автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.10, диссертация на тему:Создание тканеэквивалентного дозиметрического устройства для учета радиационного воздействия на экипажи космических аппаратов

На правах рукописи УДК 539 1 075 614 629 786

Р

Карцев Иван Сергеевич

СОЗДАНИЕ ТКАНЕЭКВИВАЛЕНТНОГО ДОЗИМЕТРИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ УЧЕТА РАДИАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА

ЭКИПАЖИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

05 11 10 - Приборы и методы для измерения ионизирующих излучений и рентгеновские приборы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007 г

003177456

Работа выполнена на Федеральном государственном унитарном предприятии "Научно-инженерный центр "СНИИП"

Научный руководитель:

доктор технических наук Черкашин Игорь Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Тутнов Игорь Александрович, РНЦ КИ

кандидат технических наук

Ризин Андрей Игоревич, ФГУП "НИЦ "СНИИП"

Ведущая организация- Государственный научный центр "Институт медико-биологических проблем РАН"

Защита состоится "42" И0^&2007 г в А А часов на заседании Диссертационного совета Д 520 009 04 при Российском научном центре "Курчатовский институт" по адресу 123182, г Москва, пл И В Курчатова, д 1

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке РНЦ КИ (г Москва, пл И В Курчатова, д 1)

Автореферат разослан "X" WC &.2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 520 009 04, кандидат технических наук

Яковлев Г.В.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

Освоение человеком космического пространства требует изучения условий его безопасной жизнедеятельности, в том числе в отношении источников радиационного воздействия

В соответствии с рекомендациями Международной комиссии по радиационной защите определение радиационного воздействия на организм космонавтов необходимо для планирования и проведения мер по дополнительной защите экипажей пилотируемых космических аппаратов от воздействия ионизирующего космического излучения (ИКИ) Это особенно актуально в преддверии подготовки полета человека к Марсу и другим межпланетным полетам

При этом необходимость в оценке уровней радиационного воздействия на организм человека в период длительных космических полетов определяется не только государственными программами, но и персональным интересом непосредственных участников космических полетов (космонавтов и астронавтов), проводящих длительное время в космическом пространстве

Решение этих задач требует создания нового оборудования, учитывающего как особенности его применения в системе обеспечения радиационной безопасности космических полетов, так и условия финансового обеспечения отечественных космических программ При этом следует учитывать постоянно растущую стоимость доставки грузов на орбиту и времени операторского обслуживания

Цель работы: создание нового дозиметрического устройства и метода его применения для получения новых экспериментальных данных об уровнях воздействия ионизирующего излучения на экипажи космических кораблей в условиях длительных полетов

При этом были сформулированы следующие основные задачи 1 Создать тканеэквивалентный фантом для измерения значений поглощенных доз в критических органах человека, выполненный из материала с рассеивающими и поглощающими свойствами по отношению к ИКИ максимально при-

ближенными к реальным тканям человека При этом конструкция фантома должна удовлетворять требованиям, обусловленным его эксплуатацией в космическом полете

2 Разработать методику проведения эксперимента по определению уровней радиационного воздействия ИКИ на организм космонавтов в Служебном модуле российского сегмента МКС (СМ РС МКС)

3 Измерить и получить распределения значений интегральных поглощенных доз в критических органах человека в период полета экспедиций МКС-8,9 с использованием созданного тканеэквивалентного фантома

4 Изучить и проанализировать радиационную обстановку внутри каюты СМ РМ МКС и уровень ее опасности для человека в период длительного орбитального космического полета Сформулировать рекомендации по снижению уровней радиационного воздействия в данных условиях

Объект исследования: организм космонавта в условиях длительных космических полетов

Предмет исследования: уровни воздействия ионизирующего космического излучения на критические органы человека на борту МКС

Метод исследования: основывается на измерении значений интегральных поглощенных доз (ИПД) в местах условного расположения критических органов человека внутри тканеэквивалениного шарового фантома при помощи термолю-минисцентных детекторов (ТЛД)

Наиболее существенные результаты и научная новизна.

В рамках работы были получены новые данные о радиационном воздействии ИИКИ на организм космонавтов в периоды орбитального полета экипажей экспедиций МКС-8, МКС-9

Для проведения эксперимента был создан и апробирован в условиях реального космического полета шаровой фантом "Глобус", выполненный из нового тканеэквивалентного материала Фантом представляет собой универсальное устройство, позволяющее проводить дозовые измерения как интегрально (за счет пассивных дозиметров), так и в динамике за счет установки в каналах фантома

активных дозиметров При этом измерения поглощенной дозы проводились одновременно в точках условного расположения критических органов внутри фантома и на его поверхности, что позволило получить более полную картину дозового распределения

Особенностью проведения этого эксперимента являлось размещение фантома в месте длительного пребывания космонавта - каюте СМ РС МКС

Синтезированный тканеэквивалентный материал фантома "Глобус", превосходит по своим характеристикам раннее применявшиеся в космических экспериментах аналоги, и удовлетворяет требованиям проведения космических исследований

Наряду с этим были предложены и апробированы методы измерения поглощенной дозы при помощи ТЛД-системы НАК81ЗД^-3500, позволившие обеспечить точность единичного измерения ИПД при помощи ТЛД ДТГ-4 с относительной погрешностью не хуже ±15%

Уникальность проводимого международного эксперимента "Матрешка-Р" состоит также в применении тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус" совместно с европейским антропоморфным тканеэквалентным фантомом "Капс1о", размещенным вне МКС Это позволит сопоставить данные измерений ИПД снаружи и внутри МКС за один и тот же период времени и изучить влияние защиты МКС на изменение дозы космической радиации внутри МКС (ослабление дозы, фактор накопления и/или активации вещества защиты)

Положения, выносимые на защиту:

1 Создание новой конструкции тканеэквивалентного фантома, наиболее оптимальной при проведении комплексных исследований уровней радиационного воздействия на организм человека в условиях длительных космических полетов

2 Создание нового тканеэквивалентного материала для применения в дозиметрических экспериментах в условиях обитаемых отсеков пилотируемых космических кораблей

3 Рекомендации по снижению уровня радиационного воздействия на критические органы и организм космонавтов на основе новых данных о радиацион-

ной обстановке в каюте СМ РС МКС, полученных при помощи шарового тканеэ-квивалентного фантома "Глобус"

4 Методы предполетной подготовки и обработки ТЛД ДТГ-4 при помощи системы НА118НАЛУ-3500, обеспечивающие точность единичного измерения поглощенной дозы с относительной погрешностью не хуже ±15%

5 Варианты практического применения тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус в качестве "фантома-свидетеля" на различных радиационно-опасных объектах

Практическая ценность работы.

Синтезированный тканеэквивалентный материал и созданный на его основе шаровой фантом "Глобус" могут использоваться для решения широкого круга радиобиологических задач в жестких условиях эксплуатации Устойчивость конструкции фантома к значительным перепадам температур (от -40° до +50°) и другим внешним дестабилизирующим факторам, делает возможным его применение для проведения радиационного мониторинга хранилищ радиоактивных материалов или отходов в жестких климатических условиях Незначительные отклонения содержания водорода (-13%) и азота (0%) по сравнению со стандартизованным тка-неэквивалентным веществом, которые наиболее существенны при взаимодействии ткани с нейтронным излучением, делают перспективным применение фантома "Глобус" в качестве "фантома-свидетеля" на объектах с ядерными реакторами Отсутствие газовыделения тканеэквивалентного материала позволяет использовать фантом "Глобус" в качестве "фантома - свидетеля" для измерения коллективных поглощенной или эквивалентной доз в местах длительного пребывания людей

Полученные данные о радиационной обстановке внутри каюты СМ РС МКС могут служить основой для разработки комплекса мер по снижению уровней радиационного воздействия на организм космонавтов Сопоставление данных проведенных измерений с результатами исследования, проводимого в тот же период времени снаружи МКС при помощи фантома "11апс1о-торс" позволит получить но-

вые сведения о влиянии защиты МКС на изменение дозы космической радиации внутри МКС

Отработанные на базе ГНЦ ИМБП РАН метод предварительной подготовки ТЛД и метод проведения измерений при помощи ТЛД-системы НА118НА\¥-3500 позволяют обеспечивать точность единичного измерения интегральной поглощенной дозы с относительной погрешностью не хуже ±15%

Личный вклад автора в решение рассматриваемой проблемы.

1 В период 2000-2006 гг во ФГУП "НИЦ "СНИИП", являясь заместителем Главного конструктора, обосновал технические требования и разработал конструкцию тканеэквивалентного дозиметра (шарового фантома), а также методику его применения в радиобиологическом эксперименте на борту МКС

2 В период 2005-2007гг в ГНЦ ИМБП РАН на ТЛД-системе НАКБНА\У-3500 провел измерения интегральных поглощенных доз, экспонированных внутри шарового фантома, рассчитал дозовые нагрузки на организм космонавтов за время длительного орбитального полета, оценил точность результатов измерения На основе анализа полученных данных предложил меры по снижению уровней радиационного воздействия на экипажи МКС Предложил варианты практического внедрения результатов работы для проведения контроля радиационной обстановки на различных радиационно-опасных объектах

3 Разработал конструкцию блока детектирования дозиметра "Мосфет" для применения в составе дополнительного оборудования шарового фантома при проведении следующего этапа международного космического эксперимента "Матрешка-Р"

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, раздела "Заключение и выводы", списка литературы (включает 78 наименований) и 12 приложений Работа изложена на 162 страницах, содержит 25 рисунков, 19 таблиц и 29 пронумерованных формул

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрываются актуальность проблемы и степень ее научной разработанности, формулируются цели и задачи работы, выделяется и раскрывается предмет исследования, кратко описываются наиболее существенные результаты и научная новизна, теоретическая и практическая значимости исследования, предоставляются сведения по апробации результатов исследования и личному вкладу автора в решение данной проблемы, формулируются основные положения, выносимые на защиту,

В первой главе проведен литературный обзор с описанием наиболее значимых методов и технических решений, применявшихся ранее отечественными и зарубежными исследователями в решении проблем радиационной безопасности космических полетов

Проведение радиобиологических экспериментов подразумевает решение следующих задач

- выбор средства измерения дозы,

- выбор модели для получения адекватных данных о воздействии ионизирующего излучения на отдельные критические органы и организм человека в целом,

- разработка устройства для проведения эксперимента в заданных условиях

На основе анализа опыта предшествующих исследований в главе 1 формулируются следующие исходные положения

1 Для измерения интегральных поглощенных доз в условиях длительного орбитального полета справедливо использовать ТЛД на основе 1лБ типа ДТГ-4 (производство Ангарского электрохимического комбината (ТУ 952511-94)) с применением методов их подготовки и обработки, обеспечивающих приемлемую точность единичного измерения Этот выбор обусловлен сопоставлением характеристик (тканеэквивалентность, погрешность измерения, доступность, наличие необходимого оборудования, опыт работы и т д ) с другими аналогами применительно к условиям проводимого эксперимента

2 Для адекватной оценки уровня радиационного воздействия на организм человека, учитывающей самоэкранированность отдельных критических органов необходимо использовать модель тела человека - фантом, выполненный из ткане-эквивалентного материала Этот материал должен обладать рассеивающими и поглощающими свойствами по отношению к данным видам ИКИ, максимально приближенными к ткани человека Это определяет необходимость решения следующих задач

- выбор (или создание) тканеэквивалентного материала,

- выбор (или создание) геометрической модели тела человека, учитывающей его антропоморфные особенности

Проведенный анализ ранее применявшихся решений показал необходимость синтеза нового тканеэквивалентного материала, удовлетворяющего условиям проводимого эксперимента

Наиболее технически и экономически оправданным при проведении радио-билогических экспериментов в условиях космических полетов является использование шаровой модели фантома Наряду с возможностью получения объективных данных о дозовых нагрузках на критические органы человека, шаровой фантом обладает рядом преимуществ по сравнению с другими, более сложными стандартизованными моделями

Для удовлетворения требований к оборудованию при проведении экспериментов в обитаемых отсеках МКС необходимо создание новой конструкции тканеэквивалентного фантома Среди основных требований следует выделить

- безопасность работы с устройством во время орбитального полета,

- минимальное время операторского обслуживания,

- экологичность, пожаро-взрывобезопасность, устойчивость к внешним дестабилизирующим факторам,

- универсальность, технологичность в изготовлении, доступность создания в рамках имеющегося финансирования

3 В качестве дозового критерия оценки уровней радиационного воздействия на организм космонавтов в период длительных космических полетов на борту

МКС, справедливо рассматривать значение эффективной дозы, при расчете которой учитывать значения локальных поглощенных доз в таких критических органах как кожа, гонады, хрусталик глаза и костный мозг Для остальных критических органов при расчете эффективной дозы справедливо ориентироваться на значение среднетканевой дозы

Во второй главе раскрывается метод измерения интегральных поглощенных доз в критических органах человека на борту МКС и оценивается точность проводимых измерений, обобщаются исходные требования на основе анализа условий эксперимента и описываются решения, связанные с созданием нового тка-неэквивалентного материала и конструкции фантома При этом были решены следующие задачи

- разработан метод измерения ИПД внутри и на поверхности фантома при помощи ТЛД,

- создан тканеэквивалентный материал,

- обоснованы конструктивные решения и создан тканеэквивалентный шаровой фантом

В первом разделе главы описываются методы предполетной подготовки ТЛД типа ДТГ-4 и измерения поглощенной дозы при помощи ТЛД-системы НА118НААМ-3500, позволившие обеспечить относительную погрешность единичного измерения не хуже ±15%, в то время как по данным других источников, она может доходить до ±50% При этом формирование комплекта ТЛД типа ДТГ-4 из приобретенной партии в 1 ООО штук для оснащения тканеэквивалентного фантома включало в себя

1 Отбор детекторов по механическим параметрам (массе и габаритным размерам)

2 Отбор детекторов по разбросу измеряемых значений

Применявшийся в работе алгоритм измерения ИПД был основан на применении индивидуальной калибровки каждого детектора Метод индивидуальной калибровки детекторов, позволил при проведении калибровочного облучения в предэкспериментальный период провести одновременную селекцию требуемой

партии детекторов по разбросу показаний в партии и снизить общую трудоемкость подготовки средств измерения и обработки результатов эксперимента

В качестве меры поглощенной дозы использовалось значение интеграла от функции термовысвечивания в заданном интервале При этом проведенные измерения на ТЛД-системе НАЫ8НА'\У-3500 показали, что значения поглощенной дозы для ограниченного интервала в случае индивидуальной калибровки являются более стабильными (имеют меньший разброс значений для выбранной партии детекторов), чем в случае использования в качестве меры поглощенной дозы высоты основного пика или значения полного интеграла светосуммы кривой термовысвечивания Это позволило снизить относительную погрешность измерения на 2% Таким образом, в нашем эксперименте, совместно с коллегами Ю А Акатовым и В В Архангельским (ГНЦ ИМБП РАН), были выбраны наиболее оптимальные режимы обработки детекторов на ТЛД-системе НА118НА\\''-3500 в отношении точности проводимых измерений

Калибровка партии детекторов, отобранных по описанным выше параметрам, проводилась на базе ФГУП ВНИИФТРИ, при этом реализуемое значение поглощенной дозы при калибровочном облучении выбиралось с ориентиром на прогнозируемое значение от воздействия ИКИ

Точки размещения детекторов внутри шарового фантома выбирались в окрестностях условного расположения критических органов, с одновременным обеспечением их равномерного распределения по массе фантома для получения общей картины распределения поглощенной дозы в тканеэквивалентном веществе и расчета среднетканевой дозы

Приведенные в главе расчеты относительной погрешности измерения ИПД в любой точке фантома при помощи ТЛД ДТГ-4 и результаты поверки ТЛД-системы НАЯ5НА ¡¥-3500, выполненной методом "темновых " облучений позволили оценить относительную погрешность измерения не более ±15%

В следующих разделах главы подробно рассмотрены основные механизмы и особенности взаимодействия ИКИ с тканеэквивалентным веществом, позволяющие, с учетом требований проводимого эксперимента, обосновать необходи-

мый комплекс физико-химических свойств, которыми должен обладать тканеэк-вивалентный материал При этом создание нового тканеэквивалентного вещества включало в себя

- разработку химической формулы и технологического процесса синтеза (с участием коллег из РХТУ им Менделеева),

- разработку технологии изготовления заготовок и механической обработки материала,

- проведение испытаний синтезированного материала на соответствие установленным требованиям

Особенности решения обозначенных задач и полученные характеристики нового тканеэквивалентного вещества подробно описываются в соответствующих разделах главы 2 При этом синтезированный тканеэквивалентный материал удовлетворил всем предъявленным требованиям и обладает следующими достоинствами

- приближенность атомарного состава к составу "нормативного" тканеэквивалентного вещества по сравнению с другими аналогами,

- газовыделение в окружающую среду характеризуется концентрациями веществ не представляющих опасность для здоровья космонавтов (в соответствии с санитарно-токсикологическим заключением),

- пожаробезопасность,

- хорошая механическая обрабатываемость (твердость по Шору не менее 90 единиц),

- гомогенность по всей массе материала и отсутствие механических повреждений и включений воздуха в заготовках,

- устойчивость к перепадам температур (от -40°С до +50°С),

- устойчивость к воздействию влаги и микроорганизмов,

- технологичность в изготовлении и пригодность для массового производства

Таким образом, синтезированный тканеэквивалентный материал форпо-лимер "Диафор-ТДИ" является наилучшим из существующих в настоящее время

аналогов, для применения в фантомных исследованиях на обитаемых космических аппаратах в условиях длительных полетов и обладает описанными выше достоинствами, подтвержденными необходимыми сертификатами и протоколами испытаний (см Приложения к диссертации)

Далее в главе рассматриваются вопросы, связанные с особенностями создания тканеэквивалентного шарового фантома

В общем случае, требования к конструкции фантома можно разделить на общеконструктивные, связанные с воздействием внешних дестабилизирующих факторов, свойственных условиям различных этапов эксплуатации разрабатываемого устройства, и специальные, предопределяющие конструктивные решения, связанные с особенностями проведения эксперимента При этом конструкция фантома должна обеспечивать

- механическую прочность и устойчивость к воздействию внешних дестабилизирующих факторов на этапах транспортировки в земных условиях, доставки на орбиту и на этапе стыковки грузового корабля к МКС,

- безопасные и комфортные условия работы космонавтов,

- удобство работы с устройством в условиях невесомости и ограниченности жизненного пространства,

- минимальные массогабаритные параметры,

- минимальную трудоемкость по операторскому обслуживанию в условиях космических полетов,

- возможность равномерного размещения дозиметров внутри и на поверхности фантома,

- возможность установки внутри фантома дозиметров других типов, определенных программой эксперимента "Матрешка-Р" на последующих этапах,

- возможность многократного переоснащения дозиметрами и взаимозаменяемость комплектов сменных пеналов и детекторных сборок,

- работу в условиях микрогравитации (невесомости),

- автономность системы жизнеобеспечения и минимальное использование энергетического ресурса

В результате, созданная конструкция шарового фантома удовлетворила всем установленным требованиям, что подтверждено необходимыми протоколами испытаний (см Приложения к диссертации), а также успешной апробацией с января 2004 года на борту МКС Кроме этого, к достоинствам новой конструкции фантома можно отнести ее простоту и надежность, технологичность и отладку техпроцессов изготовления, возможность серийного воспроизведения

В третьей главе описываются особенности и результаты проведенного космического эксперимента на борту МКС с применением тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус"

Международный космический проект «Матрешка-Р» является комплексным, многоэтапным космическим экспериментом Наряду с российскими учеными в эксперименте принимали участие зарубежные партнеры С российской стороны постановщиком эксперимента являлись ГНЦ ИМБП РАН и РКК "Энергия"

В целом, основными задачами международного проекта «Матрешка-Р» являются исследование динамики радиационной обстановки внутри и снаружи МКС, совершенствование методов космической дозиметрии, а также изучение уровней радиационного воздействия на организм космонавтов внутри МКС при помощи шарового фантома "Глобус", лежащее в основе данной работы Кроме этого, зарубежными партнерами проводился параллельный эксперимент по исследованию дозовых нагрузок на организм человека вне МКС при помощи антропоморфного фантома "Rando-Topc"

Таким образом, при помощи фантома "Глобус" в каюте СМ PC МКС были проведены две сессии измерения ИПД

1) 29 01 2004г - 30 04 2004г (общая продолжительность этапа 92 дня),

2) 11 08 2004г - 10 10 2005г (общая продолжительность этапа 425 дней) По окончании каждого из двух этапов на Землю были возвращены детекторные сборки рабочего чехла (32 сборки) и пеналов (20 штук), которые размещались внутри фантома

Временной интервал, соответствующий периоду проведения этих этапов эксперимента, характеризовался слабо возмущенной радиационной обстановкой Этот период совпадал с фазой продолжающегося спада солнечной активности на подходе к минимуму 11-летнего цикла Вспышечная активность Солнца была умеренной В указанный период ожидались слабые солнечные протонные события (СПС)

Наклонение орбиты МКС составляло 51,65° Средние интервалы высот для двух периодов проведения эксперимента составили (362-384 км) и (353-374 км ) соответственно При этом орбита МКС пересекала область внутреннего радиационного пояса Земли (источник протонного излучения) в районе Южной атлантической аномалии

На основе анализа измерений интегральных поглощенных доз и их распределения внутри и на поверхности фантома "Глобус" в период полета экспедиций МКС-8, МКС-9 были получены следующие данные

1 Максимальное значение ИПД, измеренное при помощи шарового фантома "Глобус" в каюте СМ РС МКС в период второго этапа КЭ "Матрешка-Р" составило -140 мГр ( -0,33 мГр/сутки (33 мрад/сутки))

2 Перепад значений ИПД на поверхности фантома от точки максимума, наиболее приближенной к внутренней обшивке каюты, к точке минимума, наиболее удаленной от обшивки составляет 50%, то есть значение ИПД по глубине фантома уменьшается вдвое Эти результаты полностью согласуются с данными первой сессии измерений При этом значения ИПД, измеренные на поверхности фантома в точке минимума, совпадают (в пределах погрешности единичного измерения) со значениями, измеренными внутри фантома с самоэкранированностью свыше 5 г/см2 Это значение в период отсутствия СПС можно рассматривать как уровень фона ИКИ внутри каюты СМ РС МКС, который составил ~65±15% мГр (за 425 дней) или -0,15 мГр/сутки (-15 мрад/сутки) Эти значения согласуются с данными ранее проведенных в аналогичных условиях экспериментов, где уровень фона оценивался от -10 до -30 мрад/сутки

Таким образом, введение дополнительной защиты (5 г/см2 и более) со стороны внутренней обшивки каюты СМ РС МКС позволит уменьшить дозовое воздействие на организм человека

В работе представлены угловые зависимости распределения ИПД внутри и на поверхности фантома в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, позволившие определить направленность ИИ, при которой нормаль к поверхности фантома в области с максимальными значениями ИПД совпадает с линией, соединяющей центры фантома и сечения МКС, перпендикулярного главной оси Это определяет зависимость значений ИПД, измеренных внутри фантома не только от толщины экранирующего слоя, но и от углового положения точки внутри фантома относительно направления на максимум ИПД Косвенно это подтверждается наличием фазового сдвига в функции, аппроксимирующей дозовое распределение внутри фантома в зависимости от углового положения в системе координат фантома

Далее приводится зависимость ИПД от глубины точки внутри фантома в направлении максимум-минимум ИПД, а также распределение значений ИПД, усредненных по глубинам расположения критических органов внутри фантома На основании этого анализируются особенности дозовых распределений и характеристик ионизирующего излучения, а также влияние на значение ИПД экранированное™ данной точки измерения элементами конструкции МКС, ее оборудованием и материалом самого фантома

В работе было отмечено, что в точках фантома, соответствующих условному положению критических органов желудочно-кишечного тракта, центральной нервной системы и кроветворной системы разброс измеренных значений ИПД укладывается в погрешность единичного измерения ±15%> Это говорит об относительной независимости уровня облучения этих органов от положения фантома внутри МКС В отличие от этого, на глубинах, соответствующих критическим органам и тканям, располагающимся вблизи поверхности фантома (хрусталик глаза и кожа), существует значительный разброс значений ИПД, измеренных в разных частях фантома Это говорит о влиянии направленности ИИ

на значение дозы, приходящейся на данные критические органы При этом отклонение усредненных для заданной глубины значений ИПД, измеренных в поверхностных слоях фантома, от среднетканевого значения составляет ~+20% и оправдывает использование для оценки уровня радиационного воздействия значения эффективной дозы Таким образом, направленность действия ИКИ существенна для таких критических органов как хрусталик глаза, гонады и костный мозг Для кожного покрова изменение положения тела не приведет к уменьшению среднего значения ИПД в случае одностороннего неоднородного облучения При этом более предпочтительным является положение тела космонавта "спиной " или "боком" к внутренней обшивке каюты СМРС МКС

Полученные результаты сопоставляются с данными проведенных в период с 1960 по 2005 гг экспериментов по измерению ИПД на российских ИСЗ серии "Космос" и пилотируемых кораблях "СОЮЗ", ОПС "МИР", а также с результатами измерения поглощенной дозы приборами штатной системы радиационного контроля МКС в тот же период

Далее, на основе полученных данных, в главе 3 проводятся расчеты эквивалентной и эффективной доз При этом, для расчета среднетканевой дозы наряду с общепринятым усреднением значений ИПД по массе (объему) фантома в работе применялись аналитические функции усреднения и по другим параметрам, определяющим положение точки измерения внутри фантома- угловым координатам точки внутри фантома в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, проходящих через его центр и линейному параметру, определяющему удаление точки измерения от центра (или поверхности фантома) Эти функции являются аппроксимациями приведенных в предыдущем разделе угловых и глубинных зависимостей ИПД При этом отклонения результатов расчетов среднетканевой дозы для этих параметров от значения, полученного усреднением по массе фантома, составляет менее ± 4,5%, что соизмеримо с точностью приближения аппроксимирующих функций к дозовым распределениям

Ориентируясь на значение среднего коэффициента качества ИИ, измеренного на ОПС "Мир" в аналогичных условиях, средние значения интегральной экви-

валентной дозы и среднесуточной мощности дозы в каюте СМ РС МКС в период полета экспедиции МКС-9 составили -202,56 мЗв и ~ 477 мкЗв/сутки соответственно

В соответствии с действующими нормами радиационной безопасности (НРБ-99) в качестве меры риска возникновения отдаленных последствий радиационного облучения, принимается значение эффективной дозы (ЭД)

На основе измеренных значений ИПД, их распределения по критическим органам рассчитываются средние интегральное значение и мощность ЭД и сопоставляются со значениями этих же параметров, рассчитанных с учетом направленности ИИ При этом интегральное значение ЭД за период в 425 дней составило -207 мЗв (-178 мЗв/год), а среднесуточное значении мощности ЭД -0,5 мЗв/сутки (-50 мбэр/сутки) Таким образом, дозовые нагрузки на организм космонавтов в рассматриваемый период находятся в пределах установленных норм, то есть обеспечивают сохранение удовлетворительного здоровья и работоспособности космонавтов в космическом полете и в течение всей жизни и не превышают приемлемой величины радиационного риска При этом в соответствии с санитарными нормами ОСПОРБ-99 данная деятельность требует осуществления непрерывного контроля доз облучения и проведения мероприятий по их снижению Это служит основанием к развитию эксперимента с применением тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус"

Кроме этого, было отмечено, что во время отсутствия СПС, оценку уровня радиационного воздействия на организм космонавта за длительный период полета (свыше 1 года) можно проводить, ориентируясь на значение среднетканевой эквивалентной дозы При этом ожидаемое превышение значения ЭД не должно составлять более — 2,5 % (в случае произвольной ориентации тела космонавта внутри каюты СМ РС МКС) и - 5 % (в случае однонаправленного положения тела "лицом к обшивке каюты") по отношению к значению среднетканевой эквивалентной дозы Следует также отметить, что учет перемещения космонавта и его различных положений в период пребывания в каюте может быть осуществлен при

помощи шаровой модели фантома Применение антропоморфной модели позволяет получить данные по облучению только для конкретного положения тела

Учитывая зависимость дозовых нагрузок на критические органы с самоэкранированностью до 5 г/см2 от направленности действия ИКИ, целесообразно вводить их дополнительную, локальную защиту, например, в виде элементов одежды (шорты, корсеты итд)

Далее проводится обобщенное сопоставление данных эксперимента, проведенного при помощи фантома "Глобус" в каюте СМ РС МКС, с нормативными уровнями радиационного воздействия на космонавтов (астронавтов), установленными космическими агентствами разных стран, а также данными экспериментов, проведенных на борту ОПС «Мир»

В последнем разделе главы описываются основные перспективы развития эксперимента с использованием тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус"

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Среди основных результатов проведенной работы следует отметить

- создание и практическая апробация новой конструкции фантома, удовлетворяющей требованиям проведения радиобиологических экспериментов в обитаемых отсеках пилотируемых космических кораблей и условиям проведения международного космического проекта "Матрешка-Р",

- синтез нового тканеэквивалентного материала, превосходящего по своим характеристикам ранее применявшиеся в космических экспериментах аналоги,

- разработку методов подготовки ТЛД и проведения измерений поглощенной дозы при помощи системы НАК8НА\У-3500, обеспечивших относительную погрешность единичного измерения не хуже ±15%,

- рекомендации по снижению дозового воздействия на организм космонавтов в каюте СМ РС МКС в период длительных орбитальных полетов,

- варианты практического применения тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус" для контроля радиационной обстановки на различных радиацион-ноопасных объектах,

- новые данные о радиационных нагрузках на организм космонавтов и радиационной обстановке в каюте СМ PC МКС - месте длительного пребывания членов экипажей

По результатам работы автор был отмечен благодарностями Министерства РФ по Атомной энергетике, руководства ФГУП НИЦ "СНИИП", ГНЦ ИМБП РАН и медалью Федерации космонавтики РФ

В заключение следует отметить, что осуществление описанного эксперимента стало возможным благодаря многолетнему, инициативному участию ученых и специалистов ФГУП НИЦ "СНИИП", ГНЦ ИМБП РАН, РКК "Энергия", РХТУ им Менделеева, а также космонавтов Авдеева С В , Калери А Ю , Падалки Г И, Шарипова С Ш, Усачева Ю Н, оказавших помощь на этапах подготовки и проведения данного эксперимента Автор выражает благодарность коллегам Владимирову Д А, Еременко В Г , Ермакову Г К, Кириллову С Ю , Мысеву И П, Никанорову А Г, Павлову И В , Петрову В И , Петровой Л И, Поленову Б В , Романову А В , Соколову В С , Федорову С М, Чебышову С Б , Щепецкому М В , Юдину В Н (ФГУП НИЦ "СНИИП"), Акатову Ю А, Архангельскому В В , Петрову В М , Шуршакову В А (ГНЦ ИМБП РАН), Лягушину В И , Пронину М А (РКК "Энергия"), Крылову А В (РХТУ им Менделеева), а также Гулому В Г, Печникову В В и Плаксину Г М (ЗАО "СНИИП-Плюс") за помощь в осуществлении описанного эксперимента и подготовке материалов диссертационной работы

Апробация основных результатов работы:

Основные результаты работы были представлены в шести докладах на следующих научных мероприятиях

1 Молодежная научно-техническая конференция "Методы и средства ядерных информационно-измерительных технологий" - Москва НИЦ "СНИИП" -Апрель 11,2002

2 4th International Workshop on Space Radiation Research and 17th Annual NASA Space Radiation Health Investigators Workshop -Moscow - St Petersburg -June 5-9, 2006

3 Научная сессия МИФИ2005-2006 -январь 23-27, 2006г

4 Аппаратурное обеспечение ядерной и радиационной безопасности объектов Росатома -НИЦ "СНИИП" -Апрель 18-19,2007

5 16th IAA Humans in Space Symposium From Dream to Reality Living, Working and Creating for Humans in Space -Beijing, China -May 21-24, 2007

Публикации по теме диссертации:

1 Акатов Ю А, Еременко В Г , Карцев И С , и др Шаровой фантом для исследования радиационной обстановки в космическом пространстве // Ядерные измерительно-информационные технологии -№3 -2002 -С 67-71

2 Карцев И С , Акатов Ю А , Еременко В Г , и др Шаровой фантом для исследования радиационной обстановки в космическом пространстве Конструктивные особенности // Ядерные измерительно-информационные технологии -№4(16) -2005 -С 36-45

3 Petrov V М , Akatov Yu A, Kolomensky А V , Shurshakov V А , Kartsev I S et al Absorbed dose distribution m the spherical tissue equivalent phantom obtained in Matroshka-R space experiment on the board of the ISS // In Book of Abstract 4th International Workshop on Space Radiation Research and 17th Annual NASA Space Radiation Health Investigators Workshop -Dubna -2006 -P 99-100

4 Карцев И С , Гулый В Г , Шуршаков В А Приборы для исследования воздействия ионизирующего излучения на организм человека на радиационно-опасных объектах // Приборы + автоматизация - №8 -2007 -С 20-23

5 Акатов Ю А , Карцев И С , Петров В И и др Исследование радиационной обстановки в служебном модуле российского сегмента Международной космической станции при помощи тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус"// Инженерная физика - №4 -2007 -С 24-28

6 Карцев И С , Еременко В Г , Никаноров А Г и др Особенности создания тканеэквивалентных фантомов для оценки воздействия ионизирующих излучений на организм человека на радиационно-опасных объектах // В сборнике докладов Аппаратурное обеспечение ядерной и радиационной безопасности объектов Роса-тома - ФГУП "НИЦ "СНИИП", М -2007 -С 203-206

Список используемых сокращений.

Введение.

Глава 1. Обзор основных методических подходов и конструктивных решений при проведении экспериментов по изучению воздействия ионизирующего излучения на человека в условиях космического пространства.

1.1 Основные средства измерения дозы в условиях космических полетов.

1.2 Моделирование воздействия ионизирующего космического излучения на организм космонавта.

1.2.1 Источники ионизирующего космического излучения.

1.2.2 Тканеэквивалентные материалы.

1.2.3 Геометрические модели тела человека для расчета тканевой дозы.

1.3 Конструкции фантомов.

1.4 Критерии оценки уровней радиационного воздействия ИКИ на организм космонавтов.

1.5 Промежуточные выводы.

Глава 2 Обоснование основных методических подходов и конструктивных решений при создании дозиметрического устройства для оценки уровня радиационного воздействия на организм человека в условиях длительных космических полетов на борту МКС.

2.1 Методика измерения ИПД внутри и на поверхности фантома при помощи ТЛД.

2.1.1 Методика подготовки ТЛД.

2.1.2 Методика измерения поглощенной дозы при помощи ТЛД-системы НА118НА\¥-3500.

2.1.3 Алгоритм размещения ТЛД внутри и на поверхности фантома.

2.1.4 Оценка точности измерения поглощенной дозы внутри и на поверхности фантома.

2.2 Особенности взаимодействия ионизирующего излучения с веществом на борту МКС.

2.3 Создание тканеэквивалентного материала.

2.3.1 Обобщенные исходные требования к тканеэквивалентному материалу фантома для применения в условиях космического полета.

2.3.2 Синтез нового тканеэквивалентного материала.

2.3.3 Конструктивные и технологические особенности изготовления тканеэквивалентного материала и метода его механической обработки.

2.4 Создание тканеэквивалентного шарового фантома.

2.5 Промежуточные выводы.

Глава 3 Оценка радиационной обстановки и уровня воздействия ионизирующего излучения на организм космонавтов в каюте СМ РС

3.1. Особенности проведения эксперимента по исследованию радиационного воздействия на организм космонавтов при помощи тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус" на СМ РС МКС.

3.1.1 Особенности размещения фантома "Глобус" в СМ РС МКС.

3.1.2 Этапы эксперимента.

3.1.3 Гелиофизические характеристики в период проведения эксперимента.

3.1.4 Параметры орбиты МКС в период проведения эксперимента.

3.2 Основные результаты измерения поглощенной дозы и анализ дозового распределения внутри и на поверхности фантома "Глобус" в период полета экспедиций МКС-8, МКС-9.

3.3 Оценка биологического воздействия ИИ на организм космонавтов (на основе данных эксперимента "Матрешка-Р").

3.3.1 Оценка эквивалентной мощности дозы в каюте СМ РС МКС.

3.3.2. Оценка эффективной дозы в каюте СМ РС МКС.

3.4 Основные перспективы развития эксперимента.

3.5 Промежуточные выводы.

Аннотация

В рамках данной работы описываются особенности создания и практической апробации в условиях космического полета тканеэквивалентного дозиметрического устройства - шарового фантома, применявшегося для определения уровней воздействия ионизирующего излучения на организм космонавтов во время длительных полетов на борту МКС. Материал диссертационной работы излагается в следующем порядке:

- во введении раскрываются актуальность проблемы и степень ее научной разработанности, формулируются цели и задачи работы, выделяются объект и предмет исследования. Далее описываются наиболее существенные результаты и научная новизна, практическая значимость исследования, предоставляются сведения по апробации результатов исследования и личному вкладу автора в решение данной проблемы, формулируются основные положения, выносимые на защиту;

- в главе 1 проводится обзор наиболее значимых методов и технических решений, применявшихся ранее отечественными и зарубежными исследователями в решении проблем радиационной безопасности космических полетов. Проводится анализ применявшихся в космических экспериментах средств дозиметрии, моделей тела человека для измерения дозовых нагрузок на критические органы, а также конструкций тканеэквивалентых фантомов. Обозначаются недостатки ранее применявшихся решений. Далее обосновываются выбор критерия оценки уровня радиационного воздействия в данных условиях и метода измерения дозы, определяются требования к создаваемому дозиметрическому устройству для применения во время длительных космических полетов на борту МКС. Приводятся промежуточные выводы;

- в главе 2 раскрывается методика измерения интегральных поглощенных доз в критических органах человека на борту МКС и оценивается точность проводимых измерений. Далее описываются особенности создания нового тканеэквивалентного материала и конструкции фантома. В итоге главы приводятся промежуточные выводы;

- в главе 3 описываются особенности проведенного космического эксперимента с применением созданного тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус". Далее анализируются результаты измерения поглощенной дозы внутри и на поверхности фантома в каюте СМ РС МКС, полученные в периоды полетов экспедиций МКС-8 и МКС-9, оценивается уровень радиационного воздействия на отдельные критические органы и организм космонавтов в целом. На основе проведенных расчетов формулируются предложения по снижению дозовых нагрузок в данных условиях. Результаты проведенных исследований сопоставляются с данными предшествующих экспериментов и рассматриваются основные направления развития проведенного эксперимента, определяются перспективы практического внедрения созданного оборудования. Приводятся промежуточные выводы;

- в разделе "Заключение и обобщенные выводы" подводятся итоги работы, приводятся основные результаты проведенных исследований, их научная и практическая значимость, обобщаются выводы предыдущих глав.

Актуальность исследования.

Освоение человеком космического пространства непрерывно связано с необходимостью изучения условий его безопасной жизнедеятельности, в том числе в отношении источников радиационного воздействия.

Радиобиологические опыты, проводимые сначала на воздушных шарах, а затем на аэростатах и ракетах, не могли дать ответа на вопрос о степени влияния ионизирующего излучения в атмосфере на организм человека вследствие кратковременности полетов и их осуществления на относительно небольшой высоте. С началом космической эры, при помощи искусственных спутников и космических кораблей был обнаружен высокий уровень ионизирующего излучения на большом расстоянии от Земли, что могло стать препятствием к полетам человека в космос.

Опираясь на результаты дозиметрических исследований, ранее проведенных на различных космических летательных аппаратах [1-6], можно считать, что длительное пребывание человека в условиях космоса является радиационно-опасным. В соответствии с рекомендациями Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) такой вид деятельности требует более тщательного исследования для планирования и внедрения мер по снижению риска для здоровья и жизни членов экипажей пилотируемых космических аппаратов от воздействия ИИКИ [7].

Несмотря на более чем сорокалетний период освоения человеком космоса, разработанные Государственные стандарты, методики и руководства по вопросам радиационной безопасности экипажей космических кораблей и исследованию характеристик ионизирующего космического излучения, интерес к исследованиям в этом направлении не ослабевает. Непрерывные разработки новых методов и средств дозиметрии космического излучения в рамках отечественных, зарубежных и международных космических программ лишь подтверждают это. Следует отметить, что наряду с ведущими космическими державами - Россией и США, в исследованиях радиационной обстановки в космическом пространстве активное участие стали принимать такие страны, как Япония, Канада, Венгрия, Австрия, Италия и др. Необходимость в оценке уровней радиационного воздействия на организм человека в период длительных космических полетов определяется не только государственными программами, но и персональным интересом непосредственных участников космических полетов, проводящих длительное время в космическом пространстве. Так, в период подготовки и проведения международного космического проекта "Матрешка-Р" в период с 2001 по 2006 гг. активное участие на этапах разработки тканеэквива-лентного шарового фантома "Глобус" и его технического обслуживания во время космического полета на борту МКС, принимали космонавты:

С.В.Авдеев, А.Ю.Калери, Г.И.Падалка, Ю.В.Усачев, С.Ш.Шарипов, В.И.Токарев и др.

В настоящее время, в преддверии подготовки полета человека к Марсу и другим межпланетным полетам проведение исследований, касающихся обеспечения радиационной безопасности космических полетов, является особенно актуальным.

Решение этих задач требует создания нового оборудования, учитывающего как особенности его применения в системе обеспечения радиационной безопасности космических полетов, так и условия финансового обеспечения отечественных космических программ и их коммерческой направленности. При этом следует учитывать постоянно растущую стоимость доставки грузов на орбиту и времени операторского обслуживания.

Степень научной разработанности проблемы.

Первые сведения об излучении в космосе, которые были получены при помощи шаров-зондов и искусственных спутников Земли, были весьма ограниченными [8,9]. Неопределенными были также представления о биологическом действии космических излучений на человека. В 1934 г. академик Л.А.Орбели обозначил проблемы, связанные с изучением влияния на организм человека и животных излучения в стратосфере и подчеркнул необходимость регулярного и систематического изучения этого вопроса [10].

С началом космической эры встал вопрос о безопасности пребывания человека в условиях космоса. Биологические опыты, проводимые вначале на воздушных шарах, а потом на аэростатах и ракетах, не могли дать достаточных сведений о влиянии космической радиации на организм человека во время кратковременных полетов на относительно небольших высотах [11]. Во время полета к Луне на космическом корабле "Аполлон" американские астронавты отмечали множественные вспышки в глазах. В результате у некоторых участников этого полета в последствии развилась катаракта [12]. Эффект вспышек в глазах при попадании тяжелых ионизирующих частиц на сетчатку глаза неоднократно отмечался и нашими космонавтами а также летчиками самолетов на больших высотах. Можно предположить, что высокоэнергетические частицы космических лучей уничтожая отдельные клетки и разрушая молекулы ДНК могут приводить к нарушениям и в других органах человека. При этом предполагалось, что радиация в космосе может представлять для человека смертельную опасность. Так сторонником этой точки зрения являлся академик В.П.Вернов [13].

Первые эксперименты были направлены на изучение состава и энергетического спектра космических лучей. Эти исследования проводилось советскими учеными совместно с чехословацкими и венгерскими учеными в рамках программы сотрудничества социалистических стран на ИСЗ серии «Интеркосмос». При этом на ИСЗ «Интеркосмос-17» была установлена аппаратура (разработана в СССР и ЧССР) для изучения условий пребывания человека в космосе и обеспечения защиты космонавтов при их работе в околоземном космическом пространстве (в том числе электрический анализатор для измерений спектров заряженных частиц, проникающих через различные тканеэквивалентные материалы). Биологическая эффективность космического излучения определялась моделированием космического излучения на ускорительных установках, в наземных условиях.

Сведения, полученные со спутников и космических кораблей "Восток", говорили о реальной опасности радиационного воздействия в космическом пространстве, особенно в период длительных полетов. В связи с этим, учеными А.В.Лебединским и Ю.Г.Нефедовым серьезное внимание уделялось вопросам биологической эффективности ИКИ и дозиметрическому контролю в космосе. При этом проведение радиобиологических экспериментов в организме живого человека, особенно в условиях космоса, весьма затруднительно и не безопасно. Поэтому для оценки биологического действия ИКИ на отдельные органы и организм человека в целом стали применяться различные модели тела человека -тканеэквивалентные фантомы, выполненные из материала с поглощающими и рассеивающими свойствами по отношению к ИКИ, близкими к реальной ткани человека. Среди наиболее значимых космических экспериментов, в том числе международных, с применением тканеэквивалентных фантомов следует выделить исследования, проводимые на ИСЗ серии "Космос", АС "Зонд-7", пилотируемой станции "Салют-7", кораблях "Союз", ОПС "Мир", МКС. Более подробное особенностей этих экспериментов будет рассмотрено далее.

Применение в радиобиологических экспериментах тканеэквивалентных фантомов вполне оправдано, так как позволяет учитывать самоэкранирован-ность отдельных органов человека при воздействии различных ИИКИ. Это особенно важно при воздействии составляющих излучений ГКЛ, СПС и РПЗ с малой проникающей способностью, которая в результате взаимодействия с веществом полностью отдает свою энергию [14].

Следует отметить, что вплоть до недавнего времени исследование космоса проводилось исключительно двумя державами - СССР и США. Это обстоятельство накладывало вполне понятные ограничения на получение необходимой научной информации, в том числе по вопросам радиационной безопасности космических полетов. В связи с этим подробное рассмотрение всех космических экспериментов по исследованию воздействия ИИКИ на организм человека с применением тканеэквивалентных фантомов, особенно проведенных в эпоху "борьбы" за первенство в освоении космоса, довольно затруднительно.

Первый космический эксперимент с применением фантома-манекена (антропоморфной модели) для изучения действия космических лучей на человека был проведен на советском спутнике «Космос-368». Фантом был разработан и изготовлен Ленинградским государственным институтом комплексного проектирования в соответствии с требованиями Международной комиссии по радиационной защите. Для размещения детекторов (ТЛД и ядерных эмульсий) внутри фантома конструкцией были предусмотрены технологические отверстия, распределенные по отделам фантома (голове, туловище и конечностям). При этом вес фантома составлял 70 кг. Фантом был помещен в высотный костюм пилота и размещался в кресле космонавта. В результате были получены данные о распределении доз в теле человека при орбитальном полете.

При подготовке полета человека к Луне Советский Союз проводил исследования радиационной обстановки на трассе Земля-Луна на аппаратах «Зонд-5» и «Зонд-6» при помощи сборок дозиметров и наборов ядерных эмульсий. На очередном корабле, автоматической станции «Зонд-7», проектанты установили кресло космонавта с манекеном, применявшимся в эксперименте на ИСЗ «Кос-мос-368». В результате были получены данные о распределении доз и их физических характеристиках в теле космонавта при полете по трассе Земля-Луна-Земля, которые показали, что при отсутствии солнечных вспышек радиационное воздействие на организм космонавта на этой трассе полета не превышает допустимых норм. Этой же точки зрения придерживались американские исследователи. При этом немаловажную роль в снижении радиационного воздействия от ГКЛ играли "экранирование" Земли и ее магнитное поле, также выполняющее функцию экрана [12,15].

В 1983 году на станции «Салют-7» при полете второй экспедиции, космонавтами А.П. Александровым и В.А. Ляховым проводились исследования с фантомом, имевшим форму шара. Оригинальный фантом был разработан совместно конструкторами КБ Королева и группой научных сотрудников Института медико-биологических проблем во главе с Ю.А. Акатовым (ГНЦ ИМБП РАН). Достоинством этого фантома являлось то, что на орбиту доставлялась только оболочка шара, в которую был вмонтирован канал с детекторами. В качестве тканеэквивалентного материала, составлявшего основной вес, в этом фантоме применяли воду, она закачивалась в оболочку фантома прямо на борту станции. После окончания эксперимента эта вода использовалась в системах жизнеобеспечения.

В дальнейшем исследования с этим фантомом проводились космонавтами и на станции «Мир» [16].

Цель работы: создание нового дозиметрического устройства и метода его применения для получения новых экспериментальных данных об уровнях воздействия ионизирующего излучения на экипажи космических кораблей в условиях длительных полетов.

Постановка задачи.

С увеличением продолжительности космических полетов и их удаленности от Земли уровни радиационного воздействия на членов экипажей космических кораблей возрастают. При ожидаемых высоких уровнях радиационного воздействия, приближающихся к установленным предельно допустимым уровням [17,18,19], получение точных и адекватных данных о радиационных нагрузках на организм человека необходимо для определения реального радиационного риска в конкретных условиях полета.

Известно, что радиобиологические эффекты облучения зависят не только от величины поглощенной дозы, экспонированной в теле человека, но и от ее распределения по отдельным органам и тканям, чувствительность которых к ионизирующему излучению различна [11]. Наиболее чувствительными к воздействию ионизирующего излучения являются, так называемые, критические органы [20]. Кроме этого, биологический эффект существенно зависит от состава и энергетического спектра ИКИ, которые характеризуются коэффициентом качества излучения [20]. Таким образом, получив данные о распределении значений поглощенной дозы по глубине тканеэкеиеалентного фантома в условиях реального космического полета можно оценить радиационную нагрузку на отдельные органы и на организм человека в целом.

Применение тканеэквивалентного фантома позволяет учитывать самоэкранированность отдельных тканей и органов человека, а также возможный вклад в дозу вторичного ИИ в процессах взаимодействия космического излучения с биологическими тканями человека [21,22]. При этом разнообразие состава космического излучения, его энергетический диапазон и динамичность радиационной обстановки на борту МКС не позволяют только расчетным путем получить точные сведения о радиационных нагрузках на организм человека в условиях полета.

В настоящее время экспериментальное определение интегральных поглощенных доз астронавтов и космонавтов проводится главным образом на основе данных персональных дозиметров экипажа, размещаемых на поверхности тела. При этом показания персональных дозиметров не достаточно полно характеризуют дозовую нагрузку на организм космонавтов, так как относятся только к одной точке на поверхности тела и не учитывают самоэкранирования критических органов. Проведение измерений характеристик ИКИ в нескольких точках пространства космического корабля для анализа дозового воздействия на критические органы космонавта весьма затруднительно как с точки зрения возможности размещения дозиметрического оборудования в ограниченном пространстве в условиях невесомости, так и специальных технических требований, предъявляемых к этому оборудованию.

На основе вышеизложенного, для оценки радиационного воздействия на организм космонавтов при длительных космических полетах, ставились и решались следующие основные задачи:

1. Создать тканеэквивалентный фантом для измерения значений поглощенных доз в критических органах человека, выполненного из материала с рассеивающими и поглощающими свойствами по отношению к ИКИ максимально приближенными к реальным тканям человека. При этом конструкция фантома должна удовлетворять ряду специфических требований, обусловленных особенностями его эксплуатации в условиях космического полета.

2. Разработать методику проведения эксперимента по определению уровней радиационного воздействия ИКИ на организм космонавтов в Служебном модуле российского сегмента МКС (СМ РС МКС).

3. Измерить и получить распределения значений интегральных поглощенных доз в критических органах человека в период полета экспедиций МКС-8,9 с использованием созданного тканеэквивалентного фантома.

4. Изучить и проанализировать радиационную обстановку внутри каюты СМ РМ МКС и уровень ее опасности для человека в период длительного орбитального космического полета. Сформулировать рекомендации по снижению уровней радиационного воздействия в данных условиях.

Объект и предмет исследования.

Разнообразие состава ИИКИ и его энергетических характеристик определяет возникновение ряда процессов взаимодействия (ионизация, рассеяние и др.) ионизирующего и косвенно ионизирующего излучения с веществом. В результате взаимодействия первичного РЖИ с элементами конструкции и оборудованием МКС формируется радиационное поле внутри МКС, которое является источником ИИ для космонавтов. Таким образом, в качестве Объекта исследования рассматривается организм космонавта в условиях длительных космических полетов. При этом предметом исследования являются уровни радиационных нагрузок на критические органы человека, определение которых производилось на основе результатов измерения интегральных поглощенных доз внутри и на поверхности тканеэквивалентного фантома в период длительного орбитального полета. Измерения проводились в каюте СМ РС МКС в период полетов экспедиций МКС-8, МКС-9.

Наиболее существенные результаты и научная новизна.

В рамках данной работы были получены новые данные о радиационном воздействии ИИКИ на организм космонавтов в периоды длительных полетов и исследован характер распределения дозового поля по глубине тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус" и на его поверхности в каюте СМ РС МКС. Эксперимент проводился в два этапа, в периоды пребывания экипажей экспедиций МКС-8, МКС-9.

Особенностью проведения данного эксперимента являлось размещение фантома в месте длительного пребывания космонавта на борту МКС (в каюте СМ РС МКС). Для проведения эксперимента был создан и апробирован в условиях реального космического полета шаровой фантом "Глобус", выполненный из нового тканеэквивалентного материала. Фантом представляет собой универсальное устройство, позволяющее проводить дозовые измерения как интегрально (за счет пассивных дозиметров), так и в динамике за счет установки в каналах фантома активных дозиметров. При этом измерения поглощенной дозы проводились одновременно в точках условного расположения критических органов внутри фантома и на его поверхности, что позволило получить более полную картину дозового распределения.

Наряду с этим были разработаны методы измерения поглощенной дозы при помощи ТЛД-системы НА118НА\¥-3500, обеспечившие точность единичного измерения поглощенной дозы при помощи ТЛД типа ДТГ-4, характеризующуюся относительной погрешностью не хуже ±15%.

Синтезированный тканеэквивалентный материал фантома "Глобус", превосходит по своим характеристикам раннее применявшиеся в космических экспериментах аналоги, и удовлетворяет требованиям по тканеэквивалентности, механической прочности, экологической и пожаро-взрыво безопасности.

Результаты практического применения тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус" в качестве "фантома - свидетеля", как средства оценки интегрального радиационного воздействия на организм человека в условиях длительного орбитального космического полета могут служить основанием для его успешного использования на различных объектах с повышенной радиационной опасностью. При этом химическая формула тканеэквивалентного материала "Глобус" и технология его изготовления таковы, что позволяют, в случае необходимости, изменять соотношение основных элементов (водород, азот, кислород, углерод) в требуемой пропорции с учетом специфики состава ИИ для данного объекта [23].

Уникальность проводимого международного эксперимента "Матрешка-Р" состоит также в применении тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус" совместно с антропоморфным тканеэквалентным фантомом "11апс1о", размещенным вне МКС. Это позволит на основе результатов данной работы сопоставить данные измерений поглощенной дозы снаружи и внутри МКС за один и тот же период времени и дополнительно изучить влияние защиты МКС на изменение дозы космической радиации внутри МКС (ослабление дозы, фактор накопления и/или активации вещества защиты).

Положения, выносимые на защиту:

1. Создание новой конструкции тканеэквивалентного фантома, наиболее оптимальной при проведении комплексных исследований уровней радиационного воздействия на организм человека в условиях длительных космических полетов.

2. Создание нового тканеэквивалентного материала для применения в дозиметрических экспериментах в условиях обитаемых отсеков пилотируемых космических кораблей.

3. Рекомендации по снижению уровня радиационного воздействия на критические органы и организм космонавтов на основе новых данных о радиационной обстановке в каюте СМ РС МКС, полученных при помощи шарового тканеэквивалентного фантома "Глобус".

4. Методы предполетной подготовки и обработки ТЛД ДТГ-4 при помощи системы НАИВНА\\/-3500, обеспечивающие точность единичного измерения поглощенной дозы с относительной погрешностью не хуже ±15%.

5. Варианты практического применения тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус в качестве "фантома-свидетеля" на различных радиационно-опасных объектах.

Практическая ценность работы.

Синтезированный тканеэквивалентный материал и созданный на его основе шаровой фантом "Глобус" могут использоваться для решения широкого круга радиобиологических задач в жестких условиях эксплуатации. Устойчивость конструкции фантома к значительным перепадам температур (от -40° до +50°), делает возможным применение фантома для проведения радиационного мониторинга хранилищ радиоактивных материалов или отходов в жестких климатических условиях. Это может относиться к ненаселенным территориям, находящимся как в условиях холодного климата (Заполярье), так и в условиях сухих и влажных тропиков. При этом следует отметить устойчивость конструкции к воздействию влаги и микроорганизмов. Это подкреплено положительными результатами проведенных испытаний и эксплуатации в условиях длительного космического полета. Незначительные отклонения содержания водорода (13%) и азота (0%) по сравнению со стандартизованным тканеэквивалентным веществом, которые наиболее существенны при взаимодействии ткани с нейтронным излучением, делают перспективным применение фантома "Глобус" в качестве "фантома-свидетеля" на объектах с ядерными реакторами. Отсутствие газовыделения тканеэквивалентного материала делает возможным применение фантома "Глобус" в качестве "фантома - свидетеля" для измерения коллективных поглощенной или эквивалентной доз в местах длительного пребывания людей, территориях санитарно-защищенных зон или местах с повышенной радиационной опасностью.

Полученные данные о радиационной обстановке внутри каюты СМ РС МКС позволяют разработать комплекс мер по снижению уровней радиационного воздействия на организм космонавтов. Сопоставление этих данных с результатами исследования, проводимого в тот же период времени снаружи МКС с использованием европейского тканеэквивалентного антропоморфного фантома "11апс1о-торс", позволят получить новые сведения о влиянии защиты МКС на изменение дозы космической радиации внутри МКС.

Отработанная на базе ГНЦ ИМБП РАН методика предварительной подготовки ТЛД типа ДТГ-4 и методика проведения измерений при помощи ТЛД-системы HARSHAW-3500 позволили обеспечить относительную погрешность единичного измерения интегральной поглощенной дозы не хуже ±15%.

Результаты работы, выполненные автором, отмечены благодарностями Министерства РФ по Атомной энергетике, руководства ФГУП НИЦ "СНИИП", ГНЦ ИМБП РАН и ЗАО "СНИИП-Плюс" и медалью Федерации космонавтики РФ им.Ю.А.Гагарина (2004г).

Апробация результатов работы.

Доклады на конференциях по теме диссертации:

- Карцев И.С. Шаровой фантом для дозиметрических исследований в космическом пространстве. Конструктивно-технологические особенности // Молодежная научно-техническая конференция Методы и средства ядерных информационно-измерительных технологий. -Москва.: НИЦ "СНИИП". -Апрель 11,2002;

- Petrov V.M., Akatov Yu.A, Kolomensky A.V., Shurshakov V.A., Kartsev l.S. et al. Absorbed dose distribution in the spherical tissue equivalent phantom obtained in Matroshka-R space experiment on the board of the ISS // 4th International Workshop on Space Radiation Research and 17th Annual NASA Space Radiation Health Investigators Workshop. -Moscow - St.Petersburg. -June 5-9, 2006;

- Карцев И.С. Шаровой фантом для исследования радиационного воздействия на организм космонавтов при длительных космических полетах. Особенности разработки. -МИФИ, -январь 23-27, 2006;

- Карцев И.С., Еременко В.Г., Никоноров А.Г. и др. Особенности создания тканеэквивалентных фантомов для оценки воздействия ионизирующих излучений на организм человека на радиационно-опасных объектах. // Аппаратурное обеспечение ядерной и радиационной безопасности объектов Росатома. -НИЦ "СНИИП". -Апрель 18-19, 2007;

- Гулый В.Г., Распутный В.Н., Шевченко А.П., Глыбин Ю.Н, Карцев И.С. Малогабаритные широкодиапазонные радиационностойкие блоки детектирования гамма-излучения // Аппаратурное обеспечение ядерной и радиационной безопасности объектов Росатома. -НИЦ "СНИИП". -Апрель 18-19, 2007.

Публикации по теме диссертации:

- Акатов Ю.А., Еременко В.Г., Карцев И.С., и др. Шаровой фантом для исследования радиационной обстановки в космическом пространстве // Ядерные измерительно-информационные технологии. -№3. -2002. -С.67-71.

- Карцев И.С., Акатов Ю.А., Петров В.И., Петров В.М., Поленов Б.В., Шуршаков В.А. Шаровой фантом для исследования радиационной обстановки в космическом пространстве. Конструктивные особенности.// Ядерные измерительно-информационные технологии. -№4(16). -2005. -С.36-45.

- Petrov V.M., Akatov Yu.A, Kolomensky A.V., Shurshakov V.A., Kartsev I.S. et al. Absorbed dose distribution in the spherical tissue equivalent phantom obtained in Matroshka-R space experiment on the board of the ISS // In Book of Ab h stract 4th International Workshop on Space Radiation Research and 17 Annual NASA Space Radiation Health Investigators Workshop. -Dubna. -2006. -P.99-100.

- Карцев И.С., Гулый В.Г., Шуршаков В.А. Приборы для исследования воздействия ионизирующего излучения на организм человека на радиационно-опасных объектах // Приборы + автоматизация - №8.-2007 -С.20-23.

- Акатов Ю.А., Карцев И.С., Петров В.И., Петров В.М., Поленов Б.В., Шуршаков В.А. Исследование радиационной обстановки в Служебном модуле российского сегмента Международной космической станции при помощи тка-неэквивалентного шарового фантома "Глобус" // Инженерная физика. - №4,2007 -С.24-28.

- Карцев И.С., Еременко В.Г., Никаноров А.Г., Петров В.И., Поленов Б.В., Юдин В.Н. Особенности создания тканеэквивалентных фантомов для оценки воздействия ионизирующих излучений на организм человека на радиационно-опасных объектах // В сборнике докладов Аппаратурное обеспечение ядерной и радиационной безопасности объектов Росатома. - ФГУП "НИЦ "СНИИП", М-2007. -С.203-206.

- Гулый В.Г., Распутный В.Н., Шевченко А.П., Глыбин Ю.Н., Карцев И.С. Малогабаритные широкодиапазонные радиационностойкие блоки детектирования гамма-излучения // В сборнике докладов Аппаратурное обеспечение ядерной и радиационной безопасности объектов Росатома. - ФГУП "НИЦ "СНИИП", М.-2007. -СЛ 99-202.

Личный вклад автора в решение рассматриваемой проблемы.

1. В период 2000-2006 гг. во ФГУП "НИЦ "СНИИП", являясь заместителем Главного конструктора, обосновал технические требования и разработал конструкцию тканеэквивалентного дозиметра (шарового фантома), а также методику его применения в радиобиологическом эксперименте в каюте СМ PC МКС.

2. В период 2005-2007гг. в ГНЦ ИМБП РАН на ТЛД-системе HARSHAW-3500 провел измерения интегральных поглощенных доз, экспонированных внутри шарового фантома, рассчитал дозовые нагрузки на организм космонавтов за время длительного орбитального полета, оценил точность результатов измерения. На основе анализа полученных данных предложил меры по снижению уровней радиационного воздействия на экипажи МКС. Предложил варианты практического внедрения результатов работы для проведения контроля радиационной обстановки на различных радиационно-опасных объектах.

3. В период 2006-2007гг. в ООО НПП "ПАТТЕРН-ДИЗАЙН" разработал конструкцию и организовал изготовление блока детектирования дозиметра "Мосфет" для применения в составе дополнительного оборудования шарового фантома при проведении следующего этапа международного космического эксперимента "Матрешка-Р".

Заключение и обобщенные выводы

В период с 2000 по 2007 гг. во ФГУП НИЦ "СНИИП", ГНЦ ИМБП РАН и РКК "Энергия" совместно с зарубежными партнерами был подготовлен и реализован космический проект "Матрешка-Р", направленный на изучение влияния ионизирующего космического излучения на организм космонавтов в период длительных полетов внутри и снаружи МКС. Полученные результаты могут служить основой для разработки программы по обеспечению радиационной безопасности человека при освоении дальнего космоса. В рамках настоящей работы были описаны некоторые методические подходы и результаты эксперимента по оценке уровней радиационного воздействия на организм космонавтов в каюте СМ PC МКС, полученные при помощи созданного тканеэквива-лентного шарового фантома "Глобус". Среди основных результатов данной работы следует отметить:

- создание и успешная практическая апробация новой конструкции шарового фантома, удовлетворяющей требованиям проведения радиобиологических экспериментов в обитаемых отсеках пилотируемых космических кораблей;

- синтез нового тканеэквивалентного материала, превосходящего по своим характеристикам ранее применявшиеся в космических экспериментах аналоги;

- методы подготовки средств дозиметрии и проведения измерений интегральных поглощенных доз при помощи ТЛД-системы HARSHAW 3500, позволяющие обеспечить относительную погрешность единичного измерения поглощенной дозы при помощи ТЛД типа ДТГ-4 не хуже ±15%;

- варианты практического применения тканеэквивалентного шарового фантома "Глобус для контроля радиационной обстановки на различных радиа-ционноопасных объектах;

- получение новых данных о радиационных нагрузках на критические органы космонавтов в период полета экспедиций МКС-8, МКС-9 и особенностях радиационной обстановки в каюте СМ PC МКС, месте длительного пребывания космонавтов, на основе обработки результатов измерения интегральных поглощенных доз внутри и на поверхности шарового фантома;

- рекомендации по снижению дозового воздействия в каюте СМ PC МКС.

В заключение следует отметить, что осуществление проведенных исследований стало возможным благодаря многолетнему, инициативному участию ученых и специалистов ФГУП НИЦ "СНИИП", ГНЦ ИМБП РАН, РКК "Энергия", РХТУ им.Менделеева, а также космонавтов: Авдеева C.B., Калери А.Ю., Падалки Г.И., Шарипова С.Ш., Усачева Ю.Н., оказавших помощь на этапах подготовки и проведения данного эксперимента. Автор выражает благодарность коллегам: Владимирову Д.А, Еременко В.Г., Ермакову Г.К., Кириллову С.Ю., Мысеву И.П., Никанорову А.Г., Павлову И.В., Петрову В.И., Петровой Л.И., Поленову Б.В., Романову A.B., Федорову С.М., Чебышову С.Б., Юдину В.Н. (ФГУП НИЦ "СНИИП"), Акатову Ю.А., Архангельскому В.В., Петрову В.М., Шуршакову В.А. (ГНЦ ИМБП РАН), Лягушину В.И., Пронину М.А. (РКК "Энергия"), Крылову A.B. (РХТУ им.Менделеева), а также Гулому В.Г., Печни-кову В.В. и Плаксину Г.М (ЗАО "СНИИП-Плюс") за помощь в осуществлении описанного эксперимента и подготовке материалов диссертационной работы.

1. Акатов Ю.А., Ковалев E.E., Петров B.M., Скворцов С.С., Скуредин В.П., Смиренный JI.H. Результаты экспериментальных исследований по дозиметрии и защите на ИСЗ "Космос-110" // Космические исследования. Т.VII. N2. -М.:1969. -С.317-319.

2. Акатов Ю.А., Ковалев Е.Е., Петров В.М. и др. Результаты экспериментальных исследований по дозиметрии и защите на ИСЗ "Космос-1107/ Космические исследования. Т.7. Отдельный оттиск. -1969.

3. Smirennyi L.N., Litvinova E.G., Khortsev A.V. Study of Spatial Distribution of Tissue Doses with the Aid of a Phantom-mannequin // The Third International Congress of Protection Association. Washington, New-York. September 9-14, 1973.-P.42.

4. Акатов Ю.А., Красильников Г.В., Кузнецов В.Г. и др. Методика расчета дозы от протонов космических лучей // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-физические исследования. Вып.8 (16). -1990.

5. Рекомендации Международной Комиссии по радиологической защите 1990 года. -М.: Энергоатомиздат. 1994. -С. 191.

6. Гинзбург B.JI. и др.Исследование интенсивности заряженных частиц во время полетов 2-го и 3-го кораблей-спутников // В сб. Искусственные спутники Земли. -Вып. 10. -М.: АН СССР. 1961.

7. Нестеров В.Е. Радиационная опасность при космических полетах. -М.: Мир.-1964.-С.516.

8. Орбели JI.A. План научно-исследовательской работы по вопросу о влиянии стратосферных условий на организм человека и животных // В кн.: Труды Всесоюзной конференции по изучению стратосферы. -31 марта-6 апреля, 1935. -С.585-590.

9. Григорьев Ю.Г. Радиационная безопасность космических полетов. Радиобиологические аспекты.- М.: Атомиздат. -1975.

10. Phillips Т. Can people go to Mars, National Aeronautics and Space Administration. http:// www.nasa.gov/vision/ space/livinginspace/17febradiation.htm. -2007.

11. Вернов C.H., Савенко И.А., Сакун О.И. и др. Дозы радиации при длительном орбитальном полете в околоземном пространстве // Космические исследования. -Т.11. -N2. -1973. -С.321-328.

12. Приборы для измерения ионизирующих излучений. Под ред. С.Б.Чебышова и Д.Б.Хазанова // Ядерное приборостроение. T.l. -М.-2005.-С.16-17,130,241-243.

13. Смиренный J1.H. История космических фантомов // Информационно-аналитический портал о космосе SpaceNews.ru. -http: // www.spacenews.ru/ spacenews/ live/ fulldegests.asp?id=7113. -2004.

14. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Нормы безопасности при продолжительности полетов до трех лет. Государственный стандарт СССР. ГОСТ25645.215-85. -М.: Госстандарт СССР. -1986.

15. Guidance on radiation received in space activities. Recommendation of the National Council on Radiation Protection and Measurements, NCRP Report №98., 7910 Woodmont Avenue// Bethesda. MD.20814. -1989.

16. Ограничение облучения космонавтов при околоземных космических полетах (ООКОКП-2004). Методические указания МУ 2.6.1. 44-03-2004. -М:2004.

17. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) СП 2.6.1.758 99. -М.: Минздрав России. -1999.

18. Боков И.Г., Демин И.П., Кеирим-Маркус И.Б., Ковалев Е.Е., Ларичев А.В., Сакович В.А., Смиренный Л.Н., Сычков М.А. Радиационная безопасность при космических полетах.-М.: Атомиздат.1964. -С.371.

19. Хаффнер Дж., Ядерное излучение и защита в космосе. -М.:Атомиздат.-1971. -С.318.

20. Поленов Б.В. Дозиметрические приборы для населения. -М.: Энерго-атомиздат. 1991. -С.7,26-35.

21. Shurshakov V.A. Radiation monitoring on board the Russian Segment of the International Space Station: up to day status and future developments // Workshop Italian Institute of Culture. Stockholm, Sweden.-18-20 October,2001. - рЛ 55159.

22. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗов. -М.: Наука. -1974. -С.887-891.

23. ГОСТ 25645.212-85. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Характкристики ядерных взаимодействий многозарядных ионов. Госстандарт. М. -1985.

24. ГОСТ 25645.136-86. Ветер солнечный. Состав, концентрация частиц и скорости. Издательство стандартов. -М. -1986.

25. ГОСТ 25645.130-86. Излучение рентгеновское солнечное. Амплитудные характеристики. -М.: Издательство стандартов. -1986.

26. ГОСТ 25645.132-86. Гамма-излучение космическое дискретных источников. Энергетические спектры и угловые координаты. Госстандарт. -М. -1986.

27. The Phantom Torso, Science@NASA. -http: // science.nasa.gov/ headlines/ y2001/ ast04mayl.htm. -2001.

28. Модель космического пространства. Под ред. С.А.Вернова.-T.l -М.:МГУ. -1983. -С.432

29. Иванов В.И. Курс дозиметрии. -М.: Атомиздат. 1970. С.125-137.

30. Тканевые дозы нейтронов в теле человека. Справочник. -М.: Атомиздат.-1972.-С.154-157.

31. ГОСТ 18622-79. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом. Химический состав тканеэквивалентного вещества. -М.: Издательство стандартов. -1979.

32. Веприк Я.М., Ковалев Е.Е., Скворцов С.С., Смиренный J1.H. Измерение доз ионизирующего излучения методом ядерных эмульсий на спутнике

33. Космос-110" // В сб. Вопросы дозиметрии и защиты от излучений. Вып.10. -М.: Атомиздат. -1967. -С. 153-156.

34. Yasuda Н., Komiyama Т., Badhwar G.D. et al. Organ Tissue Doses Me-sured with Solid-State Integrating Dosemeters in a Low-Earth-Orbit Space Mission.

35. Алексеев А.Г., Кирякова H.B., Крючков В.П., Дунилин В.М., Косья-ненко Е.В., Спиров Е.Г. Метрологические вопросы использования индивидуальных дозиметров нейтронов ДВН-А-01 и ДВГН-01. Протвино.: ИФВЭ 200414. -2004.-С.З-4.

36. Radiation Protection Dosimetry. -Vol.89. -Nos 3-4. -2000. -P.239-242, 301304.

37. Phantoms and Computational Models in Therapy // Diagnosis and Protection, ICRU Report 48.

38. Васильев B.H., Сидорин В.П., Ставицкий P.B. Поглощенная доза в тканеэквивалентной среде при облучении низкоэнергетическими фотонами. -М.: Препринт МИФИ 028-86, 1986. -С.24.

39. Internation Standards Organisation, Reference Neutron Radiation-Part-2: Calibration Fundamental Related to the Basic Quantities Characterizing the Radiation Field // International Standard ISO 859-2 (Geneva ISO). -2000.

40. Battlet D.T. and Alberts W.G. Radiat. Prot. Dosim. 54. -1994. -P.259-266.

41. Determination of Operational Dose Equivalent Quantities For Neutrons // ICRU Report 66, Journal of the ICRU. -Vol.1. -No3. -2001.

42. ГОСТ 25645.203-83. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Госстандарт. -М. -1984.

43. Petrov V.M., Kartashov D.A., Kireeva S.A., Shurshakov V.A., Semkova J., and Todorova G. Effective dose estimation in space flight using a sphere phantom // The 2-nd International Workshop on Space Radiation Research. Nara, Japan, March 11-15.-2002.

44. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете: Метод расчета радиационного риска: Методические указания Госстандарта СССР РД 50.25645-205-83. -М. -1984.

45. Красильников Г.В., Перова JI.A., Сахаров В.М. Эквивалентная доза космических лучей в представительных точках моделей тела человека // Авиакосмическая и экологическая медицина. -N2. -1992. -С.35-41.

46. Безопастность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете: Методика расчета экранированности точек внутри фантома. ГОСТ СССР, ГОСТ25645.204-83. -М. -1984.

47. Биологическое действие протонов высоких энергий (к оценке радиационной опасности космических полетов). Под ред. Григорьева Ю.Г.- М.: Атомиздат. -1967.

48. Шварц К.К., Грант З.А., Меже Т.К., Грубее М.М., Термолюминис-центная дозиметрия.-Рига.: Зинатне. -1968. -С.185.

49. Зейдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. -М.: Наука.1965.

50. Козлов В.Ф., Трошкин Ю.С. Справочник по радиационной безопасности. -М.: Атомиздат. -1967. -С.5-25.

51. Мучин П.В. Безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие для вузов. -Новосбирск.: СГТА. -2003.- С.276.

52. Seltzer S.M. An assessment of the role of charged seconderies from none-lastic nuclear interaction by therapy proton beam in water // National Institute of Standards and Tehnology Technical Reports No. NISTIR 5221. -1993.

53. Каляев Б.Е., Шуршаков B.A., Лягушин В.И.Исследование радиацион-но-защитных свойств водородосодержащих материалов в условиях орбитального полета.// В сборнике Научная сессия МИФИ-2006. -Т5.-М.-2006.-С. 136-137.

54. Дудкин В.Е., Ковалев Е.Е., Смиренный Л.Н., Сычков М.А. Защита от протонов солнечных вспышек // В сб. Вопросы дозиметрии и защиты от излучений. Вып.З. -М.: Атомиздат, 1964. -С.168-173.

55. MacKay G. F., Thomson I., Ng A., Sultan N. Applications of MOSFET Dosimeters on MIR and on BION Satellites // IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE. -V. 44,6. -1997. -P. 02048-02051.

56. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник в 2-х книгах под ред. А.Н. Баратова и др. М.: Химия. -1990. -С. 970.

57. Болодьян И.А., Жевлаков А.Ф., Третьяков В.А., Мелихов А.С. О способности полимеров к горению в атмосфере, содержащей горючие газы // В сб. Вопросы горения и тушения полимерных материалов в обогащенных кислородом средах. М.: ВНИИПО. -1979. -С. 22-27.

58. Даренская Н.Г., Акоев И.Г. Пространственное распределение поглощенных доз и биологические эффекты лучевых воздействий // В кн.: Вопросыобщей радиобиологии. Под ред. Домшлака М.П. -М.: Атомиздат. -1971. -С.96-97.

59. Radiation Familiarization // Space Radiation Analysis Group (Johnson Space Center) NASA, http:// srag.jsc.nasa.gov/index.cfm. -2006.- P.28.

60. Физические аспекты радиационной безопасности космических полетов. Взаимодействие протонов высоких энергий с биологической тканью // В монографии Биологическое действие протонов высоких энергий Под ред. Григорьева Ю.Г. -М.: Атомиздат, 1967. -С.8-22.

61. Schaefer H.J. Dosimetry of radiation fields in space // In: Bioastronautics. Ed. H.J.Schaefer, McMillan Company. -N.Y.-1964. -P.129-172.

62. Schaefer H.J. Local LET spectra in tissue for solar flare protons in space and for neutron-produced recoil protons // In: Biological Effects of Neutron and Proton Irradiations. Internet. Atomic Energy Agency, Vienna. -V.l. -1964. -P.297-306.

63. Лукьянов В.Б., Бердоносов С.С., Богатырев И.О., Заборенко К.Б. Радиоактивные индикаторы в химии. -М: Высшая Школа. -1977.-С.10-11.

64. Акатов Ю.А., Ковалев Е.Е., Петров В.М., Скворцов С.С., Скуредии В.П., Смиренный Л.Н. Результаты экспериментальных исследований по дозиметрии и защите на ИСЗ "Космос-110"// Космические Исследования. -T.VI1. -N2. -М. -1969. -С.317-319.

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

66. Yucker W.R. Body Self-shielding distributions using thecomputerized anatomical male and female (cam/caf) models // McDonnel Douglas Space Systems Company (Design and Technology Center) MDC 92H0940. -California. -1992. -P.40.

67. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99) СП 2.6.1.799-99. -М.: Минздрав России.

68. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. -М.:Наука.1986.-С.138148.1. ШЯВ. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

69. ВНИ И ФТРИ п0 ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ1. РО СТЕХРЕГУЛИРОВ АНИЕ

70. Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» ФГУП «ВНИИФТРИ»1141570, п.о. Менделееве Солнечногорского р-на. Московской оба

71. Тел.-факс: (095) 535-08-34 Е-тзЛ: yarina@yniinn.ru

72. Аттестат аккредитации Госстандарта России № 075 от 05 апреля 2004 г.

73. Лицензия Госатомнадзора России ЦС-С9-501-1582 от 21 ноясоя 2002 г.

74. СВИДЕТЕЛЬСТВО О ПОВЕРКЕ № 41150

75. Действительно до -/•/, 2007 г.

76. Теомолюминеспентный дозиметотипа

77. Наименование средства измерений;1. Накачу 3500номер0110451принадлежащий ГНЦ РФ ИМБП РАН, г. Москвапредприятие , адрес)с комплектом дозиметров типа «ЙД-3 МКС», детекторы типа ДТГ-4

78. Погрешность в диапазоне доз от 50 мкЗв до 10 Зв составляет ±15. % (Р-0,95).

79. Поверен и на основании результатов периодической поверки признан пригодным к применению.ата1. У/. 11 2006 г. / /1. Директор ЦМИИ Поверительи-у/1. О?',.1. В.П. Ярына В.А. Берлянд

80. САНИТАРНО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ №12-121-11/04'о возможности использования на МКС аппаратуры КОМПЛЕКТ-ФАНТОМ, АБЛК412118.403 КЭ МАТРЁШКА-Р и КОМПЛЕКТ-СПД1. Объект исследования.

81. Аппаратура КОМПЛЕКТ-ФАНТОМ (изготовитель СНИИП), АБЛК412118.403 КЭ МАТРЁШКА-Р и КОМПЛЕКТ-СПД (изготовитель ИМБП).1. Цель исследования.

82. Результата анализов приведены в таблице.

83. В токсикологическом отношении выделяющиеся вещества относятся к умеренно и мало опасным соединениям и в обнаруженных концентрациях не являются опасными для здоровья космонавтов.

84. Динамика газовыделения из аппаратуры при 40° С. Экспериментальные данные пересчитаны для термокамеры объемом 1 м .

85. NsNi пп Обнаруженные вещестава Приведенная к 1 ы1 конценрация веществ в мг/м3. пдк

86. Фон 1 сут. Зсут. 5 сут. 7 сут. 10 сут. 360 сут.

87. Метан 2,10 0,29 0,32 0,36 0,48 0,49 3500

88. Этилен < 0,001 0,005 0,009 0,016 0,008 0,007 20,0

89. Этан < 0,001 0,004 0,006 0,014 0,009 0,007 20,0

90. Пропан < 0,001 < 0,001 0,004 0,005 0,010 0,009 20,0

91. Пропилен < 0,001 0,019 0,031 0,047 0,004 0,065 200

92. Изобутан < 0,001 0,006 0,008 0,011 0,034 0,12 20,0

93. Гексан < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 0,004 5,0

94. Гептан 0,004 0,012 0,075 0,14 0,18 0,26 10,0

95. Метилциклогексан 0,002 < 0,001 <0,001 < 0,001 < 0,001 <0,001 3,0

96. Метанол < 0,001 0,28 0,36 0,40 0,44 0,53 0,2

97. Этанол 0,022 0,21 0,62 0,79 0,69 1,12 10,0

98. Изопропанол < 0,001 < 0,001 < 0,001 0,011 < 0,001 0,002 1,513. н-Пентанол < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 1,3

99. Ацетон 0,001 0,19 0,32 0,47 0,45 0,64 1,0

100. Метилэтилкетон 0,003 0,28 0,34 0,46 0,61 0,71 0,25

101. Диэтилкетон < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 0,517, Толуол <0,001 0,84 1,32 1,81 1,93 2,73 8,018. м,л-Ксилолы < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 5,019. 1,2-Дихлорэтан 0,002 < 0,001 < 0,001 | < 0,001 < 0,001 < 0,001 0,5

102. Примечание. Величина < 0,001 ( чувствительность метода анализа ) указывает, что вещество не обнаружено.

103. На применение изделий из полиуретана системы ТДИ, который входит в состав фантома МАТРЁШКА-Р, имеется разрешение Госаннадзора № 77.01.03. 229.П, 15578.05.1 от 21.05.01.1. ВЫВОД

104. Аппаратура КОМПЛЕКТ-ФАНТОМ, АБЛК412118.403 КЭ МАТРЁШКА-Р и КОМП-ЛЕКТ-СПД и соответствуют требованиям безопасности ГОСТ Р 50804, SSP 50260, SSPP 50094 и ISS MORD и может быть использована на МКС.

105. Заведующая лабораторией Ведущий научный сотрудник Ведущий научный сотрудник

106. Л.Н. Мухамедиева К.Н. Микос Г.И. Соломин1. СОГЛАСОВАНО1. Акт №18/12

107. Конструкторско-доводочных испытаний (КДИ) «Комплекта Фантом» зав. № 01.5 декабря 2003 г.г. Москва

108. Фантом» прошёл испытания по п.п. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10 с положительными результатами.

109. По п, 7 программы КДИ засчитаны результаты, полученные по л.5 в соответствии с п. 4.9 программы.

110. По п. 8, 9 программы КДИ испытания не проводились согласно п.п. 4.10 и 4.11, т.к. они обеспечены расчётами.

111. По п. 11 программы (подпункты 11.1, 11.2, 11.3, 11.4) выполнение требований обеспечено соответствующими заключениями по результатам экспертизы и исследованиями «Фантома».1. ФГУПниц «сниип»1. Протокол № 3

112. Конструкторско-доводочных испытаний комплекта1. Лист 1 из 11. ФАНТОМ»1. Протокол № 3

113. Конструкторско-доводочных испытаний комплекта «ФАНТОМ» АБЛК.412118.403 НИ (контроль целостности после воздействия транспортировочных перегрузок)1. Объект испытаний:

114. Комплект «ФАНТОМ» с укладкой.

115. Условия проведения испытаний:температура окружающего воздуха +21°С;1. Представитель ОТК1. Представитель ПЗ 22881. В.С. Соколов.

116. Начальник лаборатории 18151. И.С. Карцев.1. ФГУПницсниип»1. Протокол № 4

117. Конструкгорско-доводочиых испытаний комплекта1. Лист 1 из 11. ФАНТОМ»1. Протокол № 4

118. Конструкторско-доводочных испытаний комплекта «ФАНТОМ» АБЛК.412118.403 ПИ (контроль целостности после воздействия ударных перегрузок)1. Объект испытаний:

119. Комплект «ФАНТОМ» с укладкой.

120. Дата и место проведения испытаний: 02.12.03г. испытательный полигон НИЦ «СНИИП».3. Цель испытаний:- проверка целостности после воздействия ударных перегрузок по п.3.6.2.6 ТЗ.

121. Условия проведения испытаний:- температура окружающего воздуха +21 °С;- относительная влажность окружающего воздуха 62%;- атмосферное давление 758 мм рт.ст.5. Методика проверки:- проверка проводилась по п. 4.7 программы КДИ.

122. Начальник лаборатории 18151. Ведущий конструктор1. И.С. Карцев.

123. ФГУП Протокол № 5 Лист 1 из Iниц Конструкторско-доводочных испытаний комплектасниип» «ФАНТОМ»1. Протокол № 5

124. Конструкторско-доводочных испытаний комплекта «ФАНТОМ» АБЛК.412118.403 ПИ (контроль целостности после воздействия вибрациоиных нагрузок)1. Объект испытаний:

125. Комплект «ФАНТОМ» с укладкой.

126. Дата и место проведения испытаний: 02,12.03г. испытательный полигон НИЦ«СНИИП».3. Цель испытаний:- проверка целостности после воздействия вибрационных нагрузок по п. 3.6.2.8 ТЗ.

127. Условия проведения испытаний:- температура окружающего воздуха +21 °С;- относительная влажность окружающего воздуха 62%;- атмосферное давление 758 мм рт.ст.5. Методика проверки:- проверка проводилась по п. 4.8 программы КДИ.

128. Испытательное и контрольно-измерительное оборудование:- вибростенд ВЭДС-400А №145 аттестат №22 до марта 2004г.7. Результаты испытаниймеханических повреждений нет

129. Замечания и рекомендации НЕТ9. Заключение:

130. ФГУП Протокол № 6 Лист 1 из 1ниц Конструкторско-доводочных испытаний комплекта1. СНИИП» «ФАНТОМ»1. Протокол № 6

131. Конструкторско-доводочных испытаний комплекта «ФАНТОМ» АБЛК.412118.403 ПИ (контроль целостности после климатического воздействия и воздействия газовойсреды)

132. Объект испытаний: Комплект «ФАНТОМ» с укладкой.

133. Дата и место проведения испытаний: 20.11,- 25.11.03г. испытательный полигон НИЦ «СНИИП».3. Цель испытаний:- проверка целостности после климатического воздействия и воздействия газовой среды по п. 3.б.1-3.6.4 ТЗ.

134. Условия проведения испытаний:- температура окружающего воздуха +21 °С;- относительная влажность окружающего воздуха 62%;- атмосферное давление 758 мм рт.ст5. Методика проверки:- проверка проводилась по п. 4.12-4.18 программы КДИ.

135. Замечания и рекомендации НЕТ9. Заключение:- результаты испытаний положительные соответствует п. 3.6.1-3.6.4 ТЗ1. Jji

136. Представитель ОТК М.В. Щепецкой1. J/

137. Представитель ПЗ 2288 ( B.C. Соколов.

138. Начальник лаборатории 1815 В.И.Петров.

139. Ведущий конструктор // И.С. Карцев.

140. После проведения испытаний «Фантома» зав. № 01 по программе КДИ детекторы, включенные в его состав, переданы Заказчику для определения их пригодности.

141. Зам. председателя комиссии: Зав. лабораторией ИМБП РАН1. И Л ТТЫ-пто!1. В. А. Шуршаков

142. Члены комиссии: Представитель ПЗ 2288 Начальник лаборатории отдела 2450 Представитель ОТК Представитель отделения 18 Представитель отделения 18 Представитель отделения 141. В.С. Соколов А.А. Ткачев1. М.В. Щепицкой1. И.С. Карцев

143. ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

144. УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «НИЦСНИИП»1. ПРОТОКОЛприемо сдаточных испытаний

145. Комплект Фантом АБЛК.412118.403 на соответствие Техническим условиям АБЛК.412118.403 ТУ.п/п Наименование контрольной операции Данные проверки Примечания1. Требования Фактически

146. Комплектность 1.1; 1.3 ТУ Соответствует ТУ

147. Маркировка 1.4.1-1.4.4 ТУ Соответствует ТУ

148. Упаковка 1.5.1 ТУ Соответствует ТУ

149. Контрольная аппаратура (тип, номер) Весы механические тип РП -50 Ш 13, линейка ГОСТ 4247

150. Проверку производили " /£ " декабря 2003 г.л ! /1. Т/Г1. М.В. Щепецкой1. Заключение:

151. Комплект Фантом АБЛК.412118.403 соответствует Техническим условиям БЛК.412118.403 ТУ и допускается к эксплуатации в составе РС МКС. Изготовлен по НА-76. Годен для ПКК.

152. Гарантийный срок эксплуатации 5 лет с " # ." декабря 2003 г. по декабря 2008 г.

153. Представитель ОТК Представитель 2288 ПЗ^Л^лУ1. М.В. Щепецкой1. В.С. Соколовдекабря 2003 г.

154. ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НИЦ «СНИИП»

155. ПРОТОКОЛ Приемо-сдаточных испытаний.

156. Комплект Фантом АБЖ.412118.403-01 на соответствие Техническимусловиям АБЖ.412118.403ТУп/п Наименование контрольной операции Данные проверки Примечаниятребования фактически

157. Комплектность 1.1;1.3 ТУ Соответствует ТУ С учетом технического решения

158. Маркировка 1.4.1- • 1.4.4ТУ Соответствует ТУ

159. Габаритные размеры: Укладки комплекта Фантома (не более 150x300x400 мм.) Масса: Укладки комплекта Фантома (не более 2 кг.) 1.2.3 ТУ 140x240^380 мм 1.61 кг. Соответствует ТУ

160. Упаковка 1.5.1 ТУ Соответствует ТУ Передана в ИМБП

161. Контрольная аппаратура (тип, номер): Весы механические- тип РП-50Ш13, линейка ГОСТ 4247

162. Проверку производили « ¡Ь » июня 2004 года Л//укЗУП М.В. Шепеакой.

163. ЗАКЛЮЧЕНИЕ: ^ Комплект Фантом АБЖ.412118.403-01 соответствует (с учетом технического решения) Техническим условиям АБЖ.412118.403ТУ и допускается к эксплуатации в составе PC МКС. Изготовлен по НА-76. Годен дляПКЗС

164. Гарантийный срок эксплуатации 5 лет с «/¿»июня 2004 года по « /¿»июня 2008 грда.

165. Представитель ОТК Ш\ГгР<Су М.В. Щепецкой.

166. Настоящее заключение составлено по результатам работ, выполненных в соответствии с письмом Института медико-биологических проблем Ла 50-10-03/1928 от 14.10.2003г.

167. Комплект «Фантом» представляет собой шар массой 28 кг и диаметром 350 мм, закрепленный на подставке. Шар выполнен из горючего тканеэквивалентного материала -полиуретана системы ТДИ.

168. Главный научный сотрудник,дтн .А.С.Мелихов1. Росс/-. •ОС*1. КО К> :ю:;-0С-3-у5*ДСнО Пр'г-.КЭ Мм1. Росс*»йеной 01 27 -0 2000

169. ГОСУДАРСТВЕННАЯ САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА

170. РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГЛАВНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ САНИТАРНЫЙ ВРАЧ1. МОСКВЕ• веоомстаа)

171. САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ7701.03.223.П.15578. 05.1 ОТ 21.05.01