RU2664715C2 - Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования - Google Patents

Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования Download PDF

Info

Publication number
RU2664715C2
RU2664715C2 RU2017103530A RU2017103530A RU2664715C2 RU 2664715 C2 RU2664715 C2 RU 2664715C2 RU 2017103530 A RU2017103530 A RU 2017103530A RU 2017103530 A RU2017103530 A RU 2017103530A RU 2664715 C2 RU2664715 C2 RU 2664715C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ionizing radiation
equipment complex
radiation
inner layer
board equipment
Prior art date
Application number
RU2017103530A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017103530A3 (ru
RU2017103530A (ru
Inventor
Андрей Викторович Матросов
Александр Петрович Титов
Борис Залманович Шохор
Анна Дмитриевна Бородавина
Original Assignee
Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" filed Critical Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"
Priority to RU2017103530A priority Critical patent/RU2664715C2/ru
Publication of RU2017103530A3 publication Critical patent/RU2017103530A3/ru
Publication of RU2017103530A publication Critical patent/RU2017103530A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2664715C2 publication Critical patent/RU2664715C2/ru

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00Shielding characterised by the composition of the materials

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области радиационной защиты объектов. Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования представляет собой двухслойную структуру, помещенную на наружную поверхность приборной рамы, располагающейся в приборном отсеке. Внешний слой представляет собой поглощающий быстрые и тепловые нейтроны материал на основе полиэтилена с добавками аморфного бора. Внутренний слой представляет собой поглощающий рентгеновское и γ-излучение материал с матрицей на основе каучука и с порошкообразными наполнителями, такими как вольфрам и/или оксид висмута, при этом толщина двухслойной структуры должна быть не менее 1 см. Изобретение позволяет ослабить проникающее нейтронное воздействие на бортовой комплекс оборудования (БКО), поглотить ионизирующее излучение за счет синергетического эффекта. 6 з.п. ф-лы.

Description

Область техники
Предлагаемое изобретение относится к области радиационной защиты объектов, в частности к устройствам радиационной защиты различных видов электронных приборов летательных аппаратов, радиотехнического оборудования, и предназначено преимущественно для защиты элементной базы радиоэлектронной аппаратуры изделий военной техники.
Уровень техники
Современные электронные приборы, применяемые в составе авиационных, военных, ядерных комплексов, работают в жестких условиях эксплуатации, подвергаясь радиационным воздействиям естественного и искусственного происхождения. Во многих случаях отказы бортовых систем управления, навигации, телеметрии, связи и обработки информации в реальных условиях определяются радиационными эффектами в комплектующей электронной компонентной базе (ЭКБ). Наиболее слабым звеном, определяющим отказы электронных приборов, является современная ЭКБ микро-, опто-, полупроводниковой и твердотельной СВЧ-электроники. Безотказная работа информационных систем в условиях радиационных воздействий обеспечивается применением ЭКБ с эксплуатационными характеристиками, соответствующими заданным требованиям и моделям эксплуатации, выбором безопасных режимов работы и применением общесистемных методов защиты и парирования отказов.
Для повышения надежности работы и исключения отказов электронных приборов в условиях воздействия проникающей радиации на аппаратах используют стойкие к воздействию радиации компоненты или экранирование, обеспечивающие при минимальных габаритно-массовых характеристиках максимальный срок активного существования и надежность.
Наиболее эффективные способы снижения воздействия радиации заключаются в поглощении энергии излучения при прохождении через толщу какого-либо вещества. Для обеспечения защиты от ионизирующих излучений в настоящее время наиболее широко используются алюминиевые сплавы, легированные элементами с высоким атомным номером (лантаноидами и редкоземельными элементами), сплавы на основе тугоплавких и редкоземельных металлов и многослойные материалы.
В качестве аналога изобретения известно защитное покрытие элементов радиоэлектронной аппаратуры, известное из патента RU 2304557 С1 (кл. В82В 1/00, 20.08.2007 г.), размещаемое на подвергающихся воздействию ионизирующего излучения поверхностях данных элементов. Защитное покрытие выполнено в виде наноструктуры, которая включает совокупность атомов редкоземельных элементов, введенных в структуру армирующей атомно-молекулярной металлической матрицы, при этом наноструктура является либо составной частью защищаемой конструкции, либо образует ее защитный слой.
Известное из патента RU 2304557 С1 защитное покрытие обеспечивает защиту только от нейтронов и не защищает ни от какого другого вида излучения, а также не позволяет в достаточной мере снизить интенсивность случайных сбоев радиоэлектронной аппаратуры и сократить время перезагрузки, которая возникает при сбое в аппаратуре.
Из уровня техники известен патент RU 2530002 С2 (кл. G21F 1/10, 10.10.2014 г.), в котором раскрыты монолитные блоки из горячепрессованной смеси тетрагидридобората лития с мелкодисперсным полипропиленом (связующим агентом), армированные минеральным волокном, заключенные в полипропиленовую оболочку. Монолитные блоки являются фрагментами радиационно-защитного экрана, который применяется для радиационной защиты электронных приборов.
Заявленная в патенте RU 2530002 С2 композиция обеспечивает защиту от нейтронов и уменьшает образование гамма-квантов, но не приводит к их полному поглощению, из чего можно сделать вывод, что заявленный радиационно-защитный экран не выполняет функцию защиты от рентгеновского и γ-излучения.
В качестве аналога изобретения известен патент RU 2605696 С1 (кл. G21F 1/00, 27.12.2016 г.) в котором раскрыт радио-, радиационно-защитный материал на полимерной основе, содержащий сверхвысокомолекулярный полиэтилен с наночастицами вольфрама, карбида бора и технического углерода при следующем соотношении компонентов (% масс.):
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен 40-60
Вольфрам 18-20
Карбид бора 15-20
Технический углерод УМ-76 5-20
Изобретение может быть использовано для изготовления изделий, применяемых в средствах индивидуальной защиты медицинских и аварийно-спасательных служб, а также в авиакосмической, атомной отраслях промышленности и в медицине. Композит обеспечивает защиту от электромагнитного излучения сверхвысоких (СВЧ), крайне высоких (КВЧ) частот, электронов, протонов, нейтронов, рентгеновского и γ-излучений.
В данном патенте не раскрывается применение радио-, радиационно-защитного материала для защиты от радиационного воздействия электронной элементной базы бортового комплекса оборудования путем ее экранирования. Следовательно, технический результат, обусловленный именно экранировкой, данному патенту не присущ.
В качестве аналога изобретения известно радиационно-защитное покрытие радиоэлектронной аппаратуры, известное из патента RU 2605608 С1 (кл. G21F 1/12, 27.12.2016 г.). Радиационно-защитное покрытие, содержит переходный металл шестого периода Периодической системы химических элементов, постпереходный металл шестого периода Периодической системы химических элементов и/или лантаноид и поглощающее вещество, содержащее химический элемент с атомным номером меньшим, чем у упомянутых химических элементов, при этом оно состоит из множества чередующихся слоев из частиц по меньшей мере одного переходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов, постпереходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов и/или лантаноида и из упомянутого поглощающего вещества. В патенте раскрыто, что радиационно-защитное покрытие может образовывать корпус радиоэлектронный аппаратуры, который, по сути, выполняет роль защитного экрана.
Однако данное техническое решение не позволяет обеспечить при минимальных габаритно-массовых характеристиках оптимальную защиту элементной базы от ионизирующих излучений, а также существенно сократить количество сбоев радиоэлектронной аппаратуры изделия.
В качестве наиболее близкого аналога из уровня техники известен специальный экранирующий материал - блоки NEUTROSTOP («Нейтростоп»), раскрытый в рекламном буклете [Рекламный буклет компании KOPOS KOLIN, Экранирующие блоки NEUTROSTOP) - URL: http://www.kopos.ru/soubory/katalogy/neu_ru_stinici_tvarovky_neutrostop], выполненные из полиэтилена без примесей, либо с примесями бора (3,5%, 5%), либо лития (10%). Данные блоки эффективно ослабляют быстрые нейтроны, при этом они не ослабляют и не поглощают гамма- и рентгеновское излучение. Кроме того, не раскрыто, что блоки смогут существенно сократить количество сбоев радиоэлектронной аппаратуры изделия. Ввиду очень большого размера защитных модулей материал NEUTROSTOP не может быть применен в ограниченных условиях отсеков изделий.
Из уровня техники известно, что электронная компонентная база (ЭКБ) приборов бортового комплекса оборудования (БКО) наиболее подвержена нейтронному воздействию, которое является чрезвычайно опасным.
В результате воздействия проникающей радиации в ЭКБ появляется возможность кратковременной потери работоспособности, которая восстанавливается через время порядка нескольких миллисекунд (мс). Такого времени достаточно для сбоя в аппаратуре БКО изделия. Дополнительно в архитектуре приборов БКО используются специальные схемы, в которых предусматривается блокировка возникающих избыточных токов и напряжений или выключение схемы в момент нейтронного воздействия и восстановления работоспособности аппаратуры.
Таким образом, видно, что применяемое ЭКБ имеет ограничение по уровню бессбойной работы (УБР) при нейтронном воздействии. Восстановление работоспособности аппаратуры БКО (перезагрузка специального программного обеспечения приборов занимает десятки мс.) при движении изделия со сверхзвуковыми скоростями на определенной траектории может привести к потери изделия.
Целью настоящего изобретения является повышение надежности работы электронного оборудования изделия в условиях воздействия проникающей радиации путем создания защитного экрана для бортового комплекса оборудования, обеспечивающего при минимальных габаритно-массовых характеристиках максимальную защиту элементной базы от ионизирующего излучения.
Экранировка приведет к ослаблению нейтронного воздействия на электронную компонентную базу (ЭКБ) приборов и блоков входящих в БКО, что положительно скажется на сбое отказоустойчивости системы управления изделия при применении по назначению в условиях противодействии спецзарядами средств противоракетной обороны.
Техническим результатом, ожидаемым от использования предложенного технического решения, является ослабление проникающего нейтронного воздействия на бортовой комплекс оборудования (БКО), поглощение ионизирующего излучения (нейтронного, рентгеновского и γ-излучения) за счет синергетического эффекта, возникающего при использовании двухслойной структуры, а также существенное сокращение количества сбоев в аппаратуре БКО изделия и времени перезагрузки при применении.
Технический результат достигается тем, что защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования представляет собой двухслойную структуру, помещенную на наружную поверхность приборной рамы, располагающейся в приборном отсеке,
при этом внешний слой представляет собой поглощающий быстрые и тепловые нейтроны материал на основе полиэтилена с добавками аморфного бора,
а внутренний слой, представляет собой поглощающий рентгеновское и γ-излучение материал с матрицей на основе каучука и с порошкообразными наполнителями, такими как вольфрам и/или оксид висмута,
при этом толщина двухслойной структуры должна быть не менее 1 см.
Дополнительно внутренний слой и внешний слой смогут быть сконфигурированы как круговые цилиндры.
Подходящим материалом для матрицы внешнего слоя могут служить каучуки, например нитриловый, бутадиеновый, бутадиен-нитрильный, силоксановый, дивинилстирольный.
Нейтронное излучение, воздействуя на защитный экран для бортового комплекса оборудования, проникает через внешний слой, выполненный из материала на основе полиэтилена с добавками аморфного бора. В результате проникновения быстрые нейтроны вначале замедляются до тепловых путем их взаимодействия с водородом полиэтилена, а тепловые нейтроны, в свою очередь, поглощаются бором. При захвате нейтронов ядрами атомов бора происходит излучение быстрых фотонов гамма и рентгеновских лучей, которые поглощаются (экранируются) внутренним слоем, представляющим собой материал с матрицей на основе каучука и с порошкообразными наполнителями, такими как вольфрам и/или оксид висмута.
Варьирование значениями толщин внешнего и внутреннего слоев двухслойной структуры (а также и совокупной толщиной двухслойной структуры) позволяет достигнуть дополнительного технического результата, а именно вывести прибор в более оптимальный (щадящий) режим эксплуатации, что позволит применять электронную компонентную базу из другой (менее защищенной) группы стойкости.
Заявленный интервал толщины двухслойной структуры (не менее 1 см) позволяет достигнуть оптимального уровня эксплуатации бортовой аппаратуры без чрезмерного увеличения полной массы бортового комплекса оборудования, а также не нарушая массовые габариты приборов комплекса оборудования.
Защитный экран, изготовленный в соответствии с представленным выше решением, можно применять, практически, для защиты любых приборов, планируемых к эксплуатации в условиях повышенной радиации.

Claims (10)

1. Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования представляет двухслойную структуру, помещенную на наружную поверхность приборной рамы, располагающейся в приборном отсеке,
при этом внешний слой представляет собой поглощающий быстрые и тепловые нейтроны материал на основе полиэтилена с добавками аморфного бора,
а внутренний слой представляет собой поглощающий рентгеновское и γ-излучение материал с матрицей на основе каучука и с порошкообразными наполнителями, такими как вольфрам и/или оксид висмута,
при этом толщина двухслойной структуры должна быть не менее 1 см.
2. Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования по п. 1, отличающий тем, что внутренний слой и внешний слой сконфигурированы как круговые цилиндры.
3. Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования по п. 1, отличающий тем, что матрица внутреннего слоя содержит по меньшей мере нитриловый каучук.
4. Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования по п. 1, отличающий тем, что матрица внутреннего слоя содержит по меньшей мере бутадиеновый каучук.
5. Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования по п. 1, отличающий тем, что матрица внутреннего слоя содержит по меньшей мере бутадиен-нитрильный каучук.
6. Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования по п. 1, отличающий тем, что матрица внутреннего слоя содержит по меньшей мере силоксановый каучук.
7. Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования по п. 1, отличающий тем, матрица внутреннего слоя содержит по меньшей мере дивинилстирольный каучук.
RU2017103530A 2017-02-03 2017-02-03 Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования RU2664715C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017103530A RU2664715C2 (ru) 2017-02-03 2017-02-03 Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017103530A RU2664715C2 (ru) 2017-02-03 2017-02-03 Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017103530A3 RU2017103530A3 (ru) 2018-08-03
RU2017103530A RU2017103530A (ru) 2018-08-03
RU2664715C2 true RU2664715C2 (ru) 2018-08-22

Family

ID=63113169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017103530A RU2664715C2 (ru) 2017-02-03 2017-02-03 Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2664715C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU209176U1 (ru) * 2021-05-31 2022-02-04 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия радиационной, химической и биологической защиты имени Маршала Советского Союза С.К. Тимошенко (г. Кострома)" Министерства обороны Российской Федерации Бифункциональный радиационно-защитный экран
RU2799773C1 (ru) * 2022-12-22 2023-07-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Композиционный материал для защиты от ионизирующего излучения и способ его получения

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110379530B (zh) * 2019-08-09 2024-07-16 中国人民大学 一种生物屏蔽墙的有效夹层、生物屏蔽墙及单元

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5334847A (en) * 1993-02-08 1994-08-02 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Composition for radiation shielding
RU2069904C1 (ru) * 1993-07-15 1996-11-27 Отделение нейтронных исследований Петербургского института ядерной физики им.Б.П.Константинова РАН Эластичный защитный материал от нейтронного излучения
RU2439722C1 (ru) * 2010-09-10 2012-01-10 Олег Савельевич Кочетов Защитный экран от воздействия электромагнитных излучений
RU2493186C1 (ru) * 2012-02-10 2013-09-20 Закрытое акционерное общество "Комплексный технический сервис" Полимерная композиция для поглощения высокочастотной энергии
RU2515493C1 (ru) * 2012-11-12 2014-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Композит для защиты от космической радиации
RU2605696C1 (ru) * 2015-11-17 2016-12-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Материал на полимерной основе для комбинированной радио- и радиационной защиты
RU2606233C2 (ru) * 2012-08-27 2017-01-10 Сименс Акциенгезелльшафт Многослойный материал для радиационной защиты типа сэндвич-структуры

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5334847A (en) * 1993-02-08 1994-08-02 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Composition for radiation shielding
RU2069904C1 (ru) * 1993-07-15 1996-11-27 Отделение нейтронных исследований Петербургского института ядерной физики им.Б.П.Константинова РАН Эластичный защитный материал от нейтронного излучения
RU2439722C1 (ru) * 2010-09-10 2012-01-10 Олег Савельевич Кочетов Защитный экран от воздействия электромагнитных излучений
RU2493186C1 (ru) * 2012-02-10 2013-09-20 Закрытое акционерное общество "Комплексный технический сервис" Полимерная композиция для поглощения высокочастотной энергии
RU2606233C2 (ru) * 2012-08-27 2017-01-10 Сименс Акциенгезелльшафт Многослойный материал для радиационной защиты типа сэндвич-структуры
RU2515493C1 (ru) * 2012-11-12 2014-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Композит для защиты от космической радиации
RU2605696C1 (ru) * 2015-11-17 2016-12-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Материал на полимерной основе для комбинированной радио- и радиационной защиты

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БЕЗРОДНЫХ И.П. и др., Оценка оптимальных параметров экранов для защиты электронных систем космических аппаратов от ионизирующих излучений, журнал "Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ", том 13, номер 6, 2012, с.15-18. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU209176U1 (ru) * 2021-05-31 2022-02-04 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия радиационной, химической и биологической защиты имени Маршала Советского Союза С.К. Тимошенко (г. Кострома)" Министерства обороны Российской Федерации Бифункциональный радиационно-защитный экран
RU2799773C1 (ru) * 2022-12-22 2023-07-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Композиционный материал для защиты от ионизирующего излучения и способ его получения

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017103530A3 (ru) 2018-08-03
RU2017103530A (ru) 2018-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lechner CERN: Particle interactions with matter
Fan et al. Shielding considerations for satellite microelectronics
Manimaran et al. Ternary fission fragmentation of 252Cf for all possible third fragments
RU2664715C2 (ru) Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования
US6927407B2 (en) Radiation shielding arrangement
Zeynali et al. Shielding protection of electronic circuits against radiation effects of space high energy particles
Uzel et al. A study on the local shielding protection of electronic components in space radiation environment
CN102127391B (zh) 一种抗辐射复合材料及其配备方法
US3781564A (en) Neutron beam collimators
Fetter et al. The hazard from plutonium dispersal by nuclear‐warhead accidents
US9006695B2 (en) Use of a mixture comprising erbium and praseodymium as a radiation attenuating composition, radiation attenuating material, and article providing protection against ionising radiation and comprising such a composition
RU2643353C1 (ru) Способ защиты от радиации радиоэлектронной аппаратуры
US3148280A (en) Nuclear radiation shields for electronic components
Semyonov Radiation hazard of relativistic interstellar flight
JP2004020414A (ja) 遮蔽構造及びこれを有する宇宙構造物
Nappa et al. Deja-Vu: A Glimpse on Radioactive Soft-Error Consequences on Classical and Quantum Computations
Telegin et al. The heterogeneous anti-radiation shield for spacecraft
WO1990006581A1 (en) Structure for shielding radioactive radiation
Haskins et al. Effects of increased shielding on gamma-radiation levels within spacecraft
RU2619455C1 (ru) Композиция для защиты электронных приборов от воздействия излучений космической среды
RU2605608C1 (ru) Радиационно-защитное покрытие радиоэлектронной аппаратуры
Adeli et al. Nuclear characteristics of epoxy resin as a space environment neutron shielding
Olesen et al. Radiation Shielding
SU1678160A1 (ru) Устройство дл защиты объекта от зар женных частиц
Guenther et al. Criteria for establishing nuclear power system radiation levels for a spacecraft