Защита технического проекта КОМПЛЕКС ИНДИВИДУАЛЬНОГО ДОЗИМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПЕРСПЕКТИВНОЙ ПИЛОТИРУЕМОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ Пояснительная записка 80-КГК-04/12

2 Основание для разработки Государственный контракт /10 от 20 декабря 2010 г. по теме «ППТС» между Федеральным космическим агентством (Роскосмос) и ОАО «РКК «Энергия»; Договор на создание научно-технической продукции от г. между ОАО «РКК «Энергия» и ГНЦ РФ - ИМБП РАН (шифр – «ИД-ППТС»).

3 Цели и задачи Целью выполнения СЧ ОКР является разработка технического проекта на комплекс индивидуального дозиметрического контроля перспективной пилотируемой транспортной системы (ППТС), а также разработка и изготовление макета дозиметра индивидуального для ППТС. Задачи: 1) в обеспечение радиационной безопасности экипажа определить состав, технические характеристики комплекса индивидуального дозиметрического контроля включающего: - лётный сегмент - индивидуальный дозиметр космонавта, - наземный сегмент - специальное техническое оборудование и технологический процесс; 2) определить состав и количество детекторов в индивидуальном дозиметре космонавта, разработать и изготовить макет индивидуального дозиметра космонавта «ДИ-ППТС»; 3) создать в составе наземного сегмента новое рабочее место по обработке трековых детекторов;

4 Технические характеристики эксплуатации перспективной транспортной системы (ПТК) 1) При выполнении полётов к Луне: численность экипажа составляет до 4 человек; масса доставляемого (возвращаемого) груза – не менее 100 кг; длительность автономного полёта при полёте к Луне и возвращению к Земле – до 30 суток; длительность полёта в составе окололунной орбитальной инфраструктуры определяется задачами полёта. 2) При выполнении околоземных полётов: штатная численность экипажа – 4 человека (должна обеспечиваться возможность размещения для спуска до 6 человек); масса доставляемого (возвращаемого) груза – не менее 500 кг; длительность автономного полёта ПТК по околоземной орбите должна определяться программой полёта и минимизироваться по времени; длительность полета в составе орбитального пилотируемого комплекса (ОПС) – не менее 1 года.

5 Экспериментальные методы космической дозиметрии Активные детекторы – требуют электропитания (от бортовой сети или аккумулятора), как правило данные измеряются в динамике и сбрасываются на телеметрию или записываются на карту памяти Пассивные – не требуют электропитания, измеряют интегральный параметр (доза, поток) за весь период экспонирования Комбинированные – детектирование по пассивному принципу в сочетании с активным бортовым считывателем

Схема деления бортовой Системы Контроля Радиационной Обстановки (СКРО) для ПТК

7 Индивидуальная дозиметр с использованием пассивных детекторов для МКС Измерение только поглощенной дозы D интегрально за весь полет

ОСОБЕННОСТИ КОСМИЧЕСКОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, СУЩЕСТВЕННЫЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ДОЗИМЕТРА ИНДИВИДУАЛЬНОГО ПТК» Связь между поглощенной и эквивалентной дозой: H = QF * D

9 Пассивные детекторы для Дозиметра индивидуального ПТК Термолюминесцентные (ТЛД) – измерение поглощенной дозы (часть с низким ЛПЭ) Твердотельные трековые (ТТД) – поглощенная доза (часть с высоким ЛПЭ) и ЛПЭ спектр ТЛД ТТД

10 Отжиг и считывание данных термолюминесцентных детекторов - глубина ловушки, электронвольт (эВ); S - коэффициент, описывающий частоту движения электронов в ловушках; k - постоянная Больцмана; n 0 - число ионизированных активаторов в веществе ( числу занятых ловушек); T - температура, К; =dT/dt - скорость нагрева, К/сек.

Характеристики детекторов ДТГ-4 Ангарского электролизно-химического комбината 11

12 Термолюминесцентный метод дозиметрии Достоинства малые размеры и масса детекторов (< 5 мм, < 1 г) измерение доз в требуемом широком диапазоне (от Гр до 10 4 Гр ), сохранность информации, позволяющая суммировать дозу при длительных полетах (снижение накопленной дозы на 5-10% в год), высокие эксплуатационные качества и надежность для условий космических полетов. Недостатки Только интегральное значение дозы Только поглощенная доза (в обычном подходе) Снижение дозовой чувствительности при ЛПЭ> 10 кэВ/мкм

Поверка (калибровка) ТЛД на эталонном источнике во ВНИИФТРИ 13 Отбор детекторов по дозовой чувствительности с точностью 5%

14 Твердотельные трековые детекторы (ТТД) TASTRAK (CR-39) – поли-аллил-дигликоль карбонат, C 12 H 18 O 7 ( Великобритания) Данные об интегральном потоке (флюенсе), ионизирующей способности, массе, энергии, угловых распределениях частиц dE/dx пор =5 кэВ/мкм

15 Калибровочная кривая ТТД V = V T /V B V = (1+b 2 /B 2 )/(1- b 2 /B 2 )sin b - меньший радиус эллипса трека; B - толщина слоя травления; - угол падения частицы

Комбинированный метод ТЛД + ТТД 16 где D Total – поглощенная доза по всем диапазоне ЛПЭ; H Total – эквивалентная доза по всем диапазоне ЛПЭ; Q Mean – коэффициент качества.

Травление ТТД для получения треков 17 Держатель для трековых детекторов из нержавеющей стали и оргстекла - Контейнер из нержавеющей стали Жидкостной термостат циркулятор с ванной 18л,

Рабочее место по обработке трековых детекторов (полуавтоматизированный стенд ) 18 Микроскоп Координатный столик Видеокамера Компьютер

19 Макет «Дозиметр индивидуальный» ПТК» По результатам измерений с помощью Сборки «ДИ-ППТС» обеспечивается расчётным путем решение следующих задач: - определение коэффициента качества излучения; - определение эквивалентной дозы в диапазоне от до 10 Зв.

Технико-экономическое обоснование разработки КИДК Структурное подразделение- куратор Организа- ция- соиспол- нитель Наименование составной части комплекса (изделия Наименование систем, приборов, агрегатов Стоимость работ, тыс. руб.. Разработка КД, эксперимен- тальная отработка, участие в КИ и ЛИ Поставка матчасти для комплексно й отработки Поставка матчасти для летного изделия Постав -ка ЗИП Поставка КИА, КПА, НИО НТЦ (Центр, ПО, Дирекция) Отделение, Служба Для КИС Для ТК Дл я СК 3Ц24 ИМБП СЧК (КПТК), в том числе по этапам: КИДК Дозиметр индивидуальный (ДИ-ППТС) СКРО Аванпроект (техническое предложение) Эскизный проект Технический проект Разработка рабочей документации на опытные изделия комплекса и макеты Изготовление макетов и опытных изделий комплекса, автономные испытания и корректировка рабочей документации Изготовление опытных изделий комплекса, комплексные и межведомственные испытания и корректировка рабочей документации Летные испытания Система i, в т.ч. по приборам, агрегатам: 20

Технико-экономическое обоснование (продолжение) Исходя из цен 2012 г., разработаны следующие показатели: 1. Стоимость наземного стенда для обработки ТЛД – 2,0 млн руб. (с учетом таможенного оформления). 2. Стоимость наземного стенда для автоматизированной обработки ТТД – 8,0 млн руб. (с учетом таможенного оформления). 4. Партия ТЛД 1 годовой комплект (500 шт.) – 75 тыс. руб. Партия ТТД – 1 годовой комплект – 96 тыс. руб. 5. Калибровка ТЛД на эталонном источнике – 100 тыс. руб. год. 6. Комплектация, поставка, послеполетная обработка – 90,0 тыс. руб. за 1 сборку, без учета затрат на амортизацию наземных стендов. 21

22 Заключительные замечания В настоящем техническом проекте для экипажа ПТК в качестве средства индивидуального дозиметрического контроля предложено использовать пассивные индивидуальные дозиметры, аналогичные применяемым на МКС, но с расширенным составом детекторов излучения, входящих в состав сборки, позволяющим измерять индивидуальную интегральную эквивалентную дозу. Для реализации этих предложений потребуется: – изготовление новых корпусов для сборок пассивных детекторов, –приобретение специальных наземных стендов для их автоматической обработки, – обучение персонала, способного к освоению предложенных методик. Рекомендуется в 2013 г. провести натурные испытания на МКС по измерению эквивалентных дозы с использованием макета «Дозиметра индивидуального» ПТК.

23 Авторский коллектив по проекту ИМБП РАН В.А. Шуршаков И.С. Карцев В.В. Архангельский А.Г. Никоноров Р.В. Толочек и др. РКК «Энергия» И.В. Николаев А.Н. Волков С.В. Хулапко и др.

24 Для справки. Космическая радиация: дозы и дозовые пределы Период экспонированияДоза, мЗв Фоновая доза на поверхности Земли за сутки Доза на борту космической станции за сутки 0.5 Доза за год в космическом полете = 0.5x Основной дозовый предел за 1 год полета 500 Дозовый предел за 1 год для персонала группы А на Земле (в среднем за 5 лет) 20 Эффективная доза за рентгеновский снимок грудной клетки 0.1 Профессиональный предел дозы, космонавта/персонала группы А 1000