Устройство для измерения дозы ионизирующих излучений

Изобретение относится к техническим средствам, а именно к устройствам измерения дозы низкоэнергетического ионизирующего излучения в условиях открытого космического пространства во время орбитальных полетов летательных аппаратов вокруг Земли. Устройство для измерения ионизирующего излучения содержит металлический корпус, внутри которого размещены чувствительные элементы. Корпус устройства представляет собой усеченный конус с углом раствора конуса 90°±5°. Со стороны меньшего основания усеченного конуса расположено входное окно для чувствительных элементов, которые защищены со стороны входного окна полиэтилентерефталатной металлизированной пленкой. Со стороны большего основания усеченного конуса закреплена крышка с размещенным на ней стержневым элементом с резьбой. Техническим результатом является возможность измерения дозы ионизирующего излучения в открытом космическом пространстве за минимальной защитой 5·10^-4 г/см² с изотропной чувствительностью каждого дозиметра внутри модели для данного телесного угла в диапазоне от 0 до 2π стерадиан. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к техническим средствам, к области полимерных пленочных покрытий, а именно к устройствам измерения дозы низкоэнергетического ионизирующего излучения в условиях открытого космического пространства во время орбитальных полетов летательных аппаратов вокруг Земли.

Известно применение полиэтилентерефталатной металлизированной пленки для звукопоглощающего материала, выполненного с слоем из иглопроколотого пенополиэтилена, полученного экструзионным способом из полиэтилена высокого давления с индексом текучести расплава 1,5÷2,5 г/10 мин и имеющего плотность (40±15) кг/м³ и толщину 5-10 мм, на который нанесен клеевой слой со стороны входных отверстий игл, при этом проколы материала выполнены с помощью игл диаметром 1,8-2,2 мм с частотой 10÷44 на 1 см². При этом он содержит полиэтилентерефталатную пленку толщиной 12÷20 мкм на термопластичной полимерной основе толщиной 30 мкм (RU 2307843).

Известен (RU 2224059, B32B 27/00) светоотражательный материал, который содержит внутренний слой из металлизированной полиэтилентерефталатной пленки и нанесенные на обе стороны внутреннего слоя грунтовочный слой из фторкаучука, полиуретанового полимера, полиизоцианата, триоксида сурьмы в этилацетате и лицевой поверхностный слой из 25%-ного раствора фторкаучука и цианурата меламина в этилацетате. Слои просушены после каждого нанесения при 50°C в течение 3 мин с последующей пролежкой 24 ч. Материал является облегченным, огне-, масло-, бензо-, морозостойким с незначительно изменяющимся коэффициентом диффузионного отражения в диапазоне длин волн 350-850 нм.

Изобретение относится к области полимерных пленочных покрытий и может быть использовано для изготовления искусственной кожи и пленочных материалов, предназначенных для маскировочных изделий (зимнего периода).

Известен светоотражательный материал, имеющий внутренний слой, выполненный, например, из металлизированной полиэтилентерефталатной пленки, и нанесенные на него с обеих сторон отражательные слои (RU 2110454 C1, 10.05.98).

Недостатками данного материала являются высокая масса 1 м² - 500 г и резкое снижение величины коэффициента диффузного отражения в интервале длин волн 350-450 нм.

В уровне техники описаны устройства, позволяющие проводить измерения дозы ионизирующего излучения в условиях космического пространства.

Из источника Радиационная опасность при космических полетах / Ковалев Е.Е., Коломенский А.В., Смиренный Л.Н., Петров В.М., Дозиметрия космических излучений / Акатов Ю.А., Архангельский В.В., Маркелов В.В., Скворцов С.С, Смиренный Л.Н., Туркин В.Н., Черных И.В. // В монографии физические и радиобиологические исследования на искусственных спутниках Земли/ под ред. Нефедова Ю.Г., Ковалева Е.Е. - М.: Атомиздат. - 1971. - С.7-50 (1) известны дозиметры, расположенные внутри фантома в каналах по вертикальной оси. Основное назначение фантома - измерение дозовых нагрузок на органы и ткани человека.

Их недостатки:

массогабаритные параметры устройства определяют относительную экономическую неэффективность его применения в условиях космического полета для решения рассматриваемой задачи. В зависимости от модификаций минимальный диаметр фантома составляет 100 мм;

- конструкция не предусматривает проведение измерений за минимальной защитой (5·10^-4 г/см²). Это не позволяет адекватно учитывать вклад в дозу α-, β-частиц;

- конструктивные элементы устройства не учитывают условий эксплуатации в открытом космическом пространстве и требуют дополнительной доработки.

Из источника Карцев И.С. Способы предохранения от непроизвольного самоотделения элементов приборов для эксплуатации в условиях космических полетов // Приборы+автоматизация. - №4. - 2010. - С.45-48 (2) известен полиэтиленовый шаровой фантом, известно моделирующее устройство для измерения дозы ионизирующих излучений на конкретный орган, выполненное в виде полого корпуса из тканеэквивалентного материала, форма и размер корпуса выполнены соответственно форме и размеру моделируемого органа, обеспечивающие имитацию эффекта его самоэкранирования, а во внутренней полости корпуса размещены пассивные и активные дозиметры.

Недостатки устройства:

- конструкция не предусматривает проведение измерений за минимальной защитой (5·10^-4 г/см²);

- устройство предназначено для измерения дозовых воздействий применительно к организму человека и выполнено из тканеэквивалентного материала;

- конструкция не предусматривает эксплуатацию в условиях открытого космического пространства и требует дополнительной доработки.

Наиболее близким к заявляемому решению является шаровой дюралюминиевый фильтр диаметром 120 мм. (1) Размещение дозиметров внутри фильтра производилось по трем взаимно перпендикулярным каналам. Основное назначение фильтра - измерение дозовых нагрузок в космическом пространстве за дюралюминиевой защитой, разной толщины.

Недостатки устройства:

- массогабаритные параметры устройства определяют относительную экономическую неэффективность его применения в условиях космического полета для решения рассматриваемой задачи. Устройство представляет собой полнотелый металлический шар;

- распределение материала фантома вокруг мест установки дозиметров - неравномерное. Это приводит к различной чувствительности дозиметров внутри фантома по отношению к воздействию изотропного ионизирующего излучения для данных телесных углов в диапазоне от 0 до 2π стерадиан;

- конструкция не предусматривает проведение измерений за минимальной защитой (5·10^-4 г/см²);

- большая трудоемкость изготовления образца.

Техническим результатом изобретения является возможность измерения дозы ионизирующего излучения в открытом космическом пространстве за минимальной защитой (5·10^-4 г/см²) с изотропной чувствительностью (уровень отклика на эквивалентное воздействие) каждого дозиметра внутри модели для данного телесного угла в диапазоне от 0 до 2π стерадиан.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения ионизирующего излучения, содержащее металлический корпус, внутри которого размещены чувствительные элементы, характеризуется тем, что корпус устройства представляет собой усеченный конус с углом раствора конуса 90°±5°, причем со стороны меньшего основания конуса расположено входное окно для чувствительных элементов, которые защищены со стороны входного окна полиэтилентерефталатной металлизированной пленкой, а со стороны большего основания конуса закреплена крышка с размещенным на ней стержневым элементом с резьбой.

Кроме того, соединение корпуса и крышки осуществляется винтами, корпус выполнен из дюралюминия с плотностью ρ≈2,7 г/см³, в качестве чувствительного элемента использован термолюминисцентный монокристаллический детектор с плотностью материала детектора ρ≈2,6 г/см³, а толщина полиэтилентерефталатной металлизированной пленки не более 5 мкм.

Конструкция устройства поясняется фиг.1.

На представленном чертеже элементы дозиметрического устройства обозначены следующими позициями.

Металлический корпус /1/, форма и размер которого обеспечивают изотропную чувствительность каждого пассивного дозиметра /2/ внутри корпуса при измерении дозы потока ионизирующего космического излучения в телесном угле от 0 до 2π стерадиан для данного дозиметра. Плотность материала дозиметра /2/ приблизительно равна плотности материала металлического корпуса /1/.

Внешнее крепление устройства к элементам конструкции летательного аппарата осуществляется при помощи резьбовой оси металлического цоколя /3/.

Соединение корпуса /1/ с цоколем /3/ осуществляется винтами /4/. Стопорение винтов /4/ осуществляется без применения дополнительных материалов за счет ограничения их непроизвольного перемещения плоскостью установки устройства.

Защита открытой поверхности дозиметра со стороны входного окна обеспечивается полиэтилентерефталатной металлизированной пленкой /5/ с толщиной не более 5 мкм.

Увеличению глубины расположения дозиметров /2/ со стороны входного окна соответствует пропорциональное увеличение толщины стенки корпуса /1/.

Корпус /1/ дозиметрического устройства может быть выполнен из дюралюминия с плотностью ρ≈2,7 г/см³, а в качестве дозиметра может быть использован термолюминисцентный монокристаллический детектор на основе LiF с плотностью материала детектора ρ≈2,6 г/см³.

Возможно также использование и других типов пассивных дозиметров с близкими значениями плотности вещества. Применение дозиметров, выполненных из других материалов с существенно отличающимися значениями плотности, может быть реализовано соответствующей заменой материала корпуса /1/.

Дозиметрическое устройство используют следующим образом:

Устройство в сборе (см. фиг.1) крепится при помощи резьбовой оси цоколя /3/ на поверхности элементов конструкции летательных аппаратов. При этом функция введения/выведения устройства в открытом космическом пространстве обеспечивается конструкцией летательного аппарата и методикой эксперимента. Расположение устройств одновременно на трех взаимно перпендикулярных плоскостях поверхности элементов летательного аппарата позволяет проводить интегральное измерение дозовых характеристик в телесном угле до 4π стерадиан. Обработка дозиметров устройства осуществляется после возвращения на Землю в лабораторных условиях.

Предлагаемое дозиметрическое устройство может быть использовано для измерения интегральной дозы ионизирующего излучения одним устройством за защитой от 5·10^-4 г/см² до 2 г/см² для следующих вариантов:

1. В условиях открытого космического пространства во время орбитальных полетов;

2. Внутри модулей пилотируемых космических аппаратов;

3. Для мониторинга радиационной обстановки на объектах с повышенными уровнями радиационного воздействия потоков ионизирующих частиц (в том числе малых энергий).

Дозиметрическое устройство обеспечивает:

- измерение интегральной дозы в условиях открытого космического пространства в орбитальном полете;

- измерение интегральной дозы низкоэнергетического ионизирующего космического излучения за защитой от 5·10^-4 г/см² до 2 г/см².

- пожаробезопасность (элементы конструкции не поддерживают горение);

- устойчивость к воздействию влаги и микроорганизмов;

- экологичность и безопасность работы с устройством во время орбитального полета;

- малые массогабаритные параметры, примеры конкретных материалов.

Примеры материалов корпуса - сплавы на основе алюминия, материала детекторов - кристаллический LiF.

1. Устройство для измерения ионизирующего излучения, содержащее металлический корпус, внутри которого размещены чувствительные элементы, отличающееся тем, что корпус устройства представляет собой усеченный конус с углом раствора конуса 90±5°, причем со стороны меньшего основания конуса расположено входное окно для чувствительных элементов, которые защищены со стороны входного окна полиэтилентерефталатной металлизированной пленкой, а со стороны большего основания конуса закреплена крышка с размещенным на ней стержневым элементом с резьбой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединение корпуса и крышки осуществляется винтами.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен из дюралюминия с плотностью ρ≈2,7 г/см³.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве чувствительного элемента использован термолюминисцентный монокристаллический детектор с плотностью материала детектора ρ≈2,6 г/см³.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина полиэтилентерефталатной металлизированной пленки не более 5 мкм.