doc_act

РД 50-25645.216-90 МУ. Безопасность радиационная экипажа. Метод расчета поглощенной дозы космических излучений

Реклама

  Скачать документ



ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО УПРАВЛЕНИЮ
КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ И СТАНДАРТАМ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ



Реклама

БЕЗОПАСНОСТЬ РАДИАЦИОННАЯ ЭКИПАЖА
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА В КОСМИЧЕСКОМ ПОЛЕТЕ

МЕТОД РАСЧЕТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ПОГЛОЩЕННОЙ И ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ДОЗ
КОСМИЧЕСКИХ ИЗЛУЧЕНИЙ ПО ТОЛЩИНЕ
МАТЕРИАЛОВ НА ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НА ОРБИТАХ,
ПРОХОДЯЩИХ ЧЕРЕЗ ЕРПЗ

РД 50-25645.216-90



Реклама

Москва

ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

1990



Реклама

РУКОВОДЯЩИЙ НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете

МЕТОД РАСЧЕТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГЛОЩЕННОЙ И ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ДОЗ КОСМИЧЕСКИХ ИЗЛУЧЕНИЙ ПО ТОЛЩИНЕ МАТЕРИАЛОВ НА ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НА ОРБИТАХ, ПРОХОДЯЩИХ ЧЕРЕЗ ЕРПЗ

РД
50-25645.216-90

Дата введения 01.07.91



Реклама

Настоящие методические указания устанавливают метод расчета поглощенной и эквивалентной доз от протонов и электронов естественного радиационного пояса Земли (ЕРПЗ) за защитой толщиной до 1,5 г/см2 (в массовых единицах длины), выполненной из материалов с зарядом z ? 15 при космических полетах на высотах от 200 до 103 км при разных наклонениях орбиты к плоскости экватора.

Методические указания предназначены для расчетов дозовых нагрузок на биологические и технические объекты, в том числе на космонавтов при их работе вне космического аппарата.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Метод расчета доз от протонов основан на предположении прямолинейного распространения и непрерывного торможения протонов в веществе. Ослабление первичного потока протонов за счет ядерных взаимодействий не учитывают.

1.2. Метод расчета доз от электронов основан на рассмотрении многократного рассеяния в веществе с учетом ионизационных потерь, пренебрегая их флуктуациями. Вклад в дозу от тормозного излучения не учитывают.



Реклама

1.3. Входная информация, необходимая для проведения расчетов, должна содержать:

- дифференциальные энергетические спектры протонов и электронов dN/dEp и dN/dEc, вычисляемые в соответствии с ГОСТ 25645.138, ГОСТ 25645.139;

- заряд z и массовое число А для вещества защиты;

- значения пробегов R(E) и ионизационных потерь S(E) в веществе защиты и веществе-поглотителе, определяемые для протонов в соответствии с РД 50-25645.206 или приложением 1, для электронов - в соответствии с приложением 1. Разрешается использовать для определения R(E) и E(R) аппроксимационные выражения вида:

а) протоны (для защиты из алюминия):



Реклама

RA1(E) = 5,52?102ln(1 + 2,219?10-6E0,421 + 5?10-6E1,78 + 8,66?10-17?Е4,9);

EA1(R) = 7,18?103ln(0,99977 + 3,878?10-3R0,5759 + 1,4455?10-6R1,649);

б) протоны (для тканеэквивалентного вещества).



Реклама

Rтк(E) = 4,14?102ln(1 + 1,19?10-6E0,5834 + 4,116?10-6E1,808 + 5,17?10-17?Е5,004);

Етк(R) = 5,50?102ln(1 - 2,5515?10-6R-0,292 + 6,018?10-3R0,5623 + 2,123?10-6?R1,696);

в) электроны (для защиты из алюминия):



Реклама

RА1(E) = 0,4?E1,32;

EА1(R) = (2,50?R)0,76;

г) электроны (для тканеэквивалентного вещества):

Rтк(E) = 0,353?E1,32; Eтк(R) = (2,83?R)0,76;

где Е в МэВ, R в г/см2;

- зависимость коэффициента качества K[S(E)] от ионизационных потерь S(E) для протонов, определяемую аппроксимацией регламентированных в НРБ-76/87 нормативных значений, в виде:

РД 50-25645.216-90 МУ. Безопасность радиационная экипажа. Метод расчета поглощенной  дозы космических излучений

2. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ПОГЛОЩЕННОЙ И ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ДОЗ ОТ ПРОТОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ

2.1. За исходные данные принимают нормальное падение широкого пучка частиц на плоский полубесконечный слой толщиной d. Защита выполнена из материала с z ? 15, толщина защиты не превышает 1,5 г/см2. Дозу определяют в точке вещества - поглотителя, располагающегося непосредственно за защитой.

2.2. Алгоритм расчета доз от протонов

2.2.1. Поглощенную дозу в веществе защиты от протонов, имеющих энергетический спектр dN/dE, за защитой толщиной dвычисляют по формуле

(1)

где S3(E) - ионизационные потери протонов в веществе защиты, МэВ?г-1?см2;

В - коэффициент перехода от поглощенной энергии к дозе, равный В = 1,6?10-10 Гр?МэВ-1?г;

D - величина поглощенной дозы, Гр;

Е?- энергия протонов на глубине защиты d, связанная с энергией протонов, падающих на защиту Е, соотношением «пробег-энергия»

R3(E?) = R3(E) - d, (2)

где R3(E?) и R3(E) - ионизационные пробеги протонов с энергиями ЕЕ, соответственно, в веществе защиты;

Emin = 0,1 МэВ.

2.2.2. Поглощенную дозу в тканеэквивалентном веществе определяют по формуле

(3)

где Sтк(Е?) - ионизационные потери протонов в тканеэквивалентном веществе.

2.2.3. Эквивалентную дозу от протонов за плоским слоем толщиной d вычисляют по формуле

(4)

2.2.4. Для расчета доз от протонов по формулам (1 - 4) задают расчетную сетку изменения энергий, равномерную в логарифмическом масштабе: Еi = 1,122; 1,414; 1,778; 2,239; 2,818; 3,548; 4,467; 5,623; 7,079, 8,913 МэВ в каждом порядке изменения значений Е. При этом интервалы изменений DЕ равны: DEi = 0,259; 0,326; 0,410; 0,517; 0,650; 0,819; 1,031; 1,298; 1,633; 2,057 МэВ.

2.2.5. Вычисляют значения доз, заменяя интегрирование суммированием по i.

2.2.6. Переходят к другим слоям защиты и (или) тканеэквивалентного вещества.

2.3. Алгоритм расчета доз от электронов

2.3.1. Определяют fmin и fmax, где f(Ee) - дифференциальный энергетический спектр электронов ЕРПЗ в интервале энергий электронов Eemin = 0,04 МэВ и Еemax = 4,0 МэВ.

2.3.2. Задают полное число статистических испытаний N (от 1000 до 5000 историй), присваивают начальные значения накопителей для статистической оценки дозы V = 0 и квадрата дозы U = 0, присваивают начальное значение номеру текущего испытания n = 0.

2.3.3. Определение начальных значений величин для п-го статистического испытания

2.3.3.1. Присваивают начальные значения:

- глубине проникновения электрона в пластину х0 = 0;

- косинусу угла падения электрона (a0) на пластину, cosa0 = l (нормальное падение).

2.3.3.2. Определяют начальное значение энергии падающего электрона Е0 (метод Ноймана):

- генерируют hi, здесь и далее hi - случайные числа, равномерно распределенные в интервале [0; 1];

- вычисляют E = Emin + h1(Eemax - Ecmin), МэВ, (5)

где Eemax и Ecmin - минимальное и максимальное значения энергии в спектре электронов;

- если f(Eс) > fmin + h2(fmax - fmin), то переходят к генерации h1 и h2.

Начальной энергии электрона Е0 присваивают значение Е; Е0 = Е.

2.3.3.3. Полагают п = п+ 1.

2.3.4. Движение электрона через слои вещества в пластине

2.3.4.1. Вычисляют параметр экранирования Мольер e

(6)

где Т = E0/0,511.

2.3.4.2. Определяют средний пробег электрона до рассеяния:

l0 = A/(NAs0), г/см2, (7)

где

NA = 6,022?1023, 1/моль;

(8)

где r0 = 2,818?10-13 см.

2.3.4.3. Определяют пробег электрона до рассеяния

l = -l0lnh3, г/см2. (9)

2.3.4.4. Рассчитывают пробег электрона с энергией Е0

R0 = g(E0), г/см2, (10)

где g(E) - аппроксимирующая функция, связывающая энергию электрона с его пробегом в веществе защиты.

2.3.4.5. Рассчитывают координату точки рассеяния x1

x1 = x0 + cosa0?l, г/см2. (11)

2.3.4.6. Рассчитывают энергию электрона в точке рассеяния

E =g-1(R0- l), МэВ, (12)

где g-1 - функция, обратная g(E).

Если l? R0, перейти к п. 2.3.3.2.

2.3.4.7. Рассчитывают косинус угла рассеяния:

(13)

2.3.4.8. Рассчитывают косинус угла между импульсом электрона после рассеяния и нормалью к пластине (cosa1)

cosa1 = cosa0cosq + sina0sinqcosj, (14)

где j = 2ph5.

2.3.4.9. Если x1 < 0, то переходят к п. 2.3.3.2.

2.3.4.10. Если E1 < Emin, то переходят к п. 2.3.3.2.

2.3.4.11. Если 0 < х < d, то присваивают Е0 = Е;

cosa0 = cosa1; x0 = x1 и переходят к п. 2.3.4.

2.3.5. Определение вклада в поглощенную дозу от п-го испытания

2.3.5.1. Вычисляют

D = 1,6?10-10Si(E1)cosa1, Гр, (15)

где Si - аппроксимирующая функция, связывающая энергию электрона и ионизационные потери в веществе-поглотителе.

V = V + D; (16)

U = U + D2.

2.3.5.2. Если n < N, то переходят к п. 2.3.3.

2.3.6. Определяют средние значения поглощенных доз

Dn = V/N, Гр (17)

и средние квадратичные отклонения

(18)

2.3.7. Поглощенную (эквивалентную) дозу от спектра электронов, распределенных по закону dN/dEe в интервале [Emin, Етах] вычисляют по формуле

(19)

2.4. Примеры расчета поглощенной и эквивалентной доз от протонов и электронов ЕРПЗ приведены в приложении 2.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Справочное

ИОНИЗАЦИОННЫЕ ПОТЕРИ И ПРОБЕГИ ПРОТОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ В АЛЮМИНИИ И ТКАНЕЭКВИВАЛЕНТНОМ ВЕЩЕСТВЕ

1. Протоны

Таблица 1

Энергия, МэВ

Алюминий

Тканеэквивалентное вещество

S,

МэВ?г-1?см2

R,

г?см-2

S,

МэВ?г-1?см2

R,

г?см-2

1,120E-01

4,377E+02

2,941E-04

8,793E+02

1,514E-04

1,410E-01

4,132E+02

3,623E-04

8,267E+02

1,854E-04

1,770E-01

3,826E+02

4,530E-04

7,631E+02

2,308E-04

2,240E-01

3,468E+02

5,823E-04

6,897E+02

2,958E-04

2,810Е-01

3,104E+02

7,565E-04

6,159E+02

3,835E-04

3,540E-01

2,809E+02

1,004E-03

5,317E+02

5,115E-04

4,460E-01

2,614E+02

1,344E-03

4,622E+02

6,977E-04

5,610E-01

2,379E+02

1,806E-03

3,996E+02

9,663E-04

7,100E-01

2,121E+02

2,472E-03

3,423E+02

1,371E-03

8,800E-01

1,885E+02

3,324E-03

2,923E+02

1,910E-03

1,770E+00

1,211E+02

9,383E-03

1,830E+02

5,911E-03

2,240E+00

1,029E+02

1,361E-02

1,555E+02

8,709E-03

2,810E+00

8,751E+01

1,946E-02

1,312E+02

1,272E-02

3,540E+00

7,384E+01

2,877E-02

1,092E+02

1,885E-02

4,460E+00

6,236E+01

4,238E-02

9,065E+01

2,814E-02

5,610E+00

5,256E+01

6,256E-02

7,488E+01

4,217E-02

7,100E+00

4,398E+01

9,370E-02

6,119E+01

6,431E-02

8,800E+00

3,731E+01

1,358E-01

5,045E+01

9,506E-02

1,120E+01

3,105E+01

2,067E-01

4,176E+01

1,476E-01

1,410E+01

2,600E+01

3,093E-01

3,476E+01

2,241E-01

1,770E+01

2,178E+01

4,621E-01

2,894E+01

3,382E-01

2,240E+01

1,811E+01

6,990E-01

2,392E+01

5,177E-01

2,810E+01

1,516E+01

1,045E+00

1,991E+01

7,802E-01

3,540E+01

1,264E+01

1,575E+00

1,652E+01

1,185E+00

4,460E+01

1,055E+01

2,375E+00

1,373E+01

1,799E+00

5,610E+01

8,813E+00

3,572E+00

1,144E+01

2,721E+00

7,100E+01

7,375E+00

5,427E+00

9,516E+00

4,156E+00

8,800E+01

6,278E+00

7,936E+00

8,073E+00

6,104E+00

1,120E+02

5,264E+00

1,213E+01

6,746Е+00

9,372E+00

1,410E+02

4,476E+00

1,813E+01

5,718E+00

1,406E+01

1,770E+02

3,842E+00

2,684E+01

4,894E+00

2,089E+01

2,240E+02

3,310E+00

4,008E+01

4,205E+00

3,129E+01

2,810E+02

2,898E+00

5,854E+01

3,627E+00

4,585E+01

3,540E+02

2,562E+00

8,541E+01

2,239E+00

6,708E+01

4,460E+02

2,297E+00

1,234E+02

2,897E+00

9,719E+01

5,610E+02

2,093E+00

1,760E+02

2,633E+00

1,389E+02

7,100E+02

1,933E+00

2,502E+02

2,427E+00

1,980E+02

8,800E+02

1,826E+00

3,408E+02

2,287E+00

2,702E+02

2. Электроны

Таблица 2

Энергия, МэВ

Алюминий

Тканеэквивалентное вещество

S,

МэВ?г-1?см2

R,

г?см-2

S,

МэВ?г-1?см2

R,

г?см-2

0,010

16,49

3,539?10-4

21,89

2,592?10-4

0,015

12,20

7,111?10-4

15,98

5,304?10-4

0,020

9,844

1,170?10-3

12,79

8,827?10-4

0,030

7,287

2,367?10-3

9,368

1,810?10-3

0,040

5,909

3,900?10-3

7,547

3,008?10-3

0,050

5,039

5,738?10-3

6,408

4,451?10-3

0,060

4,439

7,855?10-3

5,626

6,121?10-3

0,080

3,661

1,284?10-2

4,617

1,007?10-2

0,10

3,117

1,872?10-2

3,994

1,474?10-2

0,15

2,513

3,659?10-2

3,142

2,903?10-2

0,20

2,174

5,804?10-2

2,711

4,624?10-2

0,30

1,839

1,083?10-1

2,285

8,677?10-2

0,40

1,680

1,652?10-1

2,085

1,327?10-1

0,50

1,592

2,260?10-1

1,972

1,820?10-1

0,60

1,540

2,894?10-1

1,901

2,335?10-1

0,80

1,486

4,206?10-1

1,825

3,408?10-1

1,0

1,465

5,546?10-1

1,789

4,508?10-1

1,5

1,460

8,912?10-1

1,764

7,306?10-1

2,0

1,475

1,224?100

1,767

1,011?100

3,0

1,510

1,869?100

1,792

1,563?100

4,0

1,540

2,491?100

1,818

2,102?100

Примечание. При пользовании табл. 1 и 2 для промежуточных значений Е, S и R применяют линейную интерполяцию между двумя соседними значениями.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Справочное

1. Пример расчета поглощенной и эквивалентной дозы от протонов ЕРПЗ

1.1. Выбираем точку околоземного космического пространства с координатами В0 = 0,2 Гс и L0 = 2,0. Для эпохи максимума солнечной активности по ГОСТ 25645.138 находим коэффициенты для расчета энергетического спектра плотности потока протонов с энергией больше Е:

(20)

A0 = 5,9910?101, A1 = -8,6988?101, A2 = 5,2703?101, A3 = -1,5394?101, A4 = 2,1688, A5 = -1,1921.

Дифференциальный энергетический спектр dN/dE вычисляем из выражения (20).

1.2. Из ГОСТ 25645.138 для выбранных В0, L0 находим Emin = 0,1 МэВ, Emax = 200 МэВ.

1.3. Задаем заряд вещества защиты z = 13 и массовое число A = 27.

1.4. Задаем толщину защиты d = 0,01; 0,05; 0,1; 0,5; 1 г/см2.

1.5. Вычисляем энергетический спектр плотности потока протонов в прот/(см2?с). Для значений энергий из п. 2.2.4 получаем:

Таблица 3

E, МэВ

N

E

N

E

N

E

N

0,1122

2,73?104

1,122

2,07?104

11,22

1,12?103

112,2

1,35?10

0,1414

2,40?104

1,414

1,78?104

14,14

7,65?102

141,4

6,63

0,1778

2,28?104

1,778

1,48?104

17,78

5,22?102

177,8

2,89

0,2239

2,29?104

2,239

1,17?104

22,39

3,51?102

112,9

-

0,2818

2,35?104

2,818

9,01?104

28,18

2,39?102

0,3548

2,44?104

3,548

6,69?103

35,48

1,60?102

0,4467

2,50?104

4,467

4,88?103

44,67

1,05?102

0,5623

2,51?104

5,623

3,43?103

56,23

6,80?101

0,7079

2,44?104

7,079

2,37?103

70,79

4,17?101

0,8913

2,30?104

8,913

1,67?103

89,13

2,54?101

3.6. Вычисляя по полученным результатам дифференциальный энергетический спектр протонов и подставляя полученные значения в формулы (1 - 4), получаем мощности доз , рад/с, и , бэр/с.

Таблица 4

d ,г/см2

0,01

0,05

0,1

0,5

1,0

4,22?10-2

7,64?10-3

3,04?10-3

3,09?10-4

1,14?10-4

7,64?10-1

8,26?10-2

2,50?10-2

1,32?10-3

3,75?10-4

2. Пример расчета поглощенной (эквивалентной) дозы от электронов ЕРПЗ

1. Выбираем точку околоземного космического пространства с координатами В0 = 0,2 Гс и L0 = 2,0. Для эпохи максимума солнечной активности по ГОСТ 25645.139 находим коэффициенты для расчета энергетического спектра плотности потока электронов с энергией больше Е

(21)

где Е - энергия электрона, кэВ;

A0 = -8,2008E+00; A1 = 2,1010E+01; А2 = - 9,5091E+00; A3 = 1,6550E+00; A4 = -1,3243E-01.

Дифференциальный энергетический спектр dN/dE вычисляем из выражения (21).

2. Из ГОСТ 25645.139 для выбранных В0 и L0 находим Emin = 0,04 МэВ, Emax = 4,0 МэВ.

3. Задаем заряд вещества защиты z = 13 и массовое число A = 27 г/моль.

4. Задаем толщины защиты d = 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5.

5. Задаем полное число статистических испытаний N = 1000.

6. Вычисляя по изложенному выше алгоритму, получаем значения мощности доз в ткани за защитой из алюминия.

Таблица 5

d, г/см2

0,005

0,01

0,02

0,05

0,1

, сГр/с

3,46?10-1

2,65?10-1

1,40?10-1

1,83?10-2

2,26?10-3

d, г/см2

0,2

0,5

1,0

1,5

-

, сГр/с

1,99·10-4

5,34?10-6

6,11?10-8

6,45?10-9

-

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Минздравом СССР

РАЗРАБОТЧИКИ

Н.А. Анфимов, член-корр. АН СССР; В.В. Архангельский; В.Н. Васильев, канд. техн. наук; А.А. Волобуев; В.А. Гончарова; А.И. Григорьев, д-р мед. наук; В.Е. Дудкин, д-р физ.-мат. наук; Е.Е. Ковалев, д-р техн. наук; В.В. Козелкин, д-р техн. наук; Е.Н. Лесновский, канд. техн. наук; В.Г. Митрикас, канд. физ.-мат. наук; В.А. Панин, Е.В. Пашков, канд. техн. наук; В.М. Петров, канд. физ.-мат. наук; Ю.В. Потапов, канд. физ.-мат. наук; В.А. Шуршаков, канд. физ.-мат. наук

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 28.03.90 № 660

3. Срок первой проверки - 1996 г., периодичность проверки - 5 лет

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на которые дана ссылка

Номер пункта, приложения

ГОСТ 25645.138-86

1.3, приложение 2

ГОСТ 25645.139-86

1.3, приложение 2

РД 50-25645.206-84

1.3

НРБ-76/87

1.3

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие положения. 1

2. Алгоритм расчета поглощенной и эквивалентной доз от протонов и электронов. 2

Приложение 1 Ионизационные потери и пробеги протонов и электронов в алюминии и тканеэквивалентном веществе. 5

Приложение 2 Пример расчета поглощенной и эквивалентной дозы от протонов ЕРПЗ. 6

Информационные данные. 8




Реклама: ;


Самые популярные документы раздела



Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика