Реферат: В новых (2021) нормативах, регламентирующих дозовые нагрузки на космонавтов при орбитальных космических полетах, указана предельная величина эффективной дозы ионизирующего излучения за весь период профессиональной деятельности космонавта в размере 1000 мЗв. Кроме того, даны более жест- кие ограничения (в терминах эквивалентной дозы) для дозовых нагрузок на критические органы членов экипажа (кожа, хрусталик глаза и кроветворная система) за различные периоды полета (острое в течение ~ 1 сут кратковременное воздействие, месяц и год). Эти дозовые ограничения предназначены для приня- тия оперативных решений о возможности продолжения космического полета по критерию радиационной безопасности при ухудшении радиационной обстановки на борту пилотируемого космического аппарата. В случае проникновения на орбиту солнечных космических лучей (СКЛ) перепад доз по телу космонавта может достигать нескольких раз и более в зависимости от жесткости спектра СКЛ, что особенно актуально для высокоширотных орбит. Для недопущения ситуаций необоснованного прекращения полета из-за пре- вышения заданных дозовых пределов необходимо с достаточной точностью измерять дозы в критических органах и определять накопленную эффективную дозу. Для определения дозы в органах тела используются тканеэквивалентные фантомы. В спускаемом отсеке космического аппарата «Зонд-7» (1969) находился человекоподобный (антропо- морфный) манекен (фантом) с пассивными радиационными датчиками. Фантом был изготовлен из мате- риалов, близких по свойствам человеческому телу при воздействии космической радиации, – зерен пше- ницы, смешанных с эпоксидной смолой. Задачей эксперимента было определение уровней космической радиации внутри космического корабля и внутри тела человека при облете Луны. Величины доз были рассчитаны по данным измерений энергетических спектров протонов с помощью ядерных фотоэмульсий. Было показано, что доза внутри фантома на глубине 5 см (0.17 ± 0.05 сЗв) существенно меньше, чем на его поверхности (0.30 ± 0.1 сЗв). Специалисты НАСА также использовали антропоморфный фантом для измерения доз в критических органах при коротких полетах «Спейс-Шаттлов»: в 1989–1990 гг. – в виде головы, в 1998 г. – в виде туловища. Наполненный водой сферический фантом с пассивными датчиками использовался российскими специа- листами на станции «Мир», причем на станцию доставлялась только легкая пластиковая оболочка, а на- полнение водой происходило непосредственно на борту. Были получены данные по ослаблению погло- щенной дозы и средней линейной передаче энергии по глубине фантома. Измерения с фантомами были продолжены на МКС: в период 2004–2022 гг. проведены эксперименталь- ные исследования распределения дозы в теле космонавта с использованием тканеэквивалентного шарово- го фантома, оснащенного активными и пассивными детекторами, размещаемыми как на поверхности, так и внутри фантома. Благодаря специально выбранной форме и размерам фантома (масса 32 кг, диаметр 35 см, внутренняя сферическая полость 10 см), распределение длин хорд для мест расположения детек- торов может быть соотнесено с условиями самозащищенности критических органов в теле человека. В это же время на МКС использовался антропоморфный фантом «Рэндо» ЕКА, который размещался сначала на внешней поверхности станции (в специальном контейнере из углепластика), а потом и в различных отсе- ках МКС. Полученные с использованием шарового фантома результаты по дозам в критических органах хорошо согласуются с данными измерений с использованием антропоморфного фантома. По сравнению с антропоморфными фантомами, используемыми специалистами ЕКА и НАСА, сферический фантом имеет меньшую массу, меньший размер и требует меньше времени экипажа для установки и извлечения де- текторов, его тканеэквивалентные свойства ближе к составу тела стандартного человека, чем у других фантомов. Полученные нами результаты показали более чем 2-х кратное различие дозы на поверхности фанто- ма при размещении в каюте Служебного модуля, при этом наибольшая доза наблюдалась вблизи внеш- ней стенки отсека, наименьшая – на диаметрально противоположной стороне фантома. Максимальная мощность дозы, измеренная в фантоме, связана с воздействием ГКЛ и РПЗ; минимальные величины доз вызваны в основном сильно проникающими частицами ГКЛ и наблюдаются за защитой более 5 г/см2 тка- неэквивалентного вещества. Таким образом, с помощью шарового фантома могут быть определены дозы в критических органах и эффективная дозы члена экипажа. Шаровой фантом-свидетель российской разработки прошел апробацию в условиях МКС и может быть рекомендован в качестве штатного средства радиационного контроля в от- секах новой высокоширотной орбитальной станции и для межпланетных миссий. Базовая НИР РАН № 65.2.

Библиографическая ссылка: Шуршаков В.А. , Иванова О.А. , Иноземцев К.О. , Карцев И.С. , Карташов Д.А. , Дробышев С.Г. , Толочек Р.В.
Использование тканеэквивалентных фантомов для определения дозы ионизирующего космического излучения на критические органы членов экипажа при пилотируемых полетах
XVIII Конференция по космической биологии и авиакосмической медицине с международным участием ("Земля – Орбита – Дальний космос") 07-09 нояб. 2023