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 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

n SkT

S

kTdT

T

0

0

exp( ) exp[ exp( ) ]

- 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.

Характеристики детекторов ДТГ-4Ангарского 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 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

Поверка (калибровка) ТЛД на эталонном источнике во ВНИИФТРИ

13Отбор 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

Calibration curves

1

10

100

1000

1 10 100VT/VB

LE

T i

n w

ate

r, k

eV

/m

Tastrak 1 mm

Tastrak 0.5 mm

Page 0.5 mm

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

Комбинированный метод ТЛД + ТТД

16

где DTotal – поглощенная доза по всем диапазоне ЛПЭ; HTotal – эквивалентная доза по всем диапазоне ЛПЭ; QMean – 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»

Чехол из номекса

Корпус сборки

Держатель ТЛД

ТТД

По результатам измерений с помощью Сборки «ДИ-ППТС» обеспечивается расчётным путем решение следующих задач:- определение коэффициента качества излучения;- определение эквивалентной дозы в диапазоне от 110-4 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 комплексной отработки

Поставка матчасти

для летного изделия

 Постав

-ка ЗИП

Поставка КИА, КПА, НИО

НТЦ (Центр, ПО, Дирекция)

Отделение, Служба

Для КИС

Для ТК

Для

СК

3Ц 24 ИМБП СЧК (КПТК), в том числе по этапам:

КИДКДозиметр

индивидуальный(ДИ-ППТС)

СКРО

14300 4000 1500 500   -

      Аванпроект (техническое предложение)

-

- - -   - - -

      Эскизный проект -         - - -

     2012 Технический проект 3700         - - -

     2013 Разработка рабочей документации на опытные изделия комплекса и макеты

-

6300         -

     2014 Изготовление макетов и опытных изделий комплекса, автономные испытания и корректировка рабочей документации

-

8000           -

     2015 Изготовление опытных изделий комплекса, комплексные и межведомственные испытания и корректировка рабочей документации

-

  4000          -

    2016 Летные испытания -     1500 500 - - -

       

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 экспонирования Доза, мЗвФоновая доза на поверхности Земли за сутки 0.003

Доза на борту космической станции за сутки 0.5

Доза за год в космическом полете = 0.5x365 180Основной дозовый предел за 1 год полета 500Дозовый 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