Устройство для измерения дозы ионизирующих излучений

Устройство для измерения дозы ионизирующих излучений

Реферат

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.