Защита технического проекта

Защита технического проекта
КОМПЛЕКС ИНДИВИДУАЛЬНОГО
ДОЗИМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
ПЕРСПЕКТИВНОЙ ПИЛОТИРУЕМОЙ
ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ
Пояснительная записка
80-КГК-04/12
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»).
2
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;
3
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.
4
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
5
Схема деления бортовой Системы Контроля
Радиационной Обстановки (СКРО) для ПТК
Индивидуальная дозиметр с использованием
пассивных детекторов для МКС
Измерение только
поглощенной дозы D
интегрально за весь полет
7
ОСОБЕННОСТИ КОСМИЧЕСКОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО
ИЗЛУЧЕНИЯ, СУЩЕСТВЕННЫЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ
ДОЗИМЕТРА ИНДИВИДУАЛЬНОГО ПТК»
Связь между поглощенной и эквивалентной дозой:
H = QF * D
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
4
12
He
Relative TL efficiency (peak 5)
•
C
20
Ne
28
Si
56
Fe
1
ТЛД
ТТД
TLD-700
(6.4×6.4×0.9 mm³)
0.1
1
10
100
LET H2O (keV/µm)
1000
9
Отжиг и считывание данных
термолюминесцентных детекторов
   n0  S  exp(
•
•
•
•
•
•

kT
T
)  exp[ 
0
S

 exp(

kT
 - 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.
) dT ]
10
Характеристики детекторов ДТГ-4
Ангарского электролизно-химического комбината
11
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
12
Поверка (калибровка) ТЛД на эталонном
источнике во ВНИИФТРИ
Отбор детекторов по дозовой чувствительности с точностью 5%
13
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
14
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
15
Комбинированный метод
ТЛД + ТТД
где DTotal – поглощенная доза по всем диапазоне ЛПЭ;
HTotal – эквивалентная доза по всем диапазоне ЛПЭ;
QMean – коэффициент качества.
16
Травление ТТД для получения треков
Держатель для трековых детекторов из
нержавеющей стали и оргстекла
Жидкостной термостат циркулятор с
ванной 18л,
- Контейнер из нержавеющей стали
17
Рабочее место по обработке трековых
детекторов (полуавтоматизированный стенд)
•
•
•
•
Микроскоп
Координатный столик
Видеокамера
Компьютер
18
Макет «Дозиметр индивидуальный» ПТК»
Чехол из номекса
Корпус сборки
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.
Держатель ТЛД
ТТД
19
Технико-экономическое обоснование разработки КИДК
Стоимость работ, тыс. руб..
Структурное
подразделение- куратор
Организациясоисполнитель
НТЦ (Центр, ПО,
Дирекция)
3Ц
Наименование составной части
комплекса
(изделия
Отделение,
Служба
24
ИМБП
СЧК (КПТК), в том числе по этапам:
Аванпроект (техническое
предложение)
2012
2013
Эскизный проект
Технический проект
Разработка рабочей документации на
опытные изделия комплекса и макеты
Наименование
систем,
приборов,
агрегатов
КИДК
Дозиметр
индивидуальный
(ДИ-ППТС)
СКРО
Разработка
КД,
экспериментальная
отработка,
участие в КИ
и ЛИ
Поставка
матчасти
для
комплексно
й отработки
Поставка
матчасти
для
летного
изделия
Постав
-ка
ЗИП
14300
4000
1500
500
-
-
-
Поставка КИА,
КПА, НИО
Для Для
КИС ТК
Дл
я
СК
-
-
-
-
-
-
-
-
3700
-
-
-
-
6300
-
8000
-
-
2014
Изготовление макетов и опытных
изделий комплекса, автономные
испытания и корректировка рабочей
документации
-
2015
2016
Изготовление опытных изделий
комплекса, комплексные и
межведомственные испытания и
корректировка рабочей документации
Летные испытания
4000
-
-
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
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.
22
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.
23
Для справки.
Космическая радиация: дозы и дозовые пределы
Период экспонирования
Фоновая доза на поверхности Земли за сутки
Доза, мЗв
0.003
Доза на борту космической станции за сутки
0.5
Доза за год в космическом полете = 0.5x365
180
500
20
Основной дозовый предел за 1 год полета
Дозовый предел за 1 год для персонала группы А
на Земле (в среднем за 5 лет)
Эффективная доза за рентгеновский снимок
грудной клетки
Профессиональный предел дозы,
космонавта/персонала группы А
0.1
1000
24