УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Полезная модель относится к области ядерной физики и может быть использована для измерения уровней радиационного воздействия на критические органы человека в условиях длительных полетов в обитаемых отсеках пилотируемых космических аппаратов. Устройство также предназначено для измерения дозовых нагрузок на организм человека для обеспечения радиационной безопасности людей, работающих с источниками ионизирующих излучений, а так же для применения в медицинской технике.
Известен антропоморфный тканеэквивалентный фантом с размещенными в нем дозиметрами (см. Л.Смиренный, «Фантом против радиации», М., «Наука и жизнь» №7, 2005 г.)
Недостатками устройства являются низкая технологичность изготовления конструкции из-за сложности обеспечения однородности свойств материала в отдельных конструктивных элементах, плохая адаптация материала к механической обработке. Значительные массогабаритные характеристики. Отсутствие элементов, обеспечивающих удобство работы в невесомости.
Известно устройство для измерения дозы ионизирующих излучений по патенту Российской Федерации RU №2289826, G01T 1/161, 2006 г. содержащее антропоморфный тканеэквивалентный фантом, внутри которого размещены детекторы ионизирующих излучений.
Недостатками устройства являются значительные массогабаритные характеристики, неадаптированность конструкции к условиям космического полета, высокая трудоемкость изготовления и значительные материальные затраты на изготовление и тиражирование.
2
Наиболее близким к заявленному техническому решению является шаровой водонаполненный фантом, в котором вода (НО) использована в качестве тканеэквивалентного материала, с выполненными внутри фантома каналами, в которых размещены дозиметры, (см. Berger Т., Hajek М., Schoner W., Fugger М., Vana N., Noll М., Ebner R., Akatov Y., Shurshakov V., and V. Arkhangelsky. Measurement of the Depth Distribution of Average LET and Absorbed Dose Inside a Water-Filled Phantom on Board Space Station Mir // Physica Medica. Vol.XVII. - Supplement. - 2001. - P. 128-130.)
Недостатками известного устройства является отсутствие в составе воды азота и углерода, т.е. недостаточное соответствие химического состава тканеэквивалентному веществу в соответствии с ГОСТ 18622-79 «Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом. Химический состав тканеэквивалентного вещества.» -М.: Издательство стандартов. - 1979. Недостатками также являются сложность изготовления устройства, сложность выполнения герметичных каналов для размещения дозиметров, трудность создания отдельных тканеэквивалентных конструктивных элементов и равномерного размещения дозиметров внутри фантома, сложность наполнения фантома водой в условиях космического полета, невозможность полного вытеснения воздуха при наполнении оболочки водой. Представляет опасность возможность разгерметизации оболочки в обитаемых отсеках.
Задачей, решаемой предложенной полезной моделью, является устранение указанных недостатков при создании устройства для измерения дозы ионизирующих излучений для определения уровней радиационного воздействия на критические органы человека, в том числе в условиях длительных полетов в обитаемых отсеках пилотируемых космических аппаратов и обеспечения возможности получения данных о составе воздействующего ионизирующего излучения, его энергетических характеристиках, динамике дозовых перепадов, а также интегральных воздействиях за длительный период, в том числе космических полетов.
Технический результат, полученный от использования полезной модели, заключается в повышении точности измерения воздействия ионизирующего, в том числе космического, излучения на человека при максимально широком энергетическом диапазоне ионизирующих частиц и разнообразии их состава. В повышении удобства и снижении трудоемкости изготовления и операторского обслуживания, удобства переоснащения дозиметрами, в том числе в условиях космического полета. В существенном снижение массогабаритных характеристик, повышении эргономичности, безопасности и экологичности применения, в устойчивости к воздействию внешних дестабилизирующих факторов на этапах транспортировки устройства в земных условиях, при выведении на орбиту и во время полета. Также исключена возможность самопроизвольного отделения элементов устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения дозы ионизирующих излучений содержит шарообразный фантом, в котором выполнены каналы с размещенными в них дозиметрами. Фантом выполнен из тканеэквивалентного материала. Каналы для размещения дозиметров выполнены таким образом, что оси их
лежат в параллельных сечениях фантома. Устройство снабжено пеналами, выполненными из тканеэквивалентного материала. Дозиметры, состоящие из набора пассивных детекторов, помещены в упомянутые пеналы, при этом пеналы с дозиметрами размещены в каналах выполненных в фантоме.
Фантом имеет концентрическую полость.
Каналы для размещения дозиметров равномерно распределены в фантоме.
Пеналы для размещения дозиметров выполнены из того же материала, что и фантом.
Фиксация пеналов с дозиметрами в каналах осуществлена за счет трения.
Шарообразный фантом выполнен из отдельных дисков, последовательно надетых на монтажный стержень, при этом устройство снабжено фланцем, закрепленным на одном конце монтажного стержня.
Устройство снабжено фиксирующим элементом, размещенным на втором конце монтажного стержня.
В монтажном стержне выполнен канал для размещения в нем дозиметра.
Устройство снабжено съемным чехлом для фантома.
Чехол снабжен равномерно расположенными карманами для размещения в них детекторных сборок для учета анизотропии дозового поля на поверхности фантома.
В чехле выполнены застегивающиеся клапаны для замены пеналов с дозиметрами без снятия чехла.
Устройство выполнено из материалов, не поддерживающих горение.
Устройство снабжено элементами в виде петель, ручек для обеспечения удобства манипулирования им в условиях невесомости.
Изобретение поясняется чертежом.
В шарообразном фантоме 1, имеющем концентрическую полость выполнены каналы для размещения в них пеналов 2 с дозиметрами. Фантом 1 выполнен из тканеэквивалентного материала. Каналы для размещения пеналов с дозиметрами выполнены таким образом, что оси их лежат в параллельных сечениях фантома. Пеналы 2, представляющие собой тонкостенные продолговатые емкости, выполнены из тканеэквивалентного материала, в частности из того же материала, что и фантом 1.
Каналы для размещения дозиметров равномерно распределены в фантоме.
Фиксация пеналов 2 с дозиметрами в каналах осуществлена за счет трения. Переоснащение фантома дозиметрами в пеналах осуществляется с внешней стороны, одной рукой и не требует разборки устройства, наличия инструмента.
Шарообразный фантом 1 выполнен из отдельных дисков 3, последовательно надетых на монтажный стержень 4, при этом устройство снабжено фланцем 5, закрепленным на одном конце монтажного стержня 4. На втором конце монтажного стержня 4 размещен фиксирующий элемент 6, выполненный, например, в виде гайки застопоренной любым известным способом. Металлическая система из монтажного стержня 4 с фланцем 5 и элементом 6 обеспечивает устойчивость конструкции к воздействию внешних дестабилизирующих факторов, обусловленных требованиями космического эксперимента. В монтажном стержне 4 выполнен канал (на чертеже не показан) для размещения в нем дозиметра.
Съемный чехол 7 для фантома имеет равномерно расположенные карманы 8 для размещения в них детекторных сборок для учета анизотропии дозового поля на поверхности фантома 1.
В чехле также выполнены застегивающиеся клапаны для замены пеналов 2 с дозиметрами без снятия чехла 7. Количество циклов переоборудования не ограничено. Чехол 7 служит также для исключения самопроизвольного отделения элементов устройства.
Устройство снабжено элементами в виде петель, ручек для обеспечения удобства манипулирования им в условиях невесомости.
При создании опытных образцов устройства были применены нижеописанные материалы и устройства.
В качестве тканеэквивалентного материала (мягкая ткань) устройства и его составных частей применяется в частности полиуретан системы ТДИ (ТУ 2292-031-18563945-2001) в составе (%): Н - 8, 7; С - 56,5; N - 2,6; O - 32,2. Материал характеризуется максимальной приближенностью атомарного состава к тканеэквивалентному веществу по ГОСТ 18622-79, в том числе применительно к составу космического излучения. Газовыделением в окружающую среду в концентрациях не представляющих опасность для здоровья космонавтов, пожаробезопасностью (элементы конструкции из него не поддерживают горение), устойчивостью к перепадам температур от -40°С до +50°С, устойчивостью к воздействию влаги и микроорганизмов. Обеспечена экологичность и безопасность работы с устройством во время орбитального полета.
Детекторы и детекторные сборки в пеналах 2 расположены в каналах фантома 1 с геометрической привязкой к точкам измерения, соответствующим условному расположению критических органов в соответствии с ГОСТ 18622-79. В качестве
основных средств дозиметрии используются термо-люминисцентные детекторы типа ДТГ-4 (ТУ 952511-94) и трековые детекторы CR-39.
Конструкцией предусмотрена возможность штатной установки следующего дозиметрического оборудования, позволяющего получать данные о составе воздействующего ионизирующего космического излучения, его энергетических характеристиках, динамике дозовых перепадов и интегральных воздействиях за длительный период:
- пузырьковый дозиметр предназначенный для исследования вклада в эквивалентную дозу нейтронов и тяжелых заряженных частиц. Размещается в установочных каналах фантома 1.
- "Мосфет-дозиметр" (http://www.rtc.ru/news/2/3976_1.html, дата публикации 29.06.2007), предназначенный для измерения динамики накопления поглощенной дозы. Устанавливается в осевом канале.
- дозиметр "Люлин-5" (http://www.rtc.ru/news/2/3976_1.html, дата публикации 29.06.2007) предназначенный для исследования динамики накопления поглощенной дозы и спектра линейной передачи энергии заряженных частиц. Размещается в установочных каналах фантома.
Заявленное устройство предназначено для широкого применения в различных областях науки и техники для мониторинга и контроля уровней дозовых нагрузок на человека на радиационноопасных объектах: пилотируемых и беспилотных космических аппаратах, на объектах с ядерными реакторами и другими ядерными энергетическими установками. В качестве таких объектов могут рассматриваться подводные и надводные плавательные средства, летательные аппараты с ядерными и изотопными энергетическими установками, атомные электростанции и др. Это обусловлено хорошей тканеэквивалентностью по отношению к нейтронному излучению (-13% по содержанию водорода и +0% по содержанию азота по сравнению с нормативным тканеэквивалентным веществом в соответствии с ГОСТ 18622-79. Применение на объектах хранения и утилизации радиоактивных отходов, находящиеся в жестких климатических условиях. обусловлено устойчивостью устройства к перепадам температур (от -40°С до +50°С), воздействию влаги, микроорганизмов и других внешних дестабилизирующих факторов. В качестве объекта применения также показаны рабочие места с повышенными уровнями радиационного воздействия, места длительного пребывания людей, благодаря экологичности применяемых материалов, низкому газовыделению в окружающую среду.