SU1678160A1 - Устройство дл защиты объекта от зар женных частиц - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к средствам защиты от излучений, в частности к средствам защиты от зар женных частиц (электронов, протонов) и может быть использовано дл  защиты экипажа, биокомплекса и специального оборудовани  космических аппаратов при полетах в радиационных по сах Земли. Цель изобретени  - снижение массы и повышение эффективности защиты. Защита состоит из набора слоев диэлектрической пленки с двухсторонним металлическим покрытием каждого сло  пленки, Металлические покрыти  всех слоев электрически соединены с корпусом защищаемого объекта . Толщина диэлектрической пленки в каждом слое не превышает 0,05-0,1 мм. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к средствам защиты от радиации, в частности, к средствам защиты от зар женных частиц (электронов, протонов) и может быть использовано дл  защиты экипажа, биокомплекса и специального оборудовани  космических аппаратов при полетах в радиационных по сах Земли.

В насто щее врем  широко примен етс  защита от зар женных частиц, основанна  на поглощении как самих частиц, так и генерируемого ими тормозного излучени  материалом защиты.

Существенным недостатком такой защиты  вл етс  больша  масса, так как поглощение зар женных частиц веществом, в особенности электронов, сопровождаетс  генерированием тормозного рентгеновского излучени , обладающего бопьшой проникающей способностью. Дл  получени  высокой эффективности защиты приходитс  увеличивать толщину материала, а это при- ролит к увеличению массы защиты.

Известны способы и устройства электростатической защиты от зар женных частиц , основанных на их торможении и отклонении электрическим полем, созданным между специальными электродами, окружающими защищаемый объект.

Така  защита обладает высокой эффективностью при относительно малой массе. К ее недостаткам следует отнести значительную техническую сложность, а также трудность осуществлени  защиты отсеков космического аппарата сложной формы и конфигурации, с большим числом выступающих элементов конструкции.

Наиболее близким аналогом-прототипом предлагаемого устройства  вл етс  слоистый экран дл  защиты от излучений, изготовленный путем штабелировани  нескольких многослойных листов и их скреплени , причем каждый лист содержит алюминиевый слой и свинцовый слой.

В данном устройстве при одинаковой эффективности с устройством защиты, выполненным из однородного материала, достигнуто снижение массы защиты за счет чередовани  слоев материала со сравнительно малым атомным номером (алюминий ) со сло ми материала с большим атомным номером (свинец). При прохождении потока зар женных частиц через материал с малым атомным номером генерируютс  меньшие уровни тормозного излучени , дл  поглощени  которых требуетс  меньша  толщина материала с большим атомным номером. Это и обеспечивало некоторое снижение массы защиты по сравнению с защитой, выполненной из однородного материала. Однако, несмотр  на это масса защиты остаетс  значительной.

,. Целью изобретени   вл етс  снижение массы и повышение эффективности защиты .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что о устройстве дл  защиты от зар женных частиц , содержащем чередующиес  слои, каждый слой выполнен из диэлектрической пленки с двухсторонней металлизацией, причем металлизаци  всехслоео электрически соединены с корпусом защищаемого обьект , а толщина диэлектрической пленки .не превышает 0,05-0,1 мм.

Достижение цели, поставленной в предлагаемом техническом решении, осуществл етс  за счет накоплени  объемного электрического зар да в диэлектрических сло х при облучении защиты потоком зар женных частиц, что приводит к потере энергии падающих зар женных частиц за счет торможени  их в поле объемного электрического зар да и уменьшает величину тормозного излучени , а это снижает энергию взаимодействи  падающего потока зар женных частиц с материалом защиты и  вл етс  причиной повышени  ее эффективности.

Кроме того, мала  толщина диэлектрических слоев позвол ет получить относительно высокую напр женность электрического пол , что увеличивает степень торможени  падающего потока зар женных частиц и также способствует повышению эффективности защиты.

На чертеже представлена конструктивна  схема устройства дл  защиты от зар женных частиц.

Устройство содержит слои, выполненные из диэлектрической пленки 1 с двухсторонней металлизацией 2, Металлизаци  2 всех слоев электрически соединена с корпусом защищаемого объекта. Толщина диэлектрической ПЛРНКИ 1 не превышает 0.05- 0,1 мм.

В качестве диэлектрической пленки в предлагаемом техническом решении наиболее целесообразно использовать полиэти- лентерефталатную пленку (ПЭТФ) с двухстороннэй металлизацией, широко используемую в насто щее врем  в различных отрасл х промышленности. Толщина плен0 ки от 5 до 50 мк, толщина металлизации 0,0 - 1 мк, ширина пленки до 600 мм.

Количество слоев диэлектрической пленки 1 определ етс  интенсивностью и энергией падающего потока зар женных

5 частиц, а также предельно допустимой мощностью вторичного излучени  за защитой.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При облучении устройства потоком эа0 р женных частиц, например электронами внешнего радиационного по са Земли, имеющими широкий спектр энергии (от 0,01 до 5-7 МэВ), глубина проникновени  их в диэлектрические слои 1 будет тем больше, чем

5 больше энерги  электрона.

При прохождении электронов через ди- 1 электрические слои в них создаетс  отрицательный пространственный зар д,величина которого пропорциональна количеству

0 электронов, поглощенных диэлектрическим слоем. Электрическое поле отрицательного пространственного зар да оказывает тор- моз щеадействие на падающий поток электронов , которое тем больше, чем больше

5 пространственный зар д. При этом энерги  взаимодействи  падающего потока электронов с материалом диэлектрических пленок оказываетс  значительно ниже, чем при отсутствии этого пространственного зар да

0 и, следовательно, вторичное тормозное излучение будет значительно ниже. Дл  получени  наибольшей эффективности защиты плотность пространственного зар да должна быть как можно выше, а это может быть

5 обеспечено при высокой электрической прочности диэлектрической пленки. Электрическа  прочность диэлектрика определ етс  электрическими характеристиками материала (удельное объемное сопротивле0 ние), физическими характеристиками (однородность , наличие инородных и газовых, включений) и толщиной образца. Известно, что относительна  электрическа  прочность диэлектрика сильно зависит от толщины об5 разца и тем больше чем. тоньше диэлектрик. Это объ сн етс  тем, что у диэлектрика большей толщины приложенное напр жение распредел етс  неразномерно одоль его длины за счет неравномерности объемного сопротивлени  из-за неоднородности

материала, наличи  инородных включений, а также возникновени  частичных разр дов в газовых включени х. Это приподит вначале к пробою наиболее перенапр женного участка, а затем и всего изол тора. Веро тность неоднородности материала изол тора инородных и газовых включений тем ниже, чем меньше толщина изол тора и при толщине меньше 0,05-0.1 мм этот фактор практически отсутствует, поэтому относительна  электрическа  прочность современных пленок, начина  с этой толщины и ниже, практически посто нна.

В процессе эксплуатации защиты возможно накопление пространственного зар да такой плотности, при которой наступает точечный пробой диэлектрической пленки . Это практически не сказываетс  на работоспособности защиты, так как площадь, ограниченна  пробоем, очень мала .

Металлизаци  2 всех диэлектрических слоев 1 соединена с корпусом защищаемого обьекта. так как в рротивном случае на них могли бы возникать большие потенциалы и пробои между отдельными сло ми.

В предлагаемом устройстве защиты от зар женных частиц достигнуто оптимальное сочетание преимуществ традиционной пассивной защиты - защиты вещестпом (высока  надежность, возможность защиты отсеков сложной формы и конфигурации, простота) с преимуществом электростатической защиты (мала  масса). Предлагаема  защита может быть выполнена в виде многослойного эластичного покрыти , допускающего возможность предварительного раскро  и последующего сшивани  непосредственно на защищаемом объекте. Это позвол ет обеспечить сплошную защиту различных отсеков разнообразной формы и конфигурации.

Эти преимущества предлагаемого технического решени  позвол ют обеспечить эффективную противорадиационную защиту от зар женных частиц экипажа, биокомплекса и специального оборудовани 

космических а паратов различного назначени , длительно работающих на геостационарной орбите во внешнем радиационном по се Земли и на около Земли, образован- 5 ных в результате проведени  высотных  дерных взрывов. Эффективна  противорадиационна  защита обеспечиваетс  при одновременной экономии массы защиты, что позвол ет разместить дополнительно рзз0 личную аппаратуру и расширить функциональные возможности космического аппарата.

Экспериментальна  проверка предложенного технического решени  осуществ5 л лась на макетном образце устройства, выполненного из 100 слоев полиэтиленте- рефталатной пленки толщиной 10 мк с двухсторонней металлизацией. Проверка устройства осуществл лась в вакуумной ка0 мере при облучении потоками электронов с плотностью А/см2 и энергией от 50 до 300 кэВ. Эффективность защиты вычисл лась путем измерени  мощности дозы вторичного тормозного излучени  дозиметром,

5 установленным под облучаемым устройством , с последующим сравнением с мощностью дозы вторичного тормозного излучени , генерируемой при установке вместо облучаемого устройства алюминие0 вого образца, аналогичного по массе и площади макетному образцу защиты. Эффективность защиты предлагаемого устройства в зависимости от энергии падающих электронов составила 2,5-3.5.

5

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  защиты обьекта от зар женных частиц, состо щее из нескольких слоев материалов, отличающеес  тем.

   0 что, с целью снижени  массы и повышени  эффективности защиты, каждый слой выполнен из диэлектрической пленки с двухсторонним металлизированным покрытием причем металлизированные покрыти  всех

   5 слоев электрически соединены с корпусом объекта, а толщина диэлектрической пленки не превышает 0.05-0.1 мм.