Атомная энергетика Конструкционный расчет Технология проведения вибрационных испытаний ТВС РУ ВВЭР-1000 Анализ опасных и вредных производственных факторов, имеющих место при работе цехов по производству ТВС

Атомная промышленность и атомная энергетика

Исследование проблем обеспечения радиационной безопасности летного состава и сбоев аппаратуры в условиях высотных полетов

Оценки последствий облучения людей малыми дозами, включающих раковые заболевания и нарушения генетического аппарата, значительно изменились в последние годы в сторону увеличения радиационного риска. Эти изменения нашли отражение в международных и отечественных рекомендациях (НРБ-99) по предельно-допустимым дозам для населения и персонала, значительно сниженным по сравнению с предыдущими нормативами. Одним из важных последствий пересмотра концепции радиационного риска является необходимость включения экипажей высотных лайнеров в категорию профессионально облучаемого персонала.

При высотных полетах члены и пассажиры самолетов облучаются протонами, нейтронами и электронами радиационных поясов и галактическим космическим излучением. Кроме того, существует риск острого облучения протонами солнечных вспышек. Поэтому при дальних и частых перелетах создаются потенциальные условия для переоблучения, что может существенно повлиять на общую лучевую нагрузку от различных источников радиации и создать предпосылки для увеличения радиационного риска.

Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) в 1990 г. рекомендовала включить экипажи высотных лайнеров в категорию профессионально облучаемых работников (персонал). Это связано со снижением предельно-допустимой дозы облучения для лиц из населения до 1 мЗв/год. Мощность эквивалентной дозы космического излучения на высоте порядка 10 км (характерная высота полета пассажирских лайнеров) составляет несколько мкЗв/час в условиях минимума солнечной активности. Таким образом, при годовой норме 2000 часов налета доза облучения для летного персонала значительно превышает предельную дозу для населения. Другой категорией лиц, попадающих в группу риска, являются люди, чья трудовая деятельность также связана с частыми и длительными перелетами.

Ионизирующее излучение в атмосфере является результатом взаимодействия заряженных частиц солнечного и галактического происхождения с магнитосферой и атмосферой Земли. При этом следует отметить, что временная, пространственная, энергетическая и компонентная зависимость излучения носит очень сложный характер. Мощность дозы претерпевает суточные, сезонные и глобальные вариации и зависит от широты местности и солнечной активности. В состав космического излучения входят нейтроны, протоны, пионы, мюоны, электроны, фотоны и тяжелые ядра вплоть до железа. Поэтому для определения эквивалентной дозы облучения летного состава и пассажиров при полетах необходимо знать спектры и компонентный состав излучения в салоне самолета.

Исследования в области радиационной безопасности воздушных полетов проводятся в настоящее время во многих странах. В частности, широкая программа таких исследований финансируется в последние годы Европейским союзом. Тем не менее, проблема далека от решения. Это связано с уникальностью полей излучения, генерируемых космическими лучами в атмосфере, и необходимостью разработки специализированных экспериментальных и расчетных методик. Наиболее ценный опыт решения близких по сложности радиационных проблем накоплен в настоящее время на высокоэнергетических ускорителях и в космических исследованиях. Одним из ведущих центров в России в этой области является ГНЦ ИФВЭ.

Другой актуальной проблемой при высотных и космических полетах являются сбои аппаратуры в полях высокоэнергетического излучения, вероятность которых увеличивается при уменьшении размеров аппаратуры (электроника и вычислительная техника).

Для решения вышеуказанных проблем необходимо провести расчетно-экспериментальные исследования спектрально-компонентного состава и эквивалентных доз излучения в различных условиях на борту самолетов в зависимости от высоты, географической широты и параметров солнечной активности с привлечением литературных данных. Это позволит в наземных условиях создать метрологическое радиационное поле с аналогичным компонентным и энергетическим составом для моделирования полей излучения при высотных и космических полетах. В этом радиационном поле можно будет изучать характеристики детекторов радиационного контроля, влияние радиационных полей на параметры приборов, материалов, определять вероятность сбоев аппаратуры и способы улучшения параметров аппаратуры.

В ГНЦ ИФВЭ имеется ряд фотонных, нейтронных, мюонных, адронных полей излучения с различным компонентным и энергетическим составом. Предварительные исследования показывают возможность создания в ИФВЭ метрологического радиационного поля, аналогичного полю излучения на высоте 10-20 км.

Поле излучения за верхней бетонной защитой ускорителя У-70 на энергию 70 ГэВ хорошо моделирует компонентный и спектральный состав радиационного поля, формируемого в атмосфере на высоте 10-20 км.

Уникальность этого радиационного поля заключается еще и в том, что поле излучения равномерно на площади ~300*300 см2 (с точностью примерно ±30%). Это позволяет размещать в поле для изучения свойств большие конструкции, макеты устройств с размерами до 5 м. Мощность эквивалентной дозы нейтронов в поле до 500 мкЗв/час (на высоте ~15 км при минимуме солнечной активности 2-9 мкЗв/час). Эквивалентная доза нейтронов в этом поле за месяц работы ускорителя до 0,5 Зв.

По предварительным данным представленное радиационное поле подходит для испытаний авиационной и космической техники на предмет выявления сбоев за счет излучения, а также для исследования защитных свойств материалов, показаний приборов, дозиметров в высокоэнергетических полях излучения и др.

Метрологическая аттестация такого поля позволит обеспечить единство измерений индивидуальных доз летного персонала в соответствии с современными требованиями, так как предполагается проведение калибровки и поверки средств индивидуального радиационного контроля в этом поле.

Литературный обзор и расчетно-экспериментальные исследования радиационных полей в объеме самолета с учетом вещества топлива и пассажиров даст возможность подготовить рекомендации по необходимому объему радиационного контроля на воздушном транспорте и методам его реализации с целью снижения облучаемости персонала.

Практическое значение проекта будет определяться объемом и достоверностью получаемой информации по характеристикам дозовых полей в самолетах. Значительная часть получаемой в ходе работ информации будет иметь самостоятельное значение и может быть использована при подготовке длительных космических полетов.

Информация, которая будет получена в процессе работы над проектом, приобретает особую актуальность в свете планируемого ведущими авиакомпаниями мира увеличения высотности массовых полетов. Полученные сведения могут быть использованы также при подготовке пилотируемых долговременных космических полетов (космические платформы).

Кроме возможности использования радиационного поля ИФВЭ для калибровки и испытаний аппаратуры в полях излучения, коллектив ГНЦ ИФВЭ имеет большой опыт измерения спектров нейтронов и протонов в радиационных полях ускорителя и мог бы измерить реальные спектры нейтронов в салоне летящего самолета.

Существующее структурное разделение энергетики на "традиционную" и "альтернативную" сложилось исторически и не отражает физической и технологической реальности. В работе предложена новая "трехмерная" классификация генерации: По физическому процессу энергетика подразделяется на тепловую, атомную и потоковую;
Создание библиотеки нейтронно-физических констант