Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences68948710.31857/S0023420625030026PZKITPArticlesСтатьиResearch ArticleRadiation-protective properties of polymer composite material in the ISS cabin according to thermoluminescent and solid-state track detectorsРадиационно-защитные свойства полимерного композитного материала в каюте МКС по данным термолюминесцентных и твердотельных трековых детекторовTolochekR. V.ТолочекР. В.
Russian Federation
shurshakov@imbp.ruPavlenkoV. I.ПавленкоВ. И.
Russian Federation
shurshakov@imbp.ruCherkashinaN. I.ЧеркашинаН. И.
Russian Federation
shurshakov@imbp.ruIvanovaO. A.ИвановаО. А.
Russian Federation
shurshakov@imbp.ruKartashovD. A.КарташовД. А.
Russian Federation
shurshakov@imbp.ruKartsevI. S.КарцевИ. С.
Russian Federation
shurshakov@imbp.ruShurshakovV. A.ШуршаковВ. А.
Russian Federation
shurshakov@imbp.ruInstitute of biomedical problems of the Russian Academy of SciencesГосударственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАНBelgorod State Technological University Named after V.G. ShoukhovБелгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова150620256332392481808202518082025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/689487

The paper presents measurement data obtained in the space experiment “Shielding Composite” by thermoluminescent and solid-state track detectors. A cylindrical container made of a composite shielding material based on fluoroplastic (1 cm thick, density 4.05 g/cm3) was installed in the left cabin of the International Space Station (ISS) Service Module. The measurement data were obtained for the period from February 21 to September 19, 2022, which falls at the growth phase of the solar activity cycle. The shielding effect of the composite material was determined as the ratio of doses received outside and inside the container, and according to measured data, it was 1.33 ± 0.08 for the absorbed dose and 1.29 ± 0.07 for the dose equivalent. This effect is mainly due to a decrease in the contribution to the dose from the Earth's radiation belts, which corresponds to the results of calculations carried out by the ray tracing method for the detector locations.

В работе представлены данные измерений, полученные в космическом эксперименте “Защитный композит”. Эксперимент проводился с использованием термолюминесцентных и твердотельных трековых детекторов и контейнера цилиндрической формы из композитного защитного материала на основе фторопласта (толщиной 1 см, плотностью 4.05 г/см3), установленного в левой каюте Служебного модуля Международной космической станции. Данные измерений получены для периода с 21 февраля по 19 сентября 2022 г., приходящегося на фазу роста цикла солнечной активности. Защитный эффект композитного материала определялся как отношение доз, полученных снаружи и внутри контейнера, и составил 1.33 ± 0.08 по поглощенной дозе и 1.29 ± 0.07 – по эквивалентной. Этот эффект обусловлен в основном уменьшением вклада в дозу от радиационных поясов Земли, что соответствует результатам расчетов, проведенных методом трассировки лучей для мест расположения детекторов.

Министерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian FederationМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian FederationFMFR-2024-0036Мирошниченко Л.И., Петров В.М. Динамика радиационных условий в космосе. М.: Энергоатомиздат, 1985. 148 с.Модель космоса / под ред. М.И. Панасюка, Л.С. Новикова – Т. 1: Физические условия в космическом пространстве. М.: Книжный дом “Университет”, 2007. 872 с.Lobascio C., Briccarello M., Destefanis R. et al. Accelerator-based tests of radiation shielding properties of materials used in human space infrastructures // Health Physics. 2008. V. 94(3). P. 242–247.Карташов Д.А., Толочек Р.В., Шуршаков В.А. и др. Расчет радиационных нагрузок в отсеке космической станции при использовании дополнительной защиты // Авиакосм. и экол. мед. 2013. Т. 47. № 6. С. 61–66.Bonda D.K., Goddarda B., Singleterry Jr.R.C. et al. Evaluating the effectiveness of common aerospace materials at lowering the whole body effective dose equivalent in deep space // Acta Astronautica. 2019. V. 165. P. 68–95.Шафиркин А.В., Григорьев Ю.Г. Межпланетные и орбитальные космические полеты. Радиационный риск для космонавтов. Радиобиологическое обоснование. М.: ЗАО “Издательство“Экономика”, 2009. 639 с.Патент на изобретение РФ № 2748157, МПК – 2017.01 G21F 1/12; Полимерный нанокомпозит для защиты от космического воздействия и способ его получения / Павленко В.И., Шкаплеров А.Н., Курицын А.А., Черкашина Н.И., Попова Е.В, Ястребинский Р.Н.; заявители и патентообладатели: Белгород. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова и Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина; заявка № 2020134472, заявлено: 20.10.2020 г.; опубликовано: 20.05.2021 г., Бюл. 14.Павленко В.И., Черкашина Н.И., Попова Е.В. и др. Исследование радиационно-защитных свойств композиционного материала на РС МКС // Материалы XV Международной научно-практической конференции “Пилотируемые полеты в космос”. Московская обл., Звездный городок, Россия. 2023. С. 156–157.Павленко В.И., Черкашина Н.И., Курицын А.А. и др. Высокоэффективный конструкционный полимерный материал для защиты от космической радиации // Пилотируемые полеты в космос. 2022. № 2(43). C. 105–115.Shkaplerov A.N., Cherkashina N.I., Pavlenko V.I. et al. Changes in the Vickers hardness, wettability, structural and mechanical properties of the “shielding composite” under the exposure to cosmic radiation // Engineering Failure Analysis. 2023. V. 152. Art.ID. 107470.Сабо Б., Сабо П.П., Вагвелди Е. и др. Универсальный прибор для измерения термолюминесцентных материалов // Космическое приборостроение. М.: Наука, 1982. С. 201–204.Акатов Ю.А., Архангельский В.В., Бенгин В.В. и др. Исследование закономерностей формирования радиационных полей в теле человека и в отсеках орбитальной станции в ходе космического полета // Космонавтика и ракетостроение. 2007. № 49. С. 71–84.Inozemtsev K.O., Kodaira S., Shurshakov V.A et al. Etched track detector methods for the identification of target nuclear fragments in cosmic radiation and accelerator proton beams // Radiation Measurements. 2021. V. 140. Art. ID. 106505.Kodaira S., Konishi T., Kurano M. et al. On the use of CR-39 PNTD with AFM analysis in measuring proton-induced target fragmentation particles // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section B. 2015. V. 349. P. 163–168.Pálfalvi J.K. Fluence and dose of mixed space radiation by SSNTDs achievements and constraints // Radiation Measurements. 2009. V. 44. Iss. 9–10. P. 724–728.Inozemtsev K.O., Kushin V.V., Strádi A. et al. Measurement of different components of secondary radiation onboard International Space Station by means of passive detectors // Radiation Protection Dosimetry. 2018. V. 181. Iss. 4. P. 412–417. https://doi.org/10.1093/rpd/ncy043Kodaira S., Morishige K., Kitamura H. et al. A performance test of a new high-surface-quality and high-sensitivity CR-39 plastic nuclear track detector – TechnoTrak // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section B. 2016. V. 383. P. 129–135.Yasuda N., Namiki K., Honma Y. et al. Development of a high speed imaging microscope and new software for nuclear track detector analysis // Radiation Measurements. 2005. V. 40. Iss. 2–6. P. 311–315.Kartashov D.A., Shurshakov V.A. Analysis of space radiation exposure levels at different shielding configurations by ray-tracing dose estimation method // Acta Astronautica. 2018. V. 144. P. 320–330.Коломенский А.В. Характеристики поля излучений в космосе // Проблемы космической биологии / под ред. А. М. Уголева. Л.: Наука, 1989. Т. 60. С. 122–125.Dudkin V.E., Potapov Yu.V. Doses From Galactic Cosmic Ray Particles Under Spacecraft Shielding // Nucl.Tracks Radiat. Meas. 1992. V. 20. Iss. 1. P. 33–39.Nikezic D., Yu K.N. Formation and growth of tracks in nuclear track materials // Materials Science and Engineering R. 2004. V. 46. P. 51–123.ICRP Publication 60. The 1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection // Annuals of ICRP. 1991. V. 21. Iss. 1–3. P. 1–202.Kodaira S., Tolochek R.V., Ambrožová I. et al. Verification of shielding effect by the water-filled materials for space radiation in the International Space Station using passive dosimeters // Advances in Space Research. 2014. V. 53. Iss. 1. P. 1–7.