Защита технического проекта

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

2. Основание для разработки • Государственный контракт № 351-9990/10 от 20 декабря 2010 г. по теме «ППТС» между Федеральным космическим агентством (Роскосмос) и ОАО «РКК «Энергия»; • Договор на создание научно-технической продукции № 11-10-420 от 22.11.2011 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 методыкосмической 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

6. 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

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

9. Пассивныедетекторы 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; • n0 - число ионизированных активаторов в веществе ( числу занятых ловушек); • T - температура, К; • =dT/dt - скорость нагрева, К/сек.

11. Характеристики детекторов ДТГ-4Ангарского электролизно-химического комбината

12. Термолюминесцентный метод дозиметрии Достоинства • малые размеры и масса детекторов (< 5 мм, < 1 г) • измерение доз в требуемом широком диапазоне (от 10-6 Гр до 104 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

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

14. Твердотельные трековые детекторы (ТТД) • TASTRAK (CR-39) – поли-аллил-дигликоль карбонат, C12H18O7 ( Великобритания) • Данные об интегральном потоке (флюенсе), ионизирующей способности, массе, энергии, угловых распределениях частиц • dE/dxпор=5 кэВ/мкм

15. Калибровочная кривая ТТД V = VT/VB V = (1+b2/B2)/(1- b2/B2)sin b - меньший радиус эллипса трека; B - толщина слоя травления;  - угол падения частицы

16. Комбинированный метод ТЛД + ТТД где DTotal – поглощенная доза по всем диапазоне ЛПЭ; HTotal– эквивалентная доза по всем диапазоне ЛПЭ; QMean – коэффициент качества.

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

18. Рабочее место по обработке трековых детекторов (полуавтоматизированный стенд) • 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 110-4 до 10 Зв.

20. Технико-экономическое обоснование разработки КИДК

21. 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.

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