автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Радиационные нагрузки на космонавта при внекорабельной деятельности в скафандре "Орлан-М" на низких околоземных орбитах

На правах рукописи УДК 629.786.2:614.876

□ □34853 17

Карташов Дмитрий Александрович

Радиационные нагрузки на космонавта при внекорабсльной деятельности в скафандре «Орлан-М» на низких околоземных орбитах

05.26.02 безопасность в чрезвычайных ситуациях (Авиационная и ракетно-космическая техника, технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

я 2009

Москва, 2009

003485317

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Государственном научном центре Российской Федерации - Институте медико-биологических проблем РАН (ГНЦ РФ - ИМБП РАН)

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук Вячеслав Александрович Шуршаков

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук Виктор Георгиевич Митрикас

Кандидат технических наук Вячеслав Иванович Петров

Ведущая организация:

«Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. акад. С.П. Королева».

Защита диссертации состоится " 16 " Ао/> ^ 2009 г. в ¿О часов на заседавши диссертационного СоветаД 002.111.02 при ГНЦ РФ - ИМБП РАН по адресу: 123007, г.Москва, Хорошевское шоссе, 76-А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ - ИМБП РАН

Автореферат разослан " Ц " ^О 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.11! .02.

Доктор биологических наук

Н.М. Назаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Анализ источников космического излучения (КИ) в околоземном пространстве и многочисленные результаты дозиметрических исследований, выполненных на космических летательных аппаратах, указывают, что пилотируемые космические полеты являются радиационно-опасным видом деятельности человека. В соответствии с рекомендациями Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) такой вид деятельности требует соответствующих мер по снижению уровня радиационного риска для здоровья и жизни космонавтов. Актуальность работы

В соответствии с требованиями Методических указаний (МУ 2.6.1.44-032004) [1] на всех этапах космического полета необходимо отслеживать дозу на критические органы космонавта, такие как глаз, кожа, кроветворная система, а также определять его эффективную дозу за период профессиональной деятельности. Отдельного рассмотрения требует этап космического полета, связанный с внекорабельной деятельностью (ВКД), при котором, в силу изменившихся условий защищенности, радиационная нагрузка на критические органы тела космонавта возрастает по сравнению с его пребыванием внутри космического аппарата.

Актуальность работы обусловлена активным использованием скафандров типа «Орлан-М» при продолжающейся эксплуатации МКС, а также планируемыми межпланетными и лунными экспедициями, в которых предполагается использование скафандров при монтажных работах на околоземных орбитах. В настоящее время в стадии реализации находится космический эксперимент «Матрешка-Р», в котором осуществлялось экспонирование тканеэквивалентного антропоморфного фантома снаружи станции в условиях, моделирующих работу космонавта в скафандре. Цель работы состояла в следующем:

получение расчетных оценок радиационных нагрузок на космонавта при внекорабельной деятельности в скафандре «Орлан-М» на низких околоземных орбитах, основываясь на результатах наземных экспериментальных исследований

по определению толщины защиты, создаваемой скафандром, а также с учетом данных космического эксперимента «Матрешка».

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

• рассчитать возможное изменение доз, создаваемых различными источниками космического излучения, в представительных точках антропоморфного фантома в зависимости от степени негомогенности материала фантома;

• оценить влияние упрощений геометрии антропоморфного фантома на дозы в представительных точках тела космонавта (фантомы в виде головы и торса, применяемые в космических исследованиях);

• обработать и проанализировать данные наземного эксперимента по определению массовой толщины элементов скафандра «Орлан-М» методом гамма- и бета- просвечивания;

• основываясь на анализе технической документации и результатах наземных экспериментальных исследований, модифицировать методику расчета функций экранированное™ представительных точек антропоморфного фантома, находящегося внутри скафандра «Орлан-М»;

• рассчитать дозы и эффективность радиационной защиты для представительных точек антропоморфного фантома в скафандре «Орлан-М» для моделируемых ВКД на низких околоземных орбитах;

• рассчитать функции экранированное™ и оценить дозы в местах размещения детекторов космического эксперимента «Матрешка» и сопоставить их с данными, полученными в эксперименте, а также с результатами расчета для антропоморфного фантома внутри скафандра «Орлан-М»;

• оценить влияние эффекта западно-восточной асимметрии захваченных протонов высоких энергий на радиационные нагрузки космонавтов при внекорабельной деятельности.

Методы исследования:

• математическое моделирование;

• численные методы математического анализа и математической статистики;

• сравнительный анализ результатов расчетов и экспериментальных данных.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

• проведена оценка влияния степени негомогенности фантома на дозы, создаваемые различными источниками космического излучения, в представительных точках антропоморфного фантома;

• получены экспериментальные данные по определению толщины защиты скафандра «Орлан-М» методом гамма- и бета- просвечивания;

• получены оценки эффективности защиты для представительных точек антропоморфного фантома в скафандре «Орлан-М» при моделируемых ВКД на низких околоземных орбитах;

• проведено сопоставление доз в представительных точках антропоморфного фантома «Рэндо» космического эксперимента «Матрешка» с дозами в антропоморфном фантоме в скафандре «Орлан-М»;

• при расчете доз в представительных точках антропоморфного фантома в скафандре при внекорабелыюй деятельности учтено влияние эффекта западно-восточной асимметрии захваченных протонов высоких энергий в области Южно-Атлантической аномалии.

Практическая значимость работы:

• реализована в виде программы модифицированная методика определения функций экранированности точек фантома и системы «фантом в скафандре», задаваемых в виде таблиц;

• обоснована возможность использования гомогенного фантома при расчетных оценках радиационных нагрузок на космонавта;

• получено описание массовых толщин элементов скафандра «Орлан-М», основанное на данных эксперимента по его гамма-просвечиванию;

• определена эффективность защиты скафандра «Орлан-М» для представительных точек антропоморфного фантома в условиях внекорабельной деятельности на орбите МКС в зависимости от таких факторов, как параметры орбиты и фазы цикла солнечной активности.

Положения, выносимые на защиту.

1. Результаты расчетов изменения доз космического излучения в представительных точках антропоморфного фантома в зависимости от

степени его негомогенности.

2. Модифицированная методика определения функции экранированное™ представительных точек антропоморфного фантома для случая его расположения в скафандре, основанная на результатах экспериментальных исследований по гамма-просвечиванию скафандра «Орлан-М».

3. Расчетные оценки радиационных нагрузок на космонавта в скафандре «Орлан-М» и эффективности радиационной защиты скафандра при моделируемых ВКД на низких околоземных орбитах и для космического эксперимента «Матрешка» на внешней поверхности МКС.

4. Результаты анализа влияния пространственной ориентации космонавта на радиационные нагрузки при ВКД в скафандре «Орлан-М» в зоне Южноатлантической аномалии.

Личный вклад автора заключается в:

• выполнении основного объема теоретических и расчетных исследований, изложенных в диссертационной работе, включая разработку расчетных методик и соответствующего программного обеспечения;

• участии в эксперименте по гамма-просвечиванию скафандра «Орлан-М» в части обработки и анализа экспериментальных данных;

• участии в анализе данных штатного дозиметра космонавта «Пилле-МКС», используемого при внекорабельной деятельности;

• участии в эксперименте «Матрешка-Р» в части анализа доз облучения, полученных в представительных точках антропоморфного фантома, экспонировавшегося на наружной поверхности станции;

• анализе, обработке и оформлении результатов в виде публикаций и научных докладов в период с 2000 по 2009 гг.

Апробация работы

Результаты и положения диссертационной работы опубликованы в 11 печатных работах.

Результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• Конференция молодых ученых ГНЦ РФ - ИМБП РАН (2002);

• The 2nd International Workshop on Space Radiation Research (IWSSRR-2). March 11-15,2002, Nara, Japan;

• Четвертый международный аэрокосмический конгресс. 18-23 августа 2003 г. Москва;

• Научная сессия МИФИ-2006, Секция Ф-1. АСТРОФИЗИКА И КОСМОФИЗИКА;

• 4-th International Workshop on Space Radiation Research and 17-th Annual NASA Space Radiation Health Investigators' Workshop. Moscow - St. Petersburg, June 5 - 9,2006;

• 17th IAA Human in Space Symposium. Book of abstracts. June 7-11, 2009. Moscow.

Объем и структура

Диссертация изложена на 159 страницах машинописного текста, включая 37

таблиц и 48 рисунков, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка

использованных источников из 90 наименований и четырех приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы оценки радиационных

нагрузок на космонавтов при ВКД в скафандре «Орлан-М» на низких

околоземных орбитах, сформулирована цель и задачи исследования, обоснованы

новизна и практическая значимость результатов исследований. Излагаются

основные положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе по литературным данным проведен анализ условий

облучения космонавтов в орбитальном полете при ВКД. Рассмотрено применение

при космических полетах скафандров «Орлан-М» и HACA EMU, используемых в

настоящее время в условиях орбитального полета на МКС при ВКД, проведено

сравнение их основных характеристик. Рассмотрена радиационная обстановка в

околоземном космическом пространстве на низких околоземных орбитах,

применительно к условиям ВКД. Дан обзор основных характеристик источников

космического излучения таких, как галактические космические лучи (ГКЛ),

солнечные космические лучи (СКЛ) и радиационные пояса Земли (РПЗ). Для этих

источников рассмотрены кривые ослабления доз космического излучения на

низких околоземных орбитах, которые позволяют рассчитать дозу в точке внутри фантома: Я(г0) = |р(?0,х)-где Н(х) - кривая ослабления дозы радиации, р(г0,х) - функция экранированности (ФЭ) точки Ра внутри фантома.

Рассмотрены используемые в дальнейших расчетах кривые ослабления доз от упомянутых выше источников КИ на высотах орбит МКС 350,400 и 450 км для эпох минимума и максимума солнечной активности (СА), полученные компиляцией данных из работ отечественных и зарубежных авторов. При промежуточных высотах орбит и для моментов времени между минимумом и максимумом СА используется линейная интерполяция доз.

Приведены нормативные уровни космической радиации на органы кроветворной системы (КТС), хрусталик глаза (ХГ) и кожу (КЖ) в соответствии с [1]. Рассмотрено и обосновано применение тканеэквивалентных материалов в космических исследованиях с использованием фантомов тела человека. Проведен обзор экспериментальных исследований облучения космонавтов в орбитальном полете при ВКД: дозиметр «Пилле» на станции «Мир», штатный дозиметр «Пилле-МКС» на МКС и космический эксперимент (КЭ) «Матрешка-Р» по экспонированию торса антропоморфного фантома в специальном контейнере снаружи МКС.

Как следует из проведенного анализа, до начала работы над диссертацией в литературе отсутствовали данные о ФЭ представительных точек тела человека в скафандре. Также отсутствовали данные о дозах и защищенности этих точек при ВКД на околоземных орбитах. Измерения доз, проведенные в условиях ВКД, носили фрагментарный характер, что не позволяло практически перейти к оценке доз в различных представительных точках тела человека при ВКД.

Во второй главе описана реализованная автором в виде программы методика расчета, позволяющая определять функцию самоэкранированности в любой точке тела человека. В качестве исходных данных используется представление тела человека в виде антропоморфного фантома, принятое в ГОСТ 25645.203-83 [2]. Кроме того, имеется возможность задавать другие исходные данные (фантом с измененными антропометрическими параметрами, фантом с элементами локальной защиты, фантом внутри скафандра). Для математического

задания фантома и точек внутри него используется цилиндрическая система координат {г, г, ер) (см. Рис. 1). В представлении [2] антропоморфный фантом, стоящий в вертикальном положении, представлен в виде плоских горизонтальных срезов для набора высот 2. Для каждого среза, находящегося на высоте г, в его плоскости задается расстояние г от оси 02 до границы тела в диапазоне азимутальных углов от 0 до 360° с шагом А(р=\0°. Согласно описанию, приведенному в [2], интерполяция координат точек поверхности фантома между значениями, указанными для соседних срезов, а также при промежуточных значениях углов ф, осуществляется по линейному закону. На Рис. 2 показаны в качестве примера горизонтальные сечения фантома на различной высоте г, отсчитываемой от ступней, для области головы, груди, ног и ступней.

Рис. 1. Антропоморфный фантом в цилиндрической системе координат {г, г, <р}, используемой для расчета функции самоэкранированности

\

'А \

/ 4 1 \

Л - 7

V V / у'

Б

Рис. 2. Сечения фантома на различной высоте Т.. А - голова (2 = 1570 мм), Б -грудь (2 = 1300 мм), В - область ног (г = 500 мм), Г - ступни (7, = 20 мм)

Описан алгоритм расчета ФЭ с использованием метода статистических испытаний и приведены примеры расчета ФЭ и доз в представительных точках антропоморфного фантома для различных источников КИ. Проведено сопоставление результатов расчетов ФЭ с соответствующими результатами работ других отечественных авторов [3, 4], а также с данными американской модели САМ [5]. Получено хорошее согласие с данными из указанных работ. Статистическая погрешность проводимых расчетов функций экранированное™ не превышает 2%. Точность расчета доз в используемой методике определяется в

основном погрешностью задания кривых ослабления доз КИ.

Проведен анализ влияния на самоэкранированность негомогенности фантома в рамках модели случайно-неоднородной среды [6, 7], учитывающей различия в плотности внутренних органов человеческого тела. Толщина защиты хо случайным образом заменяется на х: х = х0 + £ где £ = Ы(0,о) - случайная величина, распределенная по нормальному закону с математическим ожиданием 0 и стандартным отклонением а, что описывается следующими соотношениями [7]:

а - К хх0, где К- параметр негомогенности, т.е. коэффициент, характеризующий степень неоднородности негомогенной среды.

Для демонстрации результатов расчетов доз выбраны следующие представительные точки антропоморфного фантома, заданные в ГОСТ 25645.20383: КЖ; ХГ; КТС-1 (на груди); КТС-2 (на спине). В дополнение к выбранным рассматривается точка, представляющая критический орган «Гонады» (ГН), а также при исследовании защитных свойств скафандра «Орлан-М» вводятся точки КЖ-2 (расположенная на ноге за защитой мягкими тканями скафандра «Орлан-М»), ХГ-2 (с теми же координатами, что ХГ, но без дополнительной защиты светофильтром). На Рис. 3 приведены результаты расчета ФЭ точек ХГ и ГН. Введение негомогенности в описание фантома приводит к определенному «сглаживанию» ФЭ.

Оценены дозы в выбранных представительных точках антропоморфного фантома для различных а и видов КИ в минимуме и максимуме СА. Показано, что при изменении а от 0 до 20 % суммарная доза ГКЛ и РПЗ меняется не более, чем на 12%. Для протонов СКЛ доза меняется не более, чем на 14%.

1

° . V

0

Толщина защиты X, г/ем2 Толщина защиты X, г/см2

Рис. 3. Функции самоэкранированности некоторых представительных точек антропоморфного фантома при различных значениях параметра негомогенности

Показано, что переход от использования в качестве модели тела человека антропоморфного фантома из ГОСТ 25645.203-83 к упрощенному фантому в виде головы и торса человека для большинства представительных точек, исключая «Гонады», является приемлемым, поскольку изменение расчетной дозы всех видов космического излучения при таком переходе для этих точек не превышает 2%, т. е. является несущественным.

В третьей главе представлена модифицированная методика определения ФЭ представительных точек антропоморфного фантома для случая его расположения в скафандре. Ранее существовала методика расчета ФЭ для точки внутри космического аппарата (КА), заданного в виде набора поверхностей 2-го порядка [8]. Эта методика применялась также к антропоморфному фантому. Суть модификации состоит в следующем:

1. Задание фантома в виде таблиц (ГОСТ 25645.203-83), описывающих его горизонтальные срезы.

2. Задание системы «Фантом в скафандре» в виде аналогичных таблиц, где описание скафандра основано на результатах экспериментальных исследований по гамма- просвечиванию скафандра «Орлан-М».

Данные по радиационно-защитным свойствам скафандра «Орлан-М» основаны на анализе доступной технической документации, а также на результатах определения его массовой толщины защиты в экспериментальных исследованиях методом гамма- и бета- просвечивания. Схемы экспериментов представлены на Рис. 4 и Рис. 5. На Рис. 6 в произвольном масштабе представлены горизонтальные срезы антропоморфного фантома, помещенного в

скафандр. Абсолютная погрешность толщины защиты вещества скафандра в методе гамма- просвечивания оценивается ~0.2 г/см2. В эксперименте по бета-просвечиванию мягких тканей скафандра «Орлан-М» определена их средняя массовая толщина: 0.21 ± 0.01 г/см2 тканеэквивалентного вещества [9]. В Табл. 1. даны минимальные толщины тканеэквивалентной защиты отдельных элементов скафандра «Орлан-М» (Хт„) и минимальные энергии электронов (Ее „¡„) и протонов (Ертт), способных проникать через эти элементы.

-I БЕТА-ИЗЛУЧАТЕЛЬ

~2 ИЗМЕРЯЕМЫЙ ОБРАЗЕЦ ■ЗСЦИНТИЯЯТОР

УС AMA

Рис. 4. Схема эксперимента по гамма-просвечиванию: /¡/(источник: Cs137, Ег= 0,66 МэВ) = 86 см; 131 см; 150 см; 171 см; й/цетектор) = 20 - 200 см. R = 188 см; Ла= 10-20°

Рис. 5. Схема эксперимента по бета-просвечиванию: Источник Sr90+Y90: ФЭУ -фотоэлектронный умножитель, ПУ -предусилитель, УС - усилитель, AMA -амплитудный анализатор

Табл. 1. Минимальная толщина отдельных

Рис. 6. Горизонтальные срезы антропоморфного фантома с учетом защиты вещества скафандра «Орлан-М»

Часть скафандра Лщ in, г/см2 Ее mim МэВ Ер mim МэВ

Шлем без учета светофильтра 0.2 0.54 12

Шлем с учетом светофильтра 0.4 0.93 18

Мягкие ткани с костюмом водяного охлаждения 0.4 0.93 18

Кираса (грудь) 1.9 4.0 45

Кираса (спина) 3.9 7.8 66

На Рис. 7 представлены ФЭ для представительных точек (ХГ и КТС-1 (Грудь)) антропоморфного фантома, пунктирная линия соответствует фантому без скафандра, сплошная - фантому в скафандре «Орлан-М».

В Табл. 2 и Табл. 3 приведены примеры оценок радиационных нагрузок на космонавта и эффективности защиты скафандра «Орлан-М» на орбите МКС.

В Табл. 4 и Табл. 5 приведены примеры оценок эффективности защитных свойств скафандра «Орлан-М» на орбите МКС.

Хрустал и к таза КТС-1 (Грудь)

Рис. 7. ФЭ некоторых представительных точек антропоморфного фантома без скафандра в скафандре «Орлан-М»

Табл. 2. Мощность дозы электронов и протонов РПЗ и частиц ГКЛ на представительные точки тела космонавта в скафандре «Орлан-М» на орбите МКС_

Мощность дозы, мЗв/сут

РПЗ ГКЛ РПЗ + ГКЛ

Мин. СА Макс. СА Мин. СА Макс. СА Мин. СА Макс. СА

Р 1 е р 1 е

Высота орбиты 350 км

Кожа Кожа-2 2.34-10"1 4.46-10"3 8.25-10"2 1.07-10"2 3.80-10"' 2.45-10-' 6.18-10' 3.38-10"'

6.6310-' 1.44 1.69-10'' 3.57 5.81-10"' 3.83-10"' 2.68 4.13

ХГ 3.79-10"1 1.9010"' 1.16-10"' 4.56-10"' 4.75-10"' 3.16 10' 1.04 8.88-10"'

ХГ-2 4.34-10Г1 4.96-10"' 1.27-10"1 1.22 4.85-10'1 3.22-10'1 1.42 1.67

КТС-1 1.24-10"' 2.21-10"3 5.37-10"2 7.92-10"' 2.58-10"' 1.77-10"' 3.83-10"' 2.3 8-10"1

КТС-2 1.09-10"' 2.21-10"' 5.00-10"2 7.92-10"3 2.37-10"' 1.68-10"' 3.48-10"' 2.26-10"'

Гонады 1.91-10"' 3.25-10"3 7.14-Ю"2 9.00-10"5 3.29-10"1 2.1810"' 5.24-10"' 2.98-10"'

Табл. 3. Доза протонов СКЛ с различной характеристической жесткостью спектра на представительные точки тела космонавта в скафандре «Орлан-М» на орбите МКС_

Доза протонов СКЛ, мЗв*см2

Характеристическая жесткость спектра протонов СКЛ, МВ

50 80 120 200

Кожа 9.37-10* 1.3 7-10"8 1.76-10"8 2.33-10"8

Кожа-2 1.24-10"' 7.37-10"8 5.61 -10"8 4.57-10"8

ХГ 4.28-10'8 3.52-10"8 3.22-10"8 3.29-10"8

ХГ-2 6.43-10"8 4.50-10"8 3.76-10"8 3.57-10'8

КТС-1 1.60-10"" 4.08-10"" 8.08-10" 1.58-10"8

КТС-2 9.07-10"'° 2.88-10"у 6.79-10" 1.48-10"8

Гонады 6.31-10"" 9.88-10"" 1.36-10"8 2.02-10"8

Табл. 4. Эффективности защитных свойств скафандра «Орлан-М» на орбите МКС

(//(Фантом) - //(Фантом + «Орлан-М»))/Я(Фантом), где Я- эквивалентная доза за ВКД

РПЗ ГКЛ РПЗ + ГКЛ

Мин. СА Макс. СА Мин. СА Макс. СА Мин. СА Макс. СА

Р 1 е р | е

Высота орбиты 350 км

Кожа 0.95 >0.99 0.83 >0.99 0.28 0.29 >0.99 >0.99

Кожа-2 0.87 >0.99 0.69 >0.99 0.06 0.06 >0.99 >0.99

ХГ 0.40 0.88 0.26 0.89 0.11 0.11 0.62 0.80

ХГ-2 0.31 0.69 0.19 0.70 0.09 0.09 0.49 0.63

КТС-1 0.28 0.07 0.22 0.01 0.20 0.20 0.23 0.20

КТС-2 0.41 0.01 0.32 1 <0.01 0.31 0.28 0.34 0.28

Гонады 0.17 0.49 0.12 1 0.32 0.11 0.11 0.14 0.12

Табл. 5. Эффективности защитных свойств скафандра «Орлан-М» при различной характеристической жесткости энергетического спектра протонов СКЛ _

(//(Фантом) - Я(Фантом + «Орлан-М»))/Я(Фантом), где Я- эквивалентная доза за ВКД

Характеристическая жесткость спектра протонов СКЛ, МВ

50 80 120 200

Кожа 0.99 0.94 0.84 0.63

Кожа-2 0.84 0.70 0.55 0.37

ХГ 0.64 0.48 0.35 0.21

ХГ-2 0.44 0.32 0.23 0.15

КТС-1 0.59 0.44 0.32 0.19

КТС-2 0.76 0.63 0.47 0.28

Гонады 0.39 0.28 0.21 0.12

Для уточнения радиационно-защитных свойств скафандра «Орлан-М» сделаны аналогичные оценки для ВКД первого типа (прохождение витков при ВКД через ЮАА, приводящее к получению максимальной дозы от РПЗ) и ВКД второго типа (ни один из витков при ВКД не проходит через область ЮАА), при максимальной продолжительности ВКД 7 часов [10].

В четвертой главе проведено сопоставление расчетных оценок доз в представительных точках антропоморфного фантома в скафандре «Орлан-М», а также доз в местах расположения детекторов с результатами КЭ «Матрешка» по экспонированию фантома «Рэндо» в специальном контейнере на внешней поверхности МКС [11]. Различие между расчетными и экспериментальными данными составляет 10 - 30%, что свидетельствует об оправданности

разработанного подхода к определению ФЭ в представительных точках антропоморфного фантома КЭ «Матрешка» и используемых кривых ослабления доз источников КИ.

Проведено сопоставление условий экспонирования фантома КЭ «Матрешка» с учетом контейнера с условиями радиационного воздействия на космонавта при ВКД в скафандре «Орлан-М» (масса контейнера составляет 4.07 кг, масса скафандра «Орлан-М» -110 кг).

На Рис. 8 представлены ФЭ представительных точек фантома КЭ «Матрешка» в контейнере в сравнении с ФЭ аналогичных представительных точек антропоморфного фантома, заданного в [2], в скафандре «Орлан-М».

Рис. 8. ФЭ представительных точек фантома КЭ «Матрешка» в контейнере в сравнении с ФЭ аналогичных представительных точек антропоморфного фантома в скафандре «Орлан-М»

Рассчитаны дозы в представительных точках фантома КЭ «Матрешка». Расчет проводился для круговой орбиты высотой 350 км и наклонением 51.6° и фаз минимума и максимума СА. Сопоставление полученных значений доз показывает, что отношение дозы в антропоморфном фантоме в скафандре «Орлан-М» к дозе в условиях КЭ «Матрешка» меняется от 0.1 до 1.8 в зависимости от выбранной представительной точки и фазы цикла СА. Полученные соотношения необходимо учитывать при интерпретации данных, полученных в КЭ «Матрешка», применительно к условиям ВКД в скафандре «Орлан-М».

В пятой главе проведен анализ влияния пространственной ориентации космонавта на радиационные нагрузки при ВКД в зоне ЮАА. Проведен расчет ФЭ представительных точек тела космонавта в скафандре «Орлан-М» отдельно для передней и задней полусфер, примеры даны на рис. 9.

Хрусталик глаза

ЙГ2 2 и

Х- 0,8

о.

•о 0,4

—Полная

—Передняя полусфера —Задняя полусфера

0,5

I. 0.4 й

?0,3

5 0,2 о. '0,1

Гонады

—Полная

—Передняя полусфера

—Задняя полусфера

11 \ 1 \л ^__„

2 4 6 8

Толщина защиты X, г/см2

10

10 20 30

Толщина защиты X, г/см2

40

Рис. 9. ФЭ представительных точек фантома внутри скафандра «Орлан М»: сплошная линия - для скафандра в целом, штриховая линия - со стороны передней полусферы скафандра, точечная линия - со стороны задней полусферы

Как следует из анализа представленных зависимостей, защита скафандра анизотропна в направлении вперед-назад: задняя часть тела космонавта защищена скафандром существенно лучше по сравнению с передней. Приведены средние защиты переднего и заднего полупространства скафандра «Орлан-М» для выбранных представительных точек.

Дано аналитическое описание анизотропии потоков протонов в области ЮАА и проведены численные оценки этого эффекта, см. Табл. 6.

Табл. 6. Отношение флюенса захваченных протонов с запада (¡т/Е)) к флюенсу с

Энергия протона, МэВ /V«/® /]Еаа(Е)

Минимум СА Максимум СА

25 2.7 2.1

50 4.0 2.9

100 7.2 4.4

200 17 8.0

500 1.1-102 28

1000 1.2-103 1.2-102

Для оценки радиационных нагрузок на различные участки тела космонавта рассматривались два предельных случая ориентации тела космонавта при ВКД: лицом на запад и лицом на восток. Для расчетов использовались ФЭ, определенные для переднего и заднего полупространства скафандра, а также спектры захваченных протонов, приходящих с запада и с востока. При расчете эффект дополнительного экранирования телом станции не учитывался. Отношение доз для выбранных представительных точек тела космонавта при

ориентации «лицом на запад» и «лицом на восток» - Н(Запад)/Н(Востак) - для минимума и максимума СА представлено на Рис. 10.

Рис. 10. Отношение доз для выбранных представительных точек тела космонавта при ориентации «лицом на запад» и «лицом на восток» Н(Запад)/Н(Восток) для минимума и максимума СА

Для большинства представительных точек при ориентации «лицом на запад» доза выше, чем в аналогичных условиях при ориентации «лицом на восток». Приведенные выше расчетные оценки Н(Запад)/Н(Восток) для набора представительных точек в фазе минимума и максимума СА позволяют оценивать эффективность рекомендаций по ориентации тела космонавта при ВКД в области ЮАА. Следует отметить, что отношение Н(Запад)/Н(Восток) в минимуме СА в -1.5 раза больше, чем в максимуме СА, что существенно для предложенного метода снижения дозовых нагрузок при ВКД, поскольку доза от захваченных протонов высоких энергий в ЮАА в минимуме СА в ~2 раза больше, чем в максимуме СА. Учет западно-восточной асимметрии для «Гонад» важен для оценки эффективной дозы на тело космонавта, поскольку весовой фактор этого органа максимален (0.2).

В заключении сформулированы полученные результаты и выводы. Основные результаты.

1. Рассчитаны изменения доз, создаваемых различными источниками космического излучения, в представительных точках антропоморфного фантома в зависимости от фактора негомогенности материала фантома.

2. Оценено влияние упрощений геометрии антропоморфного фантома (фантомы в виде головы и торса, применяемые в космических исследованиях) на дозы в представительных точках тела космонавта.

3. Получены данные по массовой толщине элементов скафандра «Орлан-М» по результатам эксперимента, проведенного на «НПП Звезда» методом гамма-просвечивания.

4. Модифицирована методика определения функции экранированности представительных точек антропоморфного фантома для случая его расположения в скафандре. Модифицированная методика реализована в виде программы, позволяющей получать функции экранированности и дозы для точек фантома и системы «фантом в скафандре», задаваемых в виде таблиц.

5. Рассчитаны дозы и эффективность радиационной защиты для представительных точек антропоморфного фантома в скафандре «Орлан-М» для моделируемых ВКД на низких околоземных орбитах. Расчет также проведен для ВКД первого (захватывающее всю область ЮАА) и второго (не проходящее через область ЮАА) типа.

6. Рассчитаны функции экранированности и оценены поглощенные дозы в местах расположения пассивных детекторов КЭ «Матрешка»; проведено сопоставление с данными, полученными в эксперименте, а также с результатами расчета для антропоморфного фантома внутри скафандра «Орлан-М».

7. Оценено влияние эффекта западно-восточной асимметрии захваченных протонов высоких энергий на радиационные нагрузки космонавтов при ВКД. Выводы.

1. Радиационные нагрузки на космонавта при ВКД в скафандре «Орлан-М» на низких околоземных орбитах таковы, что в отсутствие радиационных возмущений (магнитные бури и/или солнечные протонные события) не нарушаются требования по радиационной безопасности космонавта в космическом полете (МУ 2.6.1.44-03-2004).

2. Для получения расчетных оценок эквивалентной дозы от различных источников космической радиации можно использовать гомогенный антропоморфный фантом. Учет негомогенности фантома приводит к

несущественному (5 - 10%) завышению доз в теле человека.

3. Переход от использования в качестве модели тела человека антропоморфного фантома из ГОСТ 25645.203-83 к упрощенному фантому в виде головы и торса для большинства представительных точек, исключая «Гонады», является приемлемым, поскольку изменение расчетной эквивалентной дозы от всех видов космического излучения при таком переходе не превышает 2%.

4. При моделируемых ВКД на низких околоземных орбитах в радиационно-невозмущенные периоды вклад электронов РПЗ в суммарную дозу существен только для облучения хрусталика глаза (35 - 75 %) и кожи (50 - 85%) и возрастает при переходе от минимума солнечной активности к максимуму. Во всех остальных случаях преобладает вклад протонов РПЗ и частиц ГКЛ.

5. Как следует из проведенных расчетов радиационно-защитных свойств скафандра, в любой период цикла солнечной активности эффективность защиты скафандра составляет: для электронов РПЗ >0.99 для кожи, 0.69 - 0.89 для хрусталика глаза, 0.32 - 0.49 для гонад, <0.07 для кроветворной системы; для протонов РПЗ 0.69 - 0.95 для кожи, 0.19 - 0.41 для хрусталика глаза и кроветворной системы, 0.12 - 0.17 для гонад; для частиц ГКЛ 0.06 - 0.29 для кожи, -0.1 для хрусталика глаза и гонад, 0.20-0.31 для кроветворной системы.

6. В случае солнечного протонного события эффективность защиты скафандра зависит от характеристической жесткости Ro энергетического спектра протонов CKJI и уменьшается от 0.84 при R, = 50 МВ до 0.37 при R0 = 200 для точки «КЖ-2» и от 0.59-при R0 = 50 МВ до 0.19 при Ra = 200 для точки «КТС-1».

7. Наблюдается удовлетворительное согласие (в пределах 10 - 30 %) расчетных оценок доз с данными КЭ «Матрешка», что свидетельствует об оправданности применения модифицированной методики к определению функций экранированное™ в представительных точках антропоморфного фантома КЭ «Матрешка» и используемых кривых ослабления доз источников КИ.

8. В соответствии с полученными расчетными оценками отношение дозы в антропоморфном фантоме в скафандре «Орлан-М» к соответствующим дозам в условиях КЭ «Матрешка» меняется от 0.1 до 1.8 в зависимости от выбранной представительной точки и фазы цикла СА. Полученные соотношения необходимо

учитывать при интерпретации данных КЭ «Матрешка» применительно к условиям ВКД, осуществляемых в скафандре «Орлан-М».

9. При пересечении ЮАА за счет выбора оптимальной ориентации космонавта по отношению к сторонам света в ряде случаев может быть достигнуто снижение дозы на большинство критических органов ~ 1.5 в максимуме СА и ~ 2 - 2.5 в минимуме СА.

Полученные оценки радиационных нагрузок на космонавтов в скафандре «Орлан-М» могут быть использованы при выработке оптимального с точки зрения радиационной безопасности варианта проведения ВКД, в том числе при возмущенной радиационной обстановке, связанной с солнечными протонными событиями. Для уменьшения радиационных нагрузок на космонавта при ВКД необходимо учитывать следующие возможности:

1. Выбор времени начала ВКД так, чтобы траектория станции не пересекала область ЮАА. В этом случае в зависимости от защищенности органа может быть достигнуто снижение дозы на 10% - 40% в максимуме СА и на 35% -50% в минимуме СА. Однако в этом случае траектория станции попадает в области возможного проникновения частиц СПС (над северной Канадой и южной Австралией).

2. В случае ожидаемого появления СПС при необходимости проведения ВКД время его начала выбирается так, чтобы исключить прохождение траектории ОПС через области возможного проникновения частиц СПС. В этом случае траектория станции с неизбежностью пересекает область ЮАА, что приводит к увеличению дозы, отмеченному в п. 1, однако предотвращается более существенное (десятки - сотни раз) увеличение дозы от мощного СПС.

3. В большинстве случаев время ВКД специально выбирается так, что траектория станции пересекает область ЮАА, поскольку при этом обеспечивается прохождение станции над европейской частью России, что предоставляет возможность осуществлять связь с экипажем при ВКД. При прохождении ЮАА уменьшение дозы может быть достигнуто путем

ориентации тела космонавта по отношению к сторонам света, т. е. когда космонавт ориентирован лицом на восток или закрыт телом станции с наиболее опасного западного направления.

Публикации по теме диссертации

1. Petrov V., Kartashov D., Kireeva S., Shurshakov V., Semkova J. and Todorova G. Effective dose estimation in space flight using a spherical phantom. The 2nd International Workshop on Space Radiation Research (IWSSRR-2). March IIIS, 2002, Nara, Japan, p. 55 - 56.

2. T. Berger, M. Hajek, W. Schöner, M. Fugger, N. Vana, Y. Akatov, Arkhangelsky, V.A. Shurshakov and D. Kartashov. Application of the High-temperature Ratio Method for Evaluation of the Depth Distribution of Dose Equivalent in a Water-filled Phantom On Board Space Station Mir. Radiat. Prot. Dosim. 100(1-4), pp 503-506 (2002).

3. Карташов Д.А., Коломенский A.B., Петров В.М., Шафиркин A.B., Шуршаков В.А. Оценка дозовых нагрузок на критические органы космонавта при внекорабелыюй деятельности в спокойных и радиационно-возмущенных радиационных условиях. Четвертый международный аэрокосмический конгресс. Москва. 18-23 августа 2003 г. С.414-415;

4. Карташов Д.А., Коломенский A.B., Шуршаков В.А. «Методика расчета самоэкранированности критических органов тела человека в антропоморфном фантоме». Авиакосмическая и экологическая медицина. 2004 №2, стр. 52-56.

5. Шуршаков В.А., Карташов Д.А., Коломенский A.B., Петров В.М., Редько В.И., Абрамов И.П., Леткова Л.И., Тихомиров Е.П. Радиационно-защитные свойства скафандра «Орлан-М» применительно к условиям внекорабельной деятельности на орбите МКС. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2006, Т. 41. №4, с. 56-61.

6. Карташов Д.А., Шуршаков В.А. Методика определения эффективной дозы облучения космонавтов в орбитальном полете при внекорабельной деятельности. Научная сессия МИФИ-2006, Секция Ф-1. АСТРОФИЗИКА И КОСМОФИЗИКА. Сборник научных трудов, стр. 78-79. М.: МИФИ 2006.

7. Kartashov D.A., Kolomensky A.V., Shurshakov V.A., Apathy I., Derne S.. Radiation Doses in Critical Organs during Extra Vehicular Activity in an Orbital Space Flight. 4-th International Workshop on Space Radiation Research and 17th Annual NASA Space Radiation Health Investigators' Workshop. Moscow - St. Petersburg, June 5 - 9,2006, p. 57.

8. Карташов Д.А., Коломенский A.B., Шуршаков В.А. Эффективность радиационной защиты космонавта скафандром «Орлан-М» при внекорабельной деятельности. Системы жизнеобеспечения как средство освоения человеком дальнего космоса. Международная конференция 24 -27 сентября 2008 г. Москва. С.44.

9. Petrov V.M., Kartashov D.A., Kolomensky A.V., Shurshakov V.A. Comparison of space radiation doses inside the Matroshka-torso phantom installed outside the ISS with doses in a human body in Orlan-M spacesuit during EVA. 17th IAA Human in Space Symposium. Book of abstracts. June 7-11, 2009. Moscow. P.

Ю.В.А.Шуршаков, Д.А. Карташов, А.В.Коломенский. Оптимизация радиационных нагрузок при внекорабельной деятельности за счет эффекта западно-восточной асиммеггрии потоков захваченных протонов. Космические исследования, 2009 (в печати). 11.Д.А. Карташов, В.М. Петров, A.B. Коломенский, Ю.А. Акатов, В.А. Шуршаков. Сопоставление доз космической радиации в антропоморфном фантоме, установленном снаружи МКС, с дозами космонавтов при ВКД в скафандре «Орлан-М». Авиакосмическая и экологическая медицина, 2009 (в печати).

Список цитированных литературных источников

1. Санитарные правила и нормы. СанПиН 2.6.1. 44-03-2004. Методические указания МУ 2.6.1. 44-03-2004. Ограничение облучения космонавтов при околоземных космических полетах (ООКОКП-2004). Москва. Федеральное управление «Медбиоэкстрем». 2004.

2. ГОСТ 25645.203-83. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Модель тела человека для расчета тканевой дозы. Госстандарт, Москва, 1984.

3. Красильников Г.В., Перова JI.A., Сахаров В.М. Эквивалентная доза космических лучей в представительных точках моделей тела человека. Авиакосмическая и экологическая медицина, 1992, №. 2, стр. 35-41.

4. Бондаренко В.А., Митрикас В.Г. Модель геометрического фантома человека для расчета тканевых доз в СМ МКС. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2007. Т. 41. № 1. С. 34-39.

5. Billings, М.Р. and W.R.Yucker, The Computerized Anatomical Man (CAM) Model, NASA CR-134043 (1973).

6. Сахаров В. M. Модель экранированное™ космического аппарата. Космич. исслед. 1990. Т. 28. No. 4. С. 635-638.

7. Коломенский A.B., Кузнецов В.Г., Лайко Ю.А., Бенгин В.В., Шуршаков В.А. Модель радиационной защищенности служебного модуля международной космической станции. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2001. Т. 35. №6, с. 39-43.

8. ГОСТ 25645.204-83. Методика расчета экранированное™ точек внутри фантома. М. Госстандарт СССР. 1984 г.

9. Коломенский A.B., Лайко Ю.А., Редько В.И., Шуршаков В.А. Определение толщины мягких оболочек скафандра методом бета-тестирования. Ракетно-космическая техника. Серия XII, вып. 1-2. Из-дво РКК Энергия, 2003г с 134-138.

10. И.П. Абрамов, М.Н. Дудник, В.И. Сверщек, Г.И. Северин, А.И. Скуг, А.Ю. Стоклицкий Космические скафандры России. Москва, 2005,347 с.

11. Reitz G., Berger T., Bilski T. et al. Astronaut's organ doses as inferred from measurements in a human phantom outside the ISS. Radial. Res., 2009, vol. 171, pp. 225-235.

Принятые сокращения.

ГКЛ - галактические космические лучи ГН -гонады

ЖКТ - желудочно-кишечный тракт КА - космический аппарат КЖ - кожа

КИ - космическое излучение КТС - кроветворная система КЭ - космический эксперимент РПЗ - радиационные пояса Земли СА - солнечная активность СКЛ - солнечные космические лучи ФЭ - функция экранированности ХГ - хрусталик глаза

Подписано в печать: 27.10.2009

Заказ № 2841 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Введение.

1 Анализ условий облучения космонавтов в орбитальном полете при внекорабельной деятельности (по литературным данным).

1.1 Применение скафандров при внекорабельной деятельности для обеспечения радиационной безопасности космонавта.

1.2 Радиационная обстановка в околоземном космическом пространстве.

1.2.1 Галактические космические лу чи.

1.2.2 Солнечные космические лучи.

1.2.3 Радиационные пояса Земли.

1.2.4 Кривые ослабления доз космического излучения на низких околоземных орбитах.

1.3 Воздействие космического излучения на космонавта.

1.3.1 Нормативные уровни космической радиации.

1.3.2 Тканеэквивалентные фантомы в космических исследованиях.

1.3.3 Экспериментальные исследования облучения космонавтов в орбитальном полете при ВКД.

1.3.4 Исследование радиационного воздействия на космонавта при ВКД (космический эксперимент «Матрешка»).

Выводы к главе 1.

2 Методика расчета самоэкранированности критических органов тела человека в антропоморфном фантоме.

2.1 Алгоритм расчета.

2.2 Анализ результатов расчета функций самоэкранированности.

2.3 Анализ влияния негомогенности антропоморфного фантома на дозы в представительных точках.

2.4 Дозы в представительных точках упрощенного антропоморфного фантома.

Выводы к главе 2.

3 Методика определения функций экранированности представительных точек антропоморфного фантома внутри скафандра.

3.1 Анализ данных эксперимента по определению массовой толщины скафандра «Орлан-М» методом гамма- и бета- просвечивания.

3.2 Защищенность представительных точек антропоморфного фантома в скафандре «Орлан-М».

3.3 Примеры оценок радиационных нагрузок на космонавта и эффективности защиты скафандра «Орлан-М» на орбите МКС.

Выводы к главе 3.

4 Анализ данных измерений доз в условиях внекорабельной деятельности на МКС

4.1 Сопоставление расчетных оценок с результатами измерения дозы снаружи МКС в космическом эксперименте «Матрешка».

4.2 Сопоставление с условий КЭ «Матрешка» с ВКД в скафандре «Орлан-М».

Выводы к главе 4.i

5 Оптимизация радиационных нагрузок при внекорабельной деятельности за счет использования эффекта западно-восточной асимметрии.

5.1 Защищенность представительных точек тела космонавта в скафандре «Орлан-М» в передней и задней полусфере.

5.2 Описание анизотропии потоков захваченных протонов в Южно-Атлантической аномалии.

5.3 Оценки радиационных нагрузок на представительные точки тела космонавта при

ВКД с учетом западно-восточной асимметрии захваченных протонов.

Выводы к главе 5.

Анализ источников космического излучения (КИ) в околоземном пространстве и многочисленные результаты дозиметрических исследований, выполненных на космических летательных аппаратах, указывают, что пилотируемые космические полеты являются радиационно-опасным видом деятельности человека. В соответствии с рекомендациями Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) такой вид деятельности требует соответствующих мер по снижению уровня радиационного риска для здоровья и жизни космонавтов [1].

Актуальность проблемы.

Космическая радиация является неустранимым фактором космического полета, влияние которого невозможно полностью исключить из-за существующих ограничений на массу, энергопотребление и другие ресурсы космического аппарата. В связи с предполагаемым в будущем расширением масштабов космической деятельности (международная космическая станция (МКС), межпланетные пилотируемые полеты и др.) и увеличением сроков пребывания человека на борту космического аппарата значение этого фактора будет неуклонно возрастать.

Для регламентирования радиационного воздействия на космонавтов в 2004 г. были согласованы и выпущены Методические указания МУ 2.6.1.44-03-2004 «Ограничение облучения космонавтов при околоземных космических полетах (ООКОКП-2004)» [2]. Этот документ разработан с учетом требований законов Российской Федерации и Норм радиационной безопасности НРБ-99 [3], а также с учетом специфики радиационного воздействия на человека в условиях орбитальных космических полетов, специфики профессии космонавтов и конструктивных особенностей пилотируемых космических аппаратов. В соответствии с требованиями Методических указаний [2] на всех этапах космического полета необходимо отслеживать дозу на критические органы космонавта, такие как глаза, кожа, кроветворная система, а также определять его эффективную дозу за период профессиональной деятельности. Отдельного рассмотрения требует этап космического полета, связанный с внекорабельной деятельностью, при котором, в силу изменившихся условий защищенности, радиационная нагрузка на критические органы тела космонавта возрастает по сравнению с его пребыванием внутри космического аппарата.

Воздействие космических излучений приводит к перепаду доз в теле космонавта. Размещение детекторов космических излучений непосредственно в теле космонавта не представляется возможным. Для определения доз в критических органах и, в конечном итоге, эффективной дозы, необходимо использование тканеэквивалентных фантомов, размещаемых в обитаемых отсеках космического аппарата. В настоящее время в стадии реализации находится космический эксперимент «Матрешка-Р», предусматривающий экспонирование тканеэквивалентных фантомов различной геометрии внутри и снаружи станции [4]. Внутри фантомов на различной глубине залегания размещаются активные и пассивные дозиметры.

Продолжающаяся эксплуатация МКС, а также планируемые лунные и марсианские экспедиции предполагают активное использование скафандров при работе снаружи станции или на поверхности другой планеты. Знание функций экранированности органов и систем тела космонавта при работе в скафандре позволяет получать более точную оценку радиационного риска.

К началу работы над настоящей диссертацией (2000г.) данные о дозах облучения в представительных точках тела космонавта для условий внекорабельной деятельности (ВКД) отсутствовали. Имеющиеся экспериментальные данные носили фрагментарный характер и были выполнены с использованием детектора, расположенного на наружной поверхности скафандра, что не позволяло сделать заключение о дозах, полученных критическими органами тела космонавта и сравнить их с нормативными величинами. Кроме того, отсутствовала методика расчета радиационных нагрузок на тело космонавта в условиях внекорабельной деятельности, опирающаяся на функции экранированности точек внутри скафандра, что позволяло делать лишь приближенные оценки доз облучения в представительных точках при ВКД.

Цель и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является получение расчетных оценок радиационных нагрузок на космонавта при внекорабельной деятельности в скафандре «Орлан-М» на низких околоземных орбитах, основываясь на результатах наземных экспериментальных исследований по определению толщины защиты, создаваемой скафандром, а также с учетом данных космического эксперимента «Матрешка».

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

• рассчитать возможное изменение доз, создаваемых различными источниками космического излучения, в представительных точках антропоморфного фантома в зависимости от степени негомогенности материала фантома;

• оценить влияние упрощений геометрии антропоморфного фантома на дозы в представительных точках тела космонавта (фантомы в виде головы и торса, применяемые в космических исследованиях);

• обработать и проанализировать данные наземного эксперимента по определению массовой толщины элементов скафандра «Орлан-М» методом гамма- и бета- просвечивания;

• основываясь на анализе технической документации и результатах наземных экспериментальных исследований, модифицировать методику расчета функций экранированности представительных точек антропоморфного фантома, находящегося внутри скафандра «Орлан-М»;

• рассчитать дозы и эффективность радиационной защиты для представительных точек антропоморфного фантома в скафандре «Орлан-М» для моделируемых ВКД на низких околоземных орбитах;

• рассчитать функции экранированности и оценить дозы в местах размещения детекторов космического эксперимента «Матрешка» и сопоставить их с данными, полученными в эксперименте, а также с результатами расчета для антропоморфного фантома внутри скафандра «Орлан-М»;

• оценить влияние эффекта западно-восточной асимметрии захваченных протонов высоких энергий на радиационные нагрузки космонавтов при внекорабельной деятельности.

Методы исследования.

При выполнении настоящей работы применялись следующие методы:

• математическое моделирование;

• численные методы математического анализа и математической статистики;

• сравнительный анализ результатов расчетов и экспериментальных данных.

Научная новизна.

В диссертационной работе впервые:

• проведена оценка влияния степени негомогенности фантома на дозы, создаваемые различными источниками космического излучения, в представительных точках антропоморфного фантома;

• получены экспериментальные данные по определению толщины защиты скафандра «Орлан-М» методом гамма- и бета- просвечивания;

• получены оценки эффективности защиты для представительных точек антропоморфного фантома в скафандре «Орлан-М» при моделируемых ВКД на низких околоземных орбитах;

• проведено сопоставление доз в представительных точках антропоморфного фантома «Рэндо» космического эксперимента «Матрешка» с дозами в антропоморфном фантоме в скафандре «Орлан-М»;

• при расчете доз в представительных точках антропоморфного фантома в скафандре при внекорабельной деятельности учено влияние эффекта западно-восточной асимметрии захваченных протонов высоких энергий в области Южно-Атлантической аномалии.

Практическая значимость работы.

• реализована в виде программы модифицированная методика определения функций экранированности точек фантома и системы «фантом в скафандре», задаваемых в виде таблиц;

• обоснована возможность использования гомогенного фантома при расчетных оценках радиационных нагрузок на космонавта;

• получено описание массовых толщин элементов скафандра «Орлан-М», основанное на данных эксперимента по его гамма-просвечиванию;

• определена эффективность защиты скафандра «Орлан-М» для представительных точек антропоморфного фантома в условиях внекорабельной деятельности на орбите МКС в зависимости от таких факторов, как параметры орбиты и фазы цикла солнечной активности;

Среднесуточные дозы радиации при нахождении космонавта внутри космической станции превышают наземный уровень естественного радиационного фона в 100-200 раз, при работе в открытом космосе в скафандре это превышение достигает ~10 раз, возрастая еще в десятки раз в возмущенных условиях, связанных с солнечными протонными событиями или энергичными электронами радиационных поясов Земли. В последнее время был предпринят ряд исследований радиационно-защитных свойств скафандров, используемых при ВКД, как для российского скафандра «Орлан-М», так и для скафандра HACA (EMU) [5, 6]. Также проведен космический эксперимент «Матрешка» по измерению доз в антропоморфном фантоме в контейнере, расположенном снаружи космической станции.

Однако, в литературе отсутствуют данные о функциях экранированности скафандров, основанные на анализе экспериментальных данных по определению толщины защиты различных частей скафандра. Не проведен анализ влияния анизотропии внешнего поля излучения на дозы в представительных точках тела космонавта. Положения, выносимые на защиту.

1 Результаты расчетов изменения доз космического излучения в представительных точках антропоморфного фантома в зависимости от степени его негомогенности.

2 Модифицированная методика определения функции экранированности представительных точек антропоморфного фантома для случая его расположения в скафандре, основанная на результатах экспериментальных исследований по гамма-просвечиванию скафандра «Орлан-М».

3 Расчетные оценки радиационных нагрузок на космонавта в скафандре «Орлан-М» и эффективности радиационной защиты скафандра при моделируемых ВКД на низких околоземных орбитах и для космического эксперимента «Матрешка» на внешней поверхности МКС.

4 Результаты анализа влияния пространственной ориентации космонавта на радиационные нагрузки при ВКД в скафандре «Орлан-М» в зоне Южноатлантической аномалии.

Личный вклад автора.

Личный вклад автора заключается в:

• выполнении основного объема теоретических и расчетных исследований, изложенных в диссертационной работе, включая разработку расчетных методик и соответствующего программного обеспечения;

• участии в эксперименте по гамма-просвечиванию скафандра «Орлан-М» в части обработки и анализа экспериментальных данных;

• участии в анализе данных штатного дозиметра космонавта «Пилле-МКС», используемого при внекорабельной деятельности;

• участии в эксперименте «Матрешка-Р» в части анализа доз облучения, полученных в представительных точках антропоморфного фантома, экспонировавшегося на наружной поверхности станции;

• анализе, обработке и оформлении результатов в виде публикаций и научных докладов в период с 2000 по 2009 гг.

Апробация работы.

Результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• Конференция молодых ученых ИМБП РАН (2002);

• The 2nd International Workshop on Space Radiation Research (IWSSRR-2). March 11 -15, 2002, Nara, Japan.

• Четвертый международный аэрокосмический конгресс. 18-23 августа 2003 г. Москва;

• Научная сессия МИФИ-2006, Секция Ф-1. АСТРОФИЗИКА И КОСМОФИЗИКА.

• 4-th International Workshop on Space Radiation Research and 17-th Annual NASA Space Radiation Health Investigators' Workshop. Moscow — St. Petersburg, June 5 -9, 2006.

• 17th IAA Human in Space Symposium. Book of abstracts. June 7-11, 2009. Moscow.

Результаты и положения диссертационной работы представлены в 11 печатных работах.

Выводы к главе 5

Проведен анализ влияния пространственной ориентации космонавта на радиационные нагрузки при ВКД в зоне ЮАА. Дано аналитическое описание анизотропии потоков протонов высоких энергий в области ЮАА и проведены численные оценки этого эффекта. Приведены функции экранированности представительных точек тела человека в скафандре «Орлан-М» отдельно для защиты со стороны передней и задней полусфер. Для оценки радиационно-защигных свойств скафандра проведены расчеты доз на представительные точки тела человека при внекорабельной деятельности на орбите МКС с учетом эффекта западно-восточной асимметрии потоков протонов высоких энергий, захваченных геомагнитным полем. Показано, что при пересечении ЮАА за счет выбора оптимальной ориентации космонавта по отношению к сторонам света в ряде случаев может быть достигнуто снижение дозы на большинство критических органов ~ 1.5 в максимуме СА и ~ 2 — 2.5 в минимуме СА. Полученные результаты необходимо учитывать для получения более точной оценки радиационных нагрузок на космонавта при работе в скафандре «Орлан-М» на низких околоземных орбитах.

Другой возможностью для снижения дозового воздействия при ВКД (не рассмотренной в данной работе) является использование для экранирования тела станции, когда космонавт при пересечении зоны ЮАА располагается с ее восточной стороны, по возможности ближе к поверхности станции, используя тело станции в качестве защиты со стороны наиболее опасного западного направления в области ЮАА.

Заключение

В период с 2000 - 2008 гг. в отделе «Радиационная безопасность пилотируемых космических полетов» ГНЦ РФ — ИМБП РАН проведена работа по определению радиационных нагрузок на космонавта в скафандре «Орлан-М» для условий внекорабельной деятельности на низких околоземных орбитах.

Среди основных результатов данной работы следует отметить:

1. Рассчитаны изменения доз, создаваемых различными источниками космического излучения, в представительных точках антропоморфного фантома в зависимости от фактора негомогенности материала фантома.

2. Оценено влияние упрощений геометрии антропоморфного фантома (фантомы в виде головы и торса, применяемые в космических исследованиях) на дозы в представительных точках тела космонавта.

3. Получены данные по массовой толщине элементов скафандра «Орлан-М» по результатам эксперимента, проведенного на «НПП Звезда» методом гамма- и бета-просвечивания.

4. Модифицирована методика определения функции экранированности представительных точек антропоморфного фантома для случая его расположения в скафандре.

5. Рассчитаны дозы и эффективность радиационной защиты для представительных точек антропоморфного фантома в скафандре «Орлан-М» для моделируемых ВКД на низких околоземных орбитах. Расчет также проведен для ВКД первого (захватывающее всю область ЮАА) и второго (не проходящее через область ЮАА) типа.

6. Рассчитаны функции экранированности и оценены поглощенные дозы в местах расположения пассивных детекторов КЭ «Матрешка»; проведено сопоставление с данными, полученными в эксперименте, а также с результатами расчета для антропоморфного фантома внутри скафандра «Орлан-М».

7. Оценено влияние эффекта западно-восточной асимметрии захваченных протонов высоких энергий на радиационные нагрузки космонавтов при ВКД.

По итогам проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Радиационные нагрузки на космонавта при ВКД в скафандре «Орлан-М» на низких околоземных орбитах таковы, что в отсутствие радиационных возмущений (магнитные бури и/или солнечные протонные события) не нарушаются требования по радиационной безопасности космонавта в космическом полете (МУ 2.6.1. 44-03-2004).

2. Для получения расчетных оценок эквивалентной дозы от различных источников космической радиации можно использовать гомогенный антропоморфный фантом. Учет негомогенности фантома приводит к несущественному (5 — 10%) завышению доз в теле человека.

3. Переход от использования в качестве модели тела человека антропоморфного фантома, представленного в ГОСТ 25645.203-83, к упрощенному фантому в виде головы и торса для большинства представительных точек, исключая «Гонады», является приемлемым, поскольку изменение расчетной величины эквивалентной дозы всех видов космического излучения при таком переходе для этих точек не превышает 2%.

4. При моделируемых ВКД на низких околоземных орбитах в радиационно-невозмущенные периоды вклад электронов РПЗ в суммарную дозу существен только для облучения хрусталика глаза (35 - 75 %) и кожи (50 - 85%) и возрастает при переходе от минимума солнечной активности к максимуму. Во всех остальных случаях преобладает вклад протонов РПЗ и частиц ГКЛ.

5. Как следует из проведенных расчетов радиационно-защитных свойств скафандра, в любой период цикла солнечной активности эффективность защиты скафандра составляет: для электронов РПЗ >0.99 для кожи, 0.69 - 0.89 для хрусталика глаза, 0.32 — 0.49 для гонад, <0.07 для кроветворной системы; для протонов РПЗ 0.69 — 0.95 для кожи, 0.19 - 0.41 для хрусталика глаза и кроветворной системы, 0.12 - 0.17 для гонад; для частиц ГКЛ 0.06 - 0.29 для кожи, ~0.1 для хрусталика глаза и гонад, 0.20 — 0.31 для кроветворной системы.

6. В случае солнечного протонного события эффективность защиты скафандра зависит от характеристической жесткости Яо энергетического спектра протонов СКЛ и уменьшается от 0.84 при Яо = 50 МВ до 0.37 при Яо = 200 для точки «КЖ-2» и от 0.59-при Л0 = 50 МВ до 0.19 при Я0 = 200 для точки «КТС-1».

7. Наблюдается удовлетворительное согласие (в пределах 10 — 30 %) расчетных оценок доз с данными КЭ «Матрешка», что свидетельствует об оправданности применения модифицированной методики к определению функций экранированности в представительных точках антропоморфного фантома КЭ «Матрешка» и используемых кривых ослабления доз источников КИ.

8. В соответствии с полученными расчетными оценками отношение дозы в антропоморфном фантоме в скафандре «Орлан-М» к соответствующим дозам в условиях КЭ «Матрешка» меняется от 0.1 до 1.8 в зависимости от выбранной представительной точки и фазы цикла СА. Полученные соотношения необходимо учитывать при интерпретации данных КЭ «Матрешка» применительно к условиям ВКД, осуществляемых в скафандре «Орлан-М».

9. При пересечении ЮАА за счет выбора оптимальной ориентации космонавта по отношению к сторонам света в ряде случаев может быть достигнуто снижение дозы на большинство критических органов ~ 1.5 в максимуме СА и ~ 2 — 2.5 в минимуме СА.

Полученные оценки радиационных нагрузок на космонавтов в скафандре «Орлан-М» могут быть использованы при выработке оптимального с точки зрения радиационной безопасности варианта проведения ВКД, в том числе при возмущенной радиационной обстановке, связанной с солнечными протонными событиями. Для уменьшения радиационных нагрузок на космонавта при ВКД необходимо учитывать следующие возможности:

1. Выбор времени начала ВКД так, чтобы траектория станции не пересекала область, ЮАА. В этом случае в зависимости от защищенности органа может быть достигнуто снижение дозы на 10% - 40% в максимуме СА и на 35% — 50% в минимуме СА. Однако в этом случае траектория станции попадает в области возможного проникновения частиц СПС (над северной Канадой и южной Австралией).

2. В случае ожидаемого появления СПС при необходимости проведения ВКД время его начала выбирается так, чтобы исключить прохождение траектории ОПС через области возможного проникновения частиц СПС. В этом случае траектория станции с неизбежностью пересекает область ЮАА, что приводит к увеличению дозы, отмеченному в п. 1, однако предотвращается более существенное (десятки — сотни раз) увеличение дозы от мощного СПС.

3. В большинстве случаев ВКД специально выбирается так, что траектория станции пересекает область ЮАА, поскольку при этом обеспечивается прохождение станции над европейской частью России, что предоставляет возможность осуществлять связь с экипажем при ВКД. При прохождении ЮАА уменьшение дозы может быть достигнуто путем ориентации тела космонавта по отношению к сторонам света, т. е. когда космонавт ориентирован лицом на восток или закрыт телом станции с наиболее опасного западного направления.

Благодарности

1. Заведующему отделом «Радиационная безопасность пилотируемых космических полетов», заведующему филиалом кафедры МИФИ «Медицинская физика» Петрову Владиславу Михайловичу.

2. Научному руководителю дипломной работы МИФИ (1999 - 2000 гг.) Акатову Юрию Александровичу.

3. Коллегам, соавторам и консультантам: Бенгину Виктору Владимировичу, Коломенскому Александру Васильевичу, Редько Виктору Ивановичу, аспиранту отдела 10 Дробышеву Сергею Геннадиевичу.

4. Сотрудникам ОАО «НПП Звезда».

5. Научному руководителю диссертации Шуршакову Вячеславу Александровичу.

Публикации автора по теме диссертации

1. Petrov V., Kartashov D., Kireeva S., Shurshakov V., Semkova J. and Todorova G. Effective dose estimation in space flight using a spherical phantom. The 2nd International Workshop on Space Radiation Research (IWSSRR-2). March 11-15, 2002, Nara, Japan, p. 55-56.

2. T. Berger, M. Hajek, W. Schöner, M. Fugger, N. Vana, Y. Akatov, Arkhangelsky, V.A. Shurshakov and D. Kartashov. Application of the High-temperature Ratio Method for Evaluation of the Depth Distribution of Dose Equivalent in a Water-filled Phantom On Board Space Station Mir. Radiat. Prot. Dosim. 100(1-4), pp 503-506 (2002).

3. Карташов Д.А., Коломенский A.B., Петров В.М., Шафиркин A.B., Шуршаков В.А. Оценка дозовых нагрузок на критические органы космонавта при внекорабельной деятельности в спокойных и радиационно-возмущенных радиационных условиях. Четвертый международный аэрокосмический конгресс. Москва. 18-23 августа 2003 г. С.414 - 415;

4. Карташов Д.А., Коломенский A.B., Шуршаков В.А. «Методика расчета самоэкранированности критических органов тела человека в антропоморфном фантоме». Авиакосмическая и экологическая медицина. 2004 № 2, стр. 52-56.

5. Шуршаков В.А., Карташов Д.А., Коломенский A.B., Петров В.М., Редько В.И., Абрамов И.П., Леткова Л.И., Тихомиров Е.П. Радиационно-защитные свойства скафандра «Орлап-М» применительно к условиям внекорабельной деятельности на орбите МКС. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2006, Т. 41. № 4, с. 56 — 61.

6. Карташов Д.А., Шуршаков В.А. Методика определения эффективной дозы облучения космонавтов в орбитальном полете при внекорабельной деятельности. Научная сессия МИФИ-2006, Секция Ф-1. АСТРОФИЗИКА И КОСМОФИЗИКА. Сборник научных трудов, стр. 78-79. М.: МИФИ 2006.

7. Kartashov D.A., Kolomensky A.V., Shurshakov V.A., Apathy I., Derne S. Radiation Doses in Critical Organs during Extra Vehicular Activity in an Orbital Space Flight. 4-th International Workshop on Space Radiation Research and 17-th Annual NASA Space Radiation Health Investigators' Workshop. Moscow - St. Petersburg, June 5 -9, 2006, p. 57.

8. Карташов Д.А., Коломенский А.В., Шуршаков В.А. Эффективность радиационной защиты космонавта скафандром «Орлан-М» при внекорабельной деятельности. Системы жизнеобеспечения как средство освоения человеком дальнего космоса. Международная конференция 24 - 27 сентября 2008 г. Москва. С.44.

9. Petrov V.M., Kartashov D.A., Kolomensky A.V., Shurshakov V.A. Comparison of space radiation doses inside the Matroshka-torso phantom installed outside the ISS with doses in a human body in Orlan-M spacesuit during EVA. 17lh IAA Human in Space Symposium. Book of abstracts. June 7-11, 2009. Moscow. P. 119.

10. В.А.Шуршаков, Д.А. Карташов, А.В.Коломенский. Оптимизация радиационных нагрузок при внекорабельной деятельности за счет эффекта западно-восточной асимметрии потоков захваченных протонов. Космические исследования, 2009 (в печати).

11. Д.А. Карташов, В.М. Петров, А.В. Коломенский, Ю.А. Акатов, В.А. Шуршаков. Сопоставление доз космической радиации в антропоморфном фантоме, установленном снаружи МКС, с дозами космонавтов при ВКД в скафандре «Орлан-М». Авиакосмическая и экологическая медицина, 2009 (в печати).

1. 1.RP (1991) 1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. Publication 60, Annals of the ICRP 21 (1-3), Pergamon Press, Oxford.

2. Санитарные правила и нормы. СанПиН 2.6.1. 44-03-2004. Методические указания МУ 2.6.1. 44-03-2004. Ограничение облучения космонавтов при околоземных космических полетах (ООКОКП-2004). Москва. Федеральное управление «Медбиоэкстрем». 2004.

3. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) СП 2.6.1.758 99. Минздрав России, М. 1999.

4. G. De Angelis, В.М. Anderson, W. Atwell, J.E. Nealy, G.D. Quails, and J.W. Wilson: "Astronaut EVA Exposure Estimates from CAD Model Spacesuit Geometry". Journal of Radiation Research, Vol. 45, 1-9 (2004).

5. Johnson, A.S., M.J. Golightly, M.D. Weyland, T. Lin, and E.N. Zapp (2005), Minimizing space radiation exposure during extra-vehicular activity, Adv. Sp. Res., 36, 2524-2529.

6. И.П. Абрамов, M.H. Дудник, В.И. Сверщек, Г.И. Северин, А.И. Скуг, A.IO. Стоклицкий Космические скафандры России. Москва, 2005, 347 с.

7. Cucinotta F. А., М. R. Shavers, Р. В. Saganti, J. Miller, Editors// Radiation Protection Studies of International Space Station Extravehicular Activity Space Suits. NASA TP-2003-212051. December 2003.

8. Авакян C.B., Вдовин А.И., Пустарнаков В.Ф. Ионизирующие и проникающие излучения в околоземном космическом пространстве. Справочник. Санкт-Петербург. Гидрометеоиздат. 1994, 501 с.

9. ГОСТ 25645.218-90 БРЭКАКП. Зависимость коэффициента качества космических излучений от линейной энергии. М., Госстандарт СССР, 1991.

10. РД 50-25645.220-90. Методические указания. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Коэффициенты качества космического излучения на околоземных орбитах. М.: Изд-во Стандартов, 1991.

11. Mason G.M. The composition of galactic cosmic rays and solar energetic particles. (US National Report to International Union of Geodesy and Geophysics, 1983-1986). Reviews of Geophysics. 1987. Vol. 25. No. 3. P. 685-696.

12. INTERNATIONAL STANDARD ISO 15390. Space environment (natural and artificial) — Galactic cosmic ray model. First edition. Switzerland. 2004.

13. Мирошниченко Л.И., Петров B.M. Динамика радиационных условий в космосе. М. : Энергоатомиздат, 1985, 148 с.

14. ГОСТ 25645.134-86. Лучи космические солнечные. Модель потоков протонов. М. Госстандарт СССР. 1986.

15. Ныммик Р.А. Модель потоков частиц и усредненных энергетических спектров солнечных космических лучей. Космические исследования. 1993. 31(6). С. 51-59.

16. Ныммик Р.А. Статистико-функциональный анализ характеристик энергетических спектров частиц (1 < Z < 28) солнечных космических лучей. Известия РАН. Серия физическая. 1997. 61(6). С. 1058-1061.

17. Shurshakov V.A., Petrov V.M.; Ivanov Yu.; Bondarenko.V.A.; Tzetlin.V.V.; Makhmutov V.S.; Dachev T; Semkova J.V. Solar particle events observed on Mir station. Radiation-Measurements. 1999. V. 30, No. 3; P. 317-25.

18. Зиль M.B., Коломенский A.B., Петров B.M., Ослабление солнечных космических лучей геомагнитным полем. Космические исследования, 1985. Т. 24, № 6, с. 944-947.

19. Petrov V.M., Bengin V.V., Andronow Е.А. et. al. Solar cosmic rays angular distributions in 9 Iuly 1985 solar proton event. 20-th Internanional cosmic Ray Conference. Moscow 1986. V.3, p. 155-158.

20. Sawyer D.M., Vette J.I. АР-8 trapped proton environment for solar maximum and solar minimum. NSSDC 76-06. 1976.

21. Bilitza D. Models of Trapped Particle Fluxes AE-8 (electrons) and AP-8 (protons) in Inner and Outer Radiation Belts. NSSDC Code 633. Greenbelt Maryland. October 1987.

22. Ильин В.Д., Ильин В.В., Кузнецов С.Н. Стохастическая нестабильность заряженных частиц в геомагнитной ловушке. Космические исследования. 1986. 24(1). С. 88-96.

23. Бенгин В.В., Петров В.М., Шуршаков В.А., Муратова И.А. Параметры угловых распределений захваченных протонов в Бразильской магнитной аномалии. Космические исследования. 1991. Т. 29. № 6. С. 905-909.

24. Hess W.N. The Radiation Belt and Magnetosphere. Blaisdell Publ. Co., Waltham, Mass. 1968.

25. Акатов Ю.А., Шуршаков B.A., Шмидт П., Штройбель Г., Хан Т., Хартманн X. Анализ данных измерений поглощенных доз на внешней поверхности станции. "Мир" в июне-июле 1991 г. Космические исследования. 1994. Т. 32. № 4-5. С. 170.

26. РД 50-25645.207—85 Методические указания. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Методика расчета поглощенной и эквивалентной дозы от многозарядных ионов космических лучей. М. Госстандарт СССР, 1986.

27. РД 50-25645.208-86 Методические указания. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Методика расчета поглощенной и эквивалентной дозы от протонов космических лучей за защитой. М. Госстандарт СССР, 1986.

28. Цетлин В.В., Мазницина O.A., Шуршаков В.А. Радиационно-защитные свойства слоев диэлектриков с объемным электрическим зарядом Атомная энергия. 1993. Т. 74. № 2.1. C. 150-153.

29. Шафиркин A.B., Бенедиктова В.П., Коломенский A.B., Петров В.М., Шуршаков В.А. Алгоритм расчета радиационного риска в процессе межпланетных космических полетов Авиакосмическая и экологическая медицина, 1999, Т.ЗЗ, № 3, С. 56-61.

30. Badhwar, G.D., F.A.Cucinotta, and P.M.O'Nell, Depth-Dose Equivalent Relationship for Cosmic Rays at Various Solar Minima, Red.Res. v. 134, pp. 9-15, (1993).

31. Dudkin, V.E., and Yu.V.Potapov, Doses From Galactic Cosmic Ray Particles Under Spacecraft Shielding, Nucl. Tracks Radiat. Meas., v.20, No 1, pp. 33-39, (1992).

32. Dudkin, V.E., E.E.Kovalev, A.V.Kolomensky, V.P.Demin, V.A.Sakovich et. al, Radiation shielding estimation for manned space flight to the Mars. Nucl.Tracks Rad. Meas., v.20, N1, p.p. 29-32. (1992).

33. Коломенский A.B. Характеристики поля излучений в космосе. В кн. Проблемы космической биологии. Том 60, под ред.А.М.Уголева, Ленинград, Наука, 1989г., с. 122-125.

34. В.Г. Митрикас. Модель радиационных поясов Земли для оценки радиационной опасности на орбите ОПС «МИР».-Косм. Исслед., 1999, т. 37, № 5, с. 548-552.

35. Орбитальная станция мир. Том 2. «Медико-биологические эксперименты», под ред. А.И.Григорьева и О.Г.Газенко и др., М.:Изд.-во «Слово», 2002, стр. 412-459.

36. Badhwar G.D., W. Atwell, and В. Cash, V.M. Petrov, Yu.A. Akatov, I.V. Tchernykh, V.A. Shurshakov, and V.V. Arkhangelsky, Radiation environment on the MIR orbital station during solar minimum. Advances in space research. 1998. V. 22. No. 4. P. 501-510.

37. Ersmark Т., et al. Status of the DESIRE project: Geant4 physics validation studies and first results from Columbus/ISS radiation simulations. Nucl. Sci. IEEE Trans., 2004, Vol. 51, 4, pp. 1378-1384.

38. Ионизирующее излучение, радиационная безопасность. Методические указания МУ 2.6.1.46-04. Нормативные модели тела стандартного работника для определения эффективной и эквивалентной дозы. Москва. Госкомсанэпиднадзор России. 2001.

39. ГОСТ18622-79 Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом. Химический состав тканеэквивалентного вещества. Госстандарт, Москва, 1980.

40. Phantoms and Computational Models in Therapy, Diagnosis and Protection. ICRU REPORT 48. 1992. Bethesda, Maryland 20814, USA. 194 c.

41. Smirenni L. N., Litvinova Е. G., Khortsev А. V. Study of Spatial Distribution of Doses with the Aid of a Phantom Mannequin // The Third International Congress of Protection Association, September 9 - 14, 1973, Wasington, New-York, ref. N 101, p. 42.

42. Ю.А.Акатов, Е.Е.Ковалев, В.М.Петров и др. Результаты экспериментальных исследований по дозиметрии и защите на ИСЗ "Космос-110". Космические исследования, т. 7, отдельный оттиск, 1969 г.

43. ГОСТ 25645.203-83. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Модель тела человека для расчета тканевой дозы. Госстандарт, Москва, 1984.

44. NCRP, 2000. National Council on Radiation Protection and Measurements. Radiation protection guidance for activities in low-earth orbit. NCRP Report No. 132. Bethesda, MD: NCRP.

45. Petrov V.M., Shafirkin A.V., Shurshakov V.A. Radiation Risk For Long Term Space Flights: Conceptual Approach And Practical Usage./ Proceedings of the International Workshop on Responses to Heavy Particle Radiation, Chiba, July 9-10, 1998.

46. Shurshakov V.A., Petrov V.M., Ivanov Yu. V., Bondarenko V.A., Tzetlin V.V., Makhmutov V.S, Dachev Ts.P., Semkova J.V. Solar Particle Events Observed On Mir Station. Radiation Measurements. 1999. V. 30. P. 317-325.

47. Derne, S., Apathy, I., Hejja, I., Lang, E., Feher, I., 1999. Extra dose due to extravehicular activity during the NASA-4 mission measured by an on-board TLD system. Rad. Prot. Dos. 85(1-4):121-124.

48. Apathy I., Akatov Yu.A., Arkhangelsky V.V. et al. TL dose measurements on board the Russian segment of the ISS by the "Pille" system during Expedition-8, -9 and -10. Acta Astronáutica 60 (2007), pp. 322-328.

49. Ziegler, J. F. Biersack, J. P., and Littmark, U. (1985). The Stopping and Range of Ions in Solids. Vol. 1 of The Stopping and Ranges of Ions in Matter (Pergamon Press, New York).

50. ICRU (1993). International Commission on Radiation Units and Measurements. ICRU Report 49, Stopping Powers and Ranges for Protons and Alpha Particles

51. ICRU (1984). International Commission on Radiation Units and Measurements. ICRU Report 37, Stopping Powers for Electrons and Positrons.

52. Konradi A., Hardy A.C., Atwell W. Radiation Environment Models and the Atmosheric Cutoff, Journal of Spacecraft and Rockets, 24, N3. 284-285, 1987.

53. McCormac P.D. Radiation Dose and Shielding for the Space Station, Acta Astronáutica, V.17, N2, pp 231-241, 1988.

54. В. Г. Митрикас. Оценки радиационных нагрузок на космонавтов при осуществлении внекорабельной деятельности на международной космической станции. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2007. Т. 41. № 4. С. 49-53.

55. G. Reitz, T. Berger, The MATROSHKA Facility Dose determination during an EVA. Radiat. Protect. Dosim. 120, 442 - 445 (2006).

56. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. "Термины и определения" ГОСТ 25645.201-83. М.; Изд-во Стандартов, 1984.

57. РД.50.25645.205-83 Метод расчета радиационного риска. Госстандарт СССР, М. 1984.

58. Billings, М.Р. and W.R.Yucker, The Computerized Anatomical Man (CAM) Model, NASA CR-134043 (1973).

59. Yucker, W.R., Body self-shielding distributions using the computerized anatomical male and female (CAM/CAF) models. Report MDC 92H0940, McDonnell Douglas Space Systems Company, CA, 1992.

60. Красильников Г.В., Перова JI.A., Сахаров В.М. Эквивалентная доза космических лучей в представительных точках моделей тела человека. Авиакосмическая и экологическая медицина, 1992, №. 2, стр. 35-41.

61. Коломенский A.B., Петров В.М., Шафиркин A.B. Методика оценки радиационных воздействий на космонавтов по показаниям штатного дозиметра при орбитальном полете. Авиакосмическая и экологическая медицина. 1998. №4. С. 44-49.

62. Демин В.П., Коломенский A.B., Кузнецов В.Г. и др. Модель защищенности орбитальной станции «МИР». Доклад на 4 научной конф. По защите от ионизирующих излучений ядерно-технических установок. 20-23 сентября 1994 . ФТИ г. Обнинск.

63. Митрикас В.Г., Мартынова А.Н. Модель защищенности обитаемых отсеков базового блока станции "Мир". Космические исследования. 1994. Т. 32, 3. С. 115-123.

64. Бондаренко В.А., Митрикас В.Г. Модель геометрического фантома человека для расчета тканевых доз в СМ МКС. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2007. Т. 41. № 1.С. 34-39.

65. Yucker, W.R., Body self-shielding distributions using the computerized anatomical male and female (CAM/CAF) models. Report MDC 92H0940, McDonnell Douglas Space Systems Company, CA, 1992.

66. Бондаренко B.A. Оценка радиационных нагрузок на космонавтов МКС с использованием геометрической модели тела человека. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 2007.

67. Сахаров В. М. Модель экранированности космического аппарата. Космич. исслед. 1990. Т. 28. No. 4. С. 635-638.

68. Коломенский A.B., Кузнецов В.Г., Лайко Ю.А., Бенгин В.В., Шуршаков В.А. Модель радиационной защищенности служебного модуля международной космической станции. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2001. Т. 35. № 6, с. 39-43.

69. Основные анатомические и физиологические данные для использования в радиационной безопасности: референтные значения. Публикация МКРЗ 89 — М.: Издательство «Медкнига», 2007 318 с.

70. Алексеев С.М., Уманский С.П. Высотные и космические скафандры. М. Изд-во Машиностроение, 1973, 280с.

71. Уманский С.П. Снаряжение космонавта. М. Изд-во Машиностроение, 1982, 126с.

72. Абрамов И.П., Северин Г.И., Стоклицкий А.Ю., Шарипов Р.Х. Скафандры и системы для работы в открытом космосе. М. Машиностроение, 1984, 256с.

73. ГОСТ 25645.204-83. Методика расчета экранированности точек внутри фантома. М. Госстандарт СССР. 1984 г.

74. Иванов В.И. Курс дозиметрии. М. Атомиздат, 1978, 392 с.

75. Коломенский А.В., Лайко Ю.А., Редько В.И., Шуршаков В.А. Определение толщины мягких оболочек скафандра методом бета-тестирования. Ракетно-космическая техника. Серия XI1, вып. 1-2. Из-дво РКК Энергия, 2003г с 134 138.

76. Тормозная способность электронов и позитронов: Доклад 37 МКРЕ: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1987. 328 с.

77. О. Ф. Немец, Ю. В. Гофман Справочник по ядерной физике. Издательство «Наукова Думка» Киев, 1975, 415 с.

78. А.В.Шафиркин, А.В.Коломенский, В.М.Петров. Уровни радиационного воздействия и радиационный риск при полетах на орбитальном комплексе «МИР» и Международной космической станции. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2001. Том 35, № 5 с 25-31.

79. Benghin V.V., Panova N.A., Petrov B.M., Shurshakov V.A. Radiation fields specific to the South Atlantic Anomaly. Nuclear Tracks and Radiation Measurements. 1992. Vol. 20. No. 1. P. 25-28.

80. Kruglanski M. Engineering tool for trapped proton flux anisotropy evaluation. Radiation Measurements, Vol. 26, No. 6, pp. 953-958, 1996.

81. Околоземное космическое пространство (справочные данные)/ Под ред. Джонсона Ф. С. М.: Мир, 1966.