом предлагаемого устройства является слоистый экран для защиты от излучений, изготовленный путем штабелирования нескольких многослойных листов и их скрепления, причем каждый лист содержит алюминиевый слой и свинцовый слой, 1678160

20

35

В данном устройстве при одинаковой эффективности с устройством защиты, выполненным из однородного материала, достигнуто снижение массы защиты за счет чередования слоев материала со сравнительно малым атомным номером (алюминий) со слоями материала с большим атомным номером (свинец). При прохождении потока заряженных частиц через материал с малым атомным номером генерируются меньшие уровни тормозного излучения, для поглощения которых требуется меньшая толщина материала с большим атомным номером. Это и обеспечивало некоторое снижение массы защиты по сравнению с защитой. выполненной из однородного материала. Однако. несмотря на это масса защиты остается значительной., Целью изобретения является снижение массы и повышение эффективности защиты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для защиты от заряженных частиц, содержащем чередующиеся слои, каждый слой выполнен из диэлектрической пленки с двухсторонней металлизацией, причем металлизация всех слоев электрически соединены с корпусом защищаемого объекта, а толщина диэлектрической пленки .не превышает 0,05-0.1 мм.

Достижение цели, поставленной в предлагаемом техническом решении, осуществляется эа счет накопления обьемного электрического заряда в диэлектрических слоях при облучении защиты потоком заряженных частиц, что приводит к потере энергии падающих заряженных частиц за счет торможения их в поле обьемного электрического заряда и уменьшает величину тормозного излучения, а это снижает энергию взаимодействия падающего потока заряженных частиц с материалом защиты и является причиной повышения ее эффективности.

Кроме того. малая толщина диэлектрических слоев позволяет получить относительно высокую напряженность электрического поля, что увеличивает степень торможения падающего потока заряженных частиц и также способствует повышению эффективности защиты. . На чертеже представлена конструктивная схема устройства для защиты от заряженных частиц.

Устройство содержит слои, выполненные иэ диэлектрической пленки 1.с двухсторонней мвталлизацией 2. Металлизация 2 всех слоев электрически соединена с корпусом защищаемого обьекта, Толщина диэлектрической пленки 1 не превышает 0,050,1 мм.

В качестве диэлектрической пленки в и редлагаемом техническом решении наиболее целесообразно использовать полиэтилентерефталатную пленку (ПЭТФ) с двухсторонней металлизацией, широко используемую в настоящее время в различных отраслях промышленности. Толщина пленки от 5 до 50 мк, толщина металлиэации 0,8 — 1 мк, ширина пленки до 600 мм.

Количество слоев диэлектрической пленки 1 определяется интенсивностью и энергией падающего потока заряженных частиц, а также предельно допустимой мощностью вторичного излучения эа защитой.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При облучении устройства потоком заряженных частиц, например электронами внешнего радиационного пояса Земли, имеющими широкий спектр энергии (от 0.01 до

5-7 МэВ), глубина проникновения их в диэлектрические слои 1 будет тем больше, чем больше энергия электрона

При прохождении электронов через диэлектрические слои в них создается отрицательный пространственный заряд, величина которого пропорциональна количеству электронов. поглощенных диэлектрическим слоем. Электрическое поле отрицательного пространственного заряда оказывает тормозящее действие на падающий поток электронов, которое тем больше, чем больше пространственный заряд. При этом энергия взаимодействия падающего потока электронов с материалом диэлектрических плеН0К оказывается значительно ниже, чем при отсутствии этого пространственного заряда и, следовательно. вторичное тормозное излучение будет значительно ниже. Для получения наибольшей эффективности защиты плотность пространственного заряда должна быть как можно выше, а это может быть обеспечено при высокой электрической прочности диэлектрической пленки. Электрическая прочность диэлектрика определяется электрическими характеристиками материала (удельное объемное сопротивление), физическими характеристиками (однородность, наличие инородных и газовых. включений) и толщиной образца. Известно. что относительная электрическая прочность диэлектрика сильно зависит от толщины образца и тем больше чем, тоньше диэлектрик.

Это объясняется тем, что у диэлектрика большей толщины приложенное напряжение распределяется неравномерно вдоль его длины за счет неравномерности обьемного сопротивления из-за неоднородности

1670160 материала, наличия инородных включений, а также возникновения частичных рззрядоо в газовых включениях. Это приводит вначале к пробою наиболее перенапряженного участка, з затем и всего изолятора. Вероят- 5 ность неоднородности материала изолятора инородных и газовых включений тем ниже, чем меньше толщина изолятора и при толщине меньше 0,05-0.1 мм этот фактор практически отсутствует, поэтому относи- 10 тельная электрическая прочность современных пленок, начиная с этой толщины и ниже, практически постоянна.

В процессе эксплуатации защиты возможно накопление прострзнстоенното за- 15 ряда такой плотности, 1ри которой наступает точечный пробой диэлектрической пленки . Это практически не сказывается на работоспособности защиты, тзк как площадь, ограниченная пробоем, очень ма- 20 ла.

Металлизация 2 всех диэлектрических слоев 1 соединена с корпусом защищаемого обьекта, так как в ттротионол1 случае на них могли бы возникать большие потенциалы и 25 пробои между отдельными слоями.

В предлагаемом устройстве защиты от заряженных частиц достигнуто оптимальное сочетание преимуществ традиционной пассивной защиты — защиты веществом (вы- 30 сокая надежность, возможность защиты отсеков сложной формы и конфигурации, простота) с преимуществом электростатической защиты (малая масса). Предлагаемая защита может быть выполнена о видо мно- 35 гослойного эластичного покрытия, допускающего возможность предварительного раскроя и последующего сшивания непосредственно на защищаемом обьекте. Это позволяет обеспечить сплошную защиту 40 различных отсеков разнообразной формы и конфигурации.

Эти преимущества предлагаемого технического решения позволяют обеспечить эффективную противорадиационную защи- 45 ту от заряженных частиц экипажа, биокомплекса и специального оборудования космических а" паратов различного назначения, длительно работающих на геостационарной орбите во внешнем радиационном поясе Земли и на около Земли. образованных в результате проведения высогных ядерных взрывов. Эффективная протиоорадиацианная ззщитз обеспечивается при одновременной экономии массы защиты. что позволяет разместить дополнительно различную аппаратуру и расширить функциональные возможности космического аппарата.

Экспериментальная проверка предложенного технического решения осуществлялась на макетном образце устройства. выполненного из 100 слоев полиэтилентерефталатной пленки толщиной 10 мк с двухсторонней металлиэацией. Проверка устройства осуществлялась в вакуумной камере при облучении по оками электронов с плотностью 10 А/см и энергией от 50 до

-6

300 кэВ. Эффективность защиты вычислялась путем измерения мощности дозы вторичного тормозного излучения дозиметром, установленным под облучаемым устройством, с последующим сравнением с мощностью дозы вторичного тормозного излучения, генерируемой при установке вместо облучаемого устройства алюминиевого образца, аналогичного по массе и площади макетному образцу защиты.

Эффективность защиты предлагаемого устройства о зависимости от энергии падающих электронов составила 2.5 — 3.5.

Формула изобретения

Устройство для защиты объекта от заря)K8HHblx частиц, состоящее из нескольких слоев материалов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения массы и повышения эффективности защиты, каждый слой выполнен из диэлектрической пленки с двухсторонним металлизированным покрытием причем металлизированные покрытия всех слоев электрически соединены с корпусом обьекта, а толщина диэлектрической пленки не превышает 0,05-0.1 мм.

1678160

Составитель Т. 8ладимирова

Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий

Редактор Л, Письман

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 2826, Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5