КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2012, том 50, № 4, с. 341-345
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 523.4-854, 524.1-52:524.6
ВАРИАЦИИ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ НА МЕЖДУНАРОДНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ В 2005-2009 ГОДАХ
© 2012 г. А. Э. Лишневский1, М. И. Панасюк1, В. В. Бенгин2, В. М. Петров2,
А. Н. Волков3, О. Ю. Нечаев1
1 Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственного университета им. М. Ломоносова
2 Институт медико-биологических проблем РАН, г. Москва
3 Ракетно-космическая корпорация "ЭНЕРГИЯ", г. Королев
ael@srd.sinp.msu.ru Поступила в редакцию 12.01.2012 г.
На служебном модуле МКС с августа 2001 года практически непрерывно работает система радиационного контроля. Получаемые с ее помощью данные используются для ежедневной оценки радиационной обстановки на борту станции. Как известно [1, 2, 3], изменения мощности дозы на ее борту могут быть обусловлены тремя источниками: солнечными протонными событиями, галактическими космическими лучами (ГКЛ), и радиационным поясом Земли (РПЗ). За анализируемый период 2005—2009 годов произошло всего два солнечных протонных события, давших заметный вклад в дозы на борту МКС: 8.1Х.2005 г. и 13.XII.2006 года. Суммарная доза от них не превысила 1 мГр и далее здесь не рассматривается. Данная работа является продолжением работы [4], в которой рассмотрены вклады ГКЛ и РПЗ в вариации мощности дозы на борту станции за 2008 г.
Аппаратура. Система радиационного контроля, данные которой анализируются, была описана в ряде работ [5, 6, 7]. В состав СРК входят: дозиметр Р-16, 4 дозиметрических блока ДБ-8 и два блока цифровой обработки данных. В данной работе рассматриваются результаты, полученные с помощью высокочувствительных дозиметрических блоков ДБ-8. Все 4 блока идентичны. В каждом из них есть 2 полностью независимых канала, состоящих из кремниевого полупроводникового детектора, предусилителя, масштабирующего усилителя, аналого-цифрового преобразователя и последующей схемы цифровой обработки сигнала. При этом один из двух детекторов, входящих в состав каждого блока ДБ-8, защищен слоем свинца толщиной 2.5 мм. Другой детектор, не имеющий дополнительной свинцовой защиты, называется далее неэкранированным.
Как было отмечено в работе [7], наименее защищенным является блок ДБ-8 № 1, расположенный в Служебном модуле МКС в отсеке малого диаметра в районе Центрального поста, а наи-
более защищенным является блок ДБ-8 № 4, расположенный в Служебном модуле МКС в отсеке большого диаметра в районе рабочего стола. Данные именно этих блоков рассматриваются далее в этой статье. Результаты измерений СРК накапливаются в блоках цифровой обработки данных и передаются на Землю по системе телеметрии МКС.
Методика обработки данных. Как и ранее [4], в данной работе для анализа использовались значения поглощенной дозы, регистрируемые каждые 10 минут. Для расчета среднесуточной мощности дозы значение поглощенной дозы, зарегистрированное в 00 часов 00 минут рассматриваемых суток вычиталось из значения поглощенной дозы, зарегистрированного в 00 часов 00 минут следующих суток. График полученных таким образом значений представлен на рис. 1, где отображены данные не-экранированных детекторов за 2005—2009 годы для наименее защищенного блока ДБ-8 № 1 и наиболее защищенного блока ДБ-8 № 4.
Методика, использованная в работе [4] при анализе среднесуточных значений мощности дозы за 2008 г., была применена к данным за 2005— 2009 г. Мы провели сопоставление среднесуточных значений мощности дозы с данными спутника GOES-11 [http://spidr.ngdc.noaa.gov/spidr/query. do?group=GOES] за 2005—2009 г, а также с показаниями нейтронных мониторов по станциям Киль и Апатиты, взятыми с интернет — сайтов [http:// spidr.ngdc.noaa.gov/spidr/query. do?group=CRl&] и [http://pgia.ru/cosmicray/] за аналогичный временной интервал. Соответствующие графики представлены на рис. 2 и 3.
Как можно видеть из рис. 2 и 3, изменения значений среднесуточной мощности дозы на МКС, начиная, по крайней мере, с окончания 2006 г. не имеют явно и сильно выраженной связи с изменениями потоков СКЛ и ГКЛ. При этом из рис. 2 и 3 также видно, что значения среднесуточной мощности дозы в течение интервала времени с
м 0.4
k о
ft
^ 0.3
л
т О
д 0.2 £ 0.2
о о я
! 0.1
■ N
и
1. I. 2005 1. I. 2006 1. I. 2007 1. I. 2008 1. I. 2009 1. I. 2010 г.
Время
Рис. 1. 1 — наименее защищенный блок ДБ-8 № 1; 2 — наиболее защищенный блок ДБ-8 № 4 (на всех рисунках).
0.5 г
Р 0.4
0
10000 1000 100 10 1 0.1 0.01
р
о
<0 о
я
о св
о н о
С
1. I. 2005 1. I. 2006 1. I. 2007 1. I. 2008 1. I. 2009 1. I. 2010
Время
Рис. 2. Сопоставление среднесуточной мощности дозы за 2005—2009 годы по данным неэкранированных блоков ДБ-8 (1, 2) с данными спутника ООЕЗ-11 (3 — поток протонов СКЛ с энергией >5 МэВ; 4 — поток протонов СКЛ с энергией >10 МэВ; 5 — поток протонов СКЛ с энергией >30 МэВ; 6 — поток протонов СКЛ с энергией >60 МэВ; 7 — поток протонов СКЛ с энергией >100 МэВ).
начала 2007 г. до окончания 2009 г. испытывают довольно значительные вариации.
Дальнейшая обработка данных проводилась для определения причин таких вариаций мощности дозы и имела своей целью отделить вклад в суточную дозу, обусловленный РПЗ, от вклада, обусловленного ГКЛ. Как известно из [7], на траектории полета МКС доза от РПЗ накапливается только при прохождении области Южно-Атлантической Аномалии (ЮАА). Поэтому план обработки состоял в том, чтобы на основе баллистической информации определить все интервалы времени в течение суток, во время которых МКС проходит зону ЮАА, и просуммировать приращения поглощенной дозы, накопленные за эти интервалы времени. Вклад в суточную дозу от
РПЗ при использовании этой методики оказывается равным сумме вкладов от всех прохождений области ЮАА в течение рассматриваемых суток, а вклад в суточную дозу от ГКЛ вычисляется как разность полной суточной дозы и вклада в суточную дозу от РПЗ.
Подробно эта методика обработки данных была описана нами в работе [4]. Как и для случая с исходными данными, проанализированными нами в [4], алгоритм обработки данных в данной работе был реализован в виде программы, написанной на языке National Instruments LabView 8.2 (http:// www.ni.com/labview/).
Результаты. На рис. 4 сопоставлены графики временной зависимости вклада в среднесуточную мощность дозы от РПЗ, с графиком временной
ВАРИАЦИИ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ
343
о п
1-ч
Л
т О
ч 13
о о я
в
о
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
"■У*1"*/*
0
1.1.2005 1.1.2006 1.1.2007 1.1.2008
Время
св
11000 1= д
10000 §
о
1-е
о
/
- 9000
- 8000
- 7000
6000
1.1.2009
5000 1.1.2010
Я 8 Я ^
° И £ § в я е
я
я
я я
св т св М о
С
Рис. 3. Сопоставление среднесуточной мощности дозы за 2005—2009 год по данным неэкранированных блоков ДБ-(1, 2) с показаниями нейтронных мониторов по станциям г. Апатиты (3) и г. Киль (4).
н о
Л
з I
Л о н ^ й Л
2 ^
Я 5
в 2
о
в
В
Л
В
0.3
0.2 -
0.1 -
Я
н о се ч ю о
я
к 2 $ *
о х о
р
Я
се н о о
ну; ¡/^
1
2
/
380 370 |-360 3501340 330 320
1. I. 2005 1. I. 2006
1. I. 2007 1. I. 2008 Время
1. I. 2009 1. I. 2010
Рис. 4. На нижней панели представлен график временной зависимости высоты прохождения области ЮАА (3 — нисходящие витки, 4 — восходящие витки). Верхняя панель — график временной зависимости вклада в среднесуточную мощность дозы от РПЗ (1, 2).
0
11000
10500
10000
- 9500
9000
8500
- 8000
1. I. 2005 1. I. 2007 1. I. 2009
1. I. 2006 1. I. 2008 1. I. 2010
л н
15
св
7500
7000
6500
6000
л Ч
и К
Я
и
се
р
О
н
и
я
о
о
1-е
о я я
о
=к
о
я «
и
я
св т се М о
С
5500
Время
Рис. 5. Сравнение графиков временной зависимости вклада в среднесуточную мощность дозы от ГКЛ для наименее защищенного (3) и наиболее защищенного (4) блоков СРК с показаниями нейтронных мониторов по станциям в г. Апатиты (1) и в г. Киль (2).
зависимости высоты, на которой МКС проходит через область ЮАА. На верхней панели рис. 4 представлены "сглаженные" значения мощности дозы для наименее защищенного и наиболее защищенного блоков ДБ-8. На нижней панели — высота прохождения ЮАА на восходящих и нисходящих витках. К сожалению, качество исходных данных и особенности использованной методики не позволили увеличить временной диапазон далее, чем на временной промежуток с середины 2005 г. до окончания 2009 г.
Вклад в среднесуточную мощность дозы от РПЗ составляет 0.17—0.23 мГр/сутки в течение периода окончания цикла солнечной активности (2005—2006 гг.) и значительных изменений в зависимости от высоты МКС не претерпевает; в течение же периода минимума солнечной активности (2007—2009 гг.) вклад в среднесуточную мощность дозы от РПЗ испытывает сильные вариации в зависимости от высоты МКС, и изменяется в диапазоне от 0.12 мГр/сутки до 0.3 мГр/сутки (при этом вклад в среднесуточную мощность дозы в течение периода окончания цикла солнечной активности (2005—2006 гг.) изменяется в диапазоне от 0.2 до 0.3 мГр/сутки, а в течение периода минимума сол-
нечной активности (2007—2009 гг.) — от 0.2 до 0.4 мГр/сутки.
Сопоставление верхней и нижней панелей рис. 4 показывает, что, по крайней мере, начиная с середины 2006 г. интервалы времени возрастания и убывания анализируемых параметров совпадают. Для количественной оценки взаимосвязи этих параметров, нами были рассчитаны коэффициенты корреляции Пирсона [8] между вкладом в среднесуточную мощность дозы от РПЗ (для наименее защищенного и наиболее защищенного блоков СРК) и высотой прохождения ЮАА МКС за период за период с 1.УН.2006 по 31.XII.2009. Коэффициенты корреляции составляют 0.85 и 0.77 для восходящих и нисходящих витков соответственно (наименее защищенный блок СРК); 0.82 и 0.73 — для наиболее защищенного блока СРК, восходящих и нисходящих витков соответственно. Полученные оценки подтверждают наличие взаимосвязи между вкладом от РПЗ в среднесуточную мощность дозы и изменением высоты МКС для большего, чем в работе [4], временного интервала.
На рис. 5 сопоставлены графики временной зависимости вклада в среднесуточную мощность дозы от ГКЛ (использованы сглаженн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.