Гетерогенный радиационно-защитный экран для космических аппаратов

Гетерогенный радиационно-защитный экран для космических аппаратов

Автор: Телегин С.В., Саунин В.Н., Драганюк О.Н., Драганюк М.Н.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Технологические процессы и материалы

Статья в выпуске: 4 т.16, 2015 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрено моделирование элементного состава слоев и свойств гетерогенных (многослойных) защитных экранов бортовой аппаратуры космических аппаратов при воздействии излучений естественных радиационных поясов Земли, которые приводят к сбоям в полупроводниковых элементах электронной аппаратуры и выходу из строя космического аппарата в целом. Рассмотрены 4 различные конструкции экрана и проведен сравнительный анализ с основным радиационно-защитным материалом для космических аппаратов - алюминием. Для экранов были выбраны материалы, обладающие высокими сечениями реакций и невысокой плотностью среди легких и тяжелых химических элементов. Массовые коэффициенты ослабления боросодержащих веществ на 20 % больше, чем у алюминия. Гетерогенные экраны состоят из трех слоев: стеклоткань, боросодержащий материал, никель. Использование в защитном экране тяжелого метала позволяет добиться уменьшения тормозного излучения на выходе. Количество прошедших через такой экран гамма-квантов в 4 раза меньше, чем в алюминии. Толщины рассматриваемых экранов - 5,95 и 6,2 мм. Проведен сравнительный анализ однородных и многослойных защитных композиций с одинаковым химическим составом. Выявлены преимущества гетерогенного защитного экрана над однородными аналогами и алюминием по массе и экранирующим свойствам. Расчеты дозовых характеристик и пропускающей способности проводились методом Монте-Карло. Наиболее эффективным радиационно-защитным экраном по результатам работы является трехслойная композиция с использованием карбида бора. Поглощенная доза такого экрана в 2 раза меньше, чем у алюминиевого аналога; число прошедших за экран гамма-квантов меньше в 4 раза. Также гетерогенный экран будет иметь массу на 10 % меньше, чем алюминиевый, при одинаковом коэффициенте ослабления потока электронов. Такие гетерогенные экраны могут использоваться для защиты космических аппаратов, выводимых на геостационарную орбиту. Причем возможно нанесение защитных покрытий из боросодержащего материала и никеля на уже изготовленные корпуса космических аппаратов.

Еще

Радиационная защита, композиционный материал, моделирование, поток электронов, экранирующая способность

Короткий адрес: https://sciup.org/148177520

IDR: 148177520

Список литературы Гетерогенный радиационно-защитный экран для космических аппаратов

  • Анашин В. С. Проблемы обеспечения высоких сроков активного существования РЭА спутников связи//Электросвязь. 2009. № 4. С. 19-22.
  • Кузнецов Н. В. Радиационная опасность на околоземных орбитах и межпланетных траекториях космических аппаратов . URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/crd/crd3.htm 29/12/2014.
  • Модель космоса. Т. 2. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов/под ред. Л. С. Новикова. 8-е изд. М.: Книжный дом «Университет», 2007. 1144 с.
  • Павленко В. И., Едаменко О. Д., Ястребинский Р. Н. Радиационно-защитный композиционный материал на основе полистирольной матрицы//Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. 2011. № 3. С. 113-116.
  • Моделирование воздействий быстрых электронов на полимерные радиационно-защитные композиты/В. И. Павленко //Радиационная физика твердого тела: тр. 22 Междунар. конф./под ред. Г. Г. Бондаренко (9-14 июля 2012, г. Севастополь). С. 222-228.
  • ITS: the integrated TIGER series of electron/photon Monte Carlo transport codes Version 3.0./J. A. Halbleib //IEEE Trans. Nucl. Sci. 1992.
  • 39 (4). P. 1025-1029.
  • Extrapolated ranges of electrons determined from transmission and projected-range straggling curves/Tatsuo Tabata //Radiation Physics and Chemistry. 2002. № 64. Р. 161-167.
  • Radiation shielding for a lunar base/J. Bell //NationalAeronauticsandSpaceAdiminstratoin, 2011.
  • Безродных И. П., Морозова Е. И., Петрукович А. А. Тормозное излучение электронов в веществе космического аппарата. Методика расчета//Вопросы электромеханики. 2011. Т. 120. С. 37-44.
  • Радиационные воздействия на материалы космической техники. Поверхность/Л. С. Новиков //Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2009. № 3. C. 1-18.
  • Беспалов В. И. Лекции по радиационной защите: учеб. пособие. Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2012. C. 40-42.
  • Кимель Л. Р., Машкович В. П. Защита от ионизирующих излучений: справочник. 2 изд. М.: Атомтдат, 1972. 312 с.
  • Хаффнер Дж. Ядерное излучение и защита в космосе. М.: Атомиздат, 1979. 304 с.
  • ГОСТ 19170-2001. Стекловолокно. Ткань конструкционного назначения. Технические условия. Введ. 2001-03-24./Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации. М.: Изд-во стандартов, 2002. 20 с.
  • Varga L., Horvath E. Evaluation of electronics shielding in micro-satellites. Technical memorandum. DRDC Ottawa TM 2003-017. Defence R&D Canada. Ottawa, 2003. 25 p.
  • Беспалов В. И. Пакет программ ЕРНСА для статистического моделирования поля излучения фотонов и заряженных частиц//Изв. вузов. Физика. Приложение. 2000. № 4. C. 159-165.
  • Anashin V. S. Elektrosvyaz’. 2009, No. 4, P. 19-22 (In Russ.).
  • Kuznetsov N. V. Radiatsionnaya opasnost’ na okolozemnykh orbitakh i mezhplanetnykh traektoriyakh kosmicheskikh apparatov (In Russ.). Available at: http://nuclphys.sinp.msu.ru/crd/crd3. htm (accessed 29.12.2014).
  • Novikov L. S. Model’ kosmosa. 8 izd. T. 2: Vozdeystvie kosmicheskoy sredy na materialy i oborudovanie kosmicheskikh apparatov. Moscow, Knizhnyy dom Universitet Publ., 2007, 1144 p. (In Russ.).
  • Pavlenko V. I., Edamenko O. D., Yastrebinskiy R. N. Vestnik BGTU im. V. G. Shukhova, 2011, No. 3, P. 113-116 (In Russ.).
  • Pavlenko V. I., Bondarenko G. G., Tarasov D. G., Edamenko O. D. . 22 mezhdunarodnaya konferentsiya “Radiatsionnaya fizika tverdogo tela” pod red. G. G. Bondarenko , Sevastopol’, 2012, P. 222-228 (In Russ.).
  • Halbleib J. A., Kensek R. P., Valdez G., Seltzer S. M., Berger M. J. ITS: the integrated TIGER series of electron/photon Monte Carlo transport codes -Version 3.0. IEEE Trans. Nucl. Sci., 1992, Vol. 39 (4), P. 1025-1029.
  • Tatsuo Tabata; Vadim Moskvin, Pedro Andreo, Valentin Lazurik,Yuri Rogov. Extrapolated ranges of electrons determined from transmission and projected-range straggling curves. Radiation Physics and Chemistry, 2002, No. 64, P. 161-167.
  • Bell J., Martin C., Lail D., Nguyen P. Radiation shielding for a lunar base. National Aeronautics and Space Adiminstratoin, 2011.
  • Bezrodnykh I. P., Morozova E. I., Petrukovich A. A. Voprosy elektromekhaniki, 2011, Vol. 120, P. 37-44 (In Russ.).
  • Novikov L. S., Mileev V. N., Voronina E. N., Galanina L. I., Makletsov A. A., Sinolits V. V. Rentgenovskie, sinkhrotronnye i neytronnye issledovaniya, 2009, No. 3, P. 1-18 (In Russ.).
  • Bespalov V. I. Lektsii po radiatsionnoy zashchite: ucheb.posobie. Tomsk, Izd-vo Tomskogo politekhnicheskogo universiteta Publ., 2012, P. 40-42 (In Russ.).
  • Kimel’ L. R., Mashkovich V. P. Zashchita ot ioniziruyushchikh izlucheniy. Spravochnik. Izd. 2. Moscow, Atomizdat Publ., 1972, 312 p. (In Russ.).
  • Khaffner Dzh. Yadernoe izluchenie i zashchita v kosmose. Moscow: Atomizdat Publ., 1979, 304 p.
  • GOST 19170-2001. Steklovolokno. Tkan’ konstruktsionnogo naznacheniya. Tekhnicheskie usloviya. Moscow, Standartinform Publ., 2002, 20 p. (In Russ.).
  • Varga L., Horvath E. Evaluation of electronics shielding in micro-satellites. Technical memorandum: DRDC Ottawa TM 2003-017. Defence R&D Canada. Ottawa, 2003, 25 p.
  • Bespalov V. I. Izv. Vuzov. Fizika, Prilozhenie, 2000,
  • No. 4, P. 159-165 (In Russ.).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp