СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ КОНСТРУКЦИЙ ОТ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Российский патент 2020 года по МПК G21F1/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Варианты осуществления настоящего изобретения в целом относятся к таким системам защиты и способам, которые можно использовать в космических аппаратах и, более конкретно, к системам защиты и способам, которые направлены на защиту внутренней камеры конструкции от радиоактивного излучения и воздействия магнитного поля.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ионизирующее излучение обычно обладает достаточной энергией для удаления электронов с атомных орбит, тем самым генерируя заряженные частицы. Другим типом излучения является неионизирующее излучение, которое обычно не имеет достаточной энергии для удаления электронов с их орбит. Излучение в открытом космосе обычно включает в себя ионизирующее излучение, которое может проявляться в виде заряженных частиц высокой энергии. Примерами ионизирующего излучения являются гамма-лучи, протоны, нейтроны и тому подобное. Ионизирующее излучение способно повредить человеческие ткани и клетки, что может привести к онкологическому заболеванию и/или смерти. Ионизирующее излучение может также повредить контрольно-измерительные и коммуникационные системы на борту космических аппаратов, станций и тому подобного.

Время от времени солнце выбрасывает значительные количества ионизирующего излучения в виде заряженных частиц во время событий, известных как корональные выбросы массы ("КВМ"). Заряженные частицы, испускаемые во время КВМ, включают в себя электроны, протоны и тяжелые ионы. Такое ионизирующее излучение может сильно повредить клетки человека, а также чувствительные электронные компоненты и другие устройства. Вследствие этого, даже несмотря на то, что КВМ происходят сравнительно редко, доза радиоактивного излучения, которую могут получить люди и оборудование космического аппарата, приводит к необходимости защищать часть или весь космический аппарат от такого радиоактивного излучения.

Защиту от излучения протонов и тяжелых ионов можно в основном выполнять либо посредством поглощения частиц, либо отклонения частиц. Для поглощения радиоактивного излучения вокруг области, в которой находятся люди и/или чувствительное оборудование, можно располагать материалы, имеющие достаточную толщину для поглощения количества энергии, ожидаемой при излучении во время КВМ. Однако из-за веса такой оболочки использование материала, поглощающего излучение, обычно является нецелесообразным для космических исследований и других приложений. Кроме того, поглощение высокоэнергетических частиц высвобождает другую форму радиоактивного излучения, такую как гамма-лучи и рентгеновские лучи, которые проходят через защитный материал и могут нанести вред экипажу и/или оборудованию.

С другой стороны, активная радиационная защита отклоняет частицы излучения, вместо того, чтобы поглощать их. Одним примером активной радиационной защиты от излучения КВМ является магнитосфера Земли, которая создает магнитное поле с достаточной плотностью магнитного потока для изменения траектории таких частиц от Солнца или еще откуда-нибудь, тем самым вызывая отклонение излучения в сторону от Земли.

Одна известная система радиационной защиты использует магнитное поле внешнего соленоида. Другая известная система радиационной защиты включает в себя проводящее кольцо, по которому проходит электрический ток. Магнитное поле создается за счет электрического тока, проходящего по проводящему кольцу.

Однако известные системы активной радиационной защиты обычно отклоняют ионные частицы только в определенных направлениях. Например, одна известная система обеспечивает защиту от радиоактивного излучения в одном направлении, тогда как другая известная система оставляет концевые части космического аппарата открытыми и незащищенными. Кроме того, известные системы обычно не защищают людей и контрольно-измерительные приборы от электромагнитного излучения внутри космического аппарата. Длительные периоды воздействия электромагнитного излучения оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье человека и работу контрольно-измерительных приборов.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Существует потребность в системе и способе радиационной защиты, выполненных с возможностью отклонять ионные частицы во всех направлениях. Существует потребность в системе и способе радиационной защиты, защищающих все области внутренней камеры конструкции (так что концевые части не подвергаются воздействию излучения). Существует потребность в системе и способе радиационной защиты, являющихся эффективными в течение длительных периодов времени (например, месяцев или лет). Существует потребность в системе и способе защиты от длительного воздействия магнитных полей.

С учетом данных потребностей конкретные варианты осуществления настоящего изобретения предлагают систему для защиты внутренней камеры конструкции. Система может включать в себя источник энергии, узел внешнего экрана, функционально соединенный с источником энергии и присоединенный к внешней стенке конструкции, и узел внутреннего экрана, окружающий внутреннюю камеру. Узел внешнего экрана создает магнитное поле, проходящее сквозь конструкцию и вокруг нее. Узел внутреннего экрана выполнен с возможностью отклонения радиационных частиц в сторону от внутренней камеры и перенаправления участков магнитного поля вокруг внутренней камеры.

Узел внешнего экрана может включать в себя спиральную обмотку. По меньшей мере еще в одном варианте осуществления спиральная обмотка крепится к внешней поверхности внешней стенки. По меньшей мере еще в одном варианте осуществления спиральная обмотка крепится к внутренней поверхности внешней стенки. По меньшей мере еще в одном варианте осуществления спиральная обмотка встроена во внешнюю стенку.

Узел внутреннего экрана может включать в себя один или более ферромагнитных листов. По меньшей мере еще в одном варианте осуществления узел внутреннего экрана может включать в себя сферический основной корпус. По меньшей мере еще в одном варианте осуществления узел внутреннего экрана может включать в себя первый экран, имеющий первые наклонные стенки, которые не параллельны и не перпендикулярны продольной оси магнитного поля. Узел внутреннего экрана может также включать в себя второй экран, окружающий первый экран. Второй экран может иметь вторые наклонные стенки, которые не параллельны и не перпендикулярны продольной оси магнитного поля.

По меньшей мере еще в одном варианте осуществления узел внешнего экрана выполнен с возможностью создания магнитное поле в виде мультипольного магнитного поля.

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения предлагают способ защиты внутренней камеры конструкции. Данный способ может включать в себя:

соединение узла внешнего экрана с внешней стенкой конструкции, ограждение внутренней камеры конструкции узлом внутреннего экрана,

функциональное соединение источника энергии с узлом внешнего экрана,

подачу питания от источника энергии к узлу внешнего экрана для создания магнитного поля, проходящего вокруг конструкции и сквозь нее,

отклонение радиационных частиц в сторону от внутренней камеры при помощи узла внутреннего экрана и

перенаправление участков магнитного поля вокруг внутренней камеры при помощи узла внутреннего экрана.

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения предлагают космический аппарат, который может включать в себя корпус, образующий внутреннюю камеру, и систему защиты, осуществляющую защиту внутренней камеры от радиоактивного излучения и воздействия магнитных полей. Система защиты может включать в себя узел внешнего экрана, функционально соединенный с источником энергии и прикрепленный к внешней стенке конструкции, и узел внутреннего экрана, окружающий внутреннюю камеру. Узел внешнего экрана создает магнитное поле, проходящее сквозь конструкцию и вокруг нее. Узел внутреннего экрана выполнен с возможностью отклонения радиационных частиц в сторону от внутренней камеры и перенаправления участков магнитного поля вокруг внутренней камеры.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показана структурная схема конструкции, включающей в себя систему защиты согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2 показана принципиальная схема конструкции, включающей в себя систему защиты согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3 показана принципиальная схема конструкции, включающей в себя систему защиты согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 4 показана принципиальная схема конструкции, включающей в себя систему защиты согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 5 показана схема последовательности операций способа защиты внутренней камеры конструкции от радиоактивного излучения и воздействия магнитного поля согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вышеизложенное раскрытие сущности изобретения, а также последующее подробное описание некоторых вариантов осуществления будут лучше понятны при прочтении совместно с прилагаемыми чертежами. Используемый в данном описании элемент или этап, приведенный в единственном числе, следует понимать, как не обязательно исключающий множество элементов или этапов. Кроме того, ссылки на "один вариант осуществления" не должны интерпретироваться, как исключающие существование дополнительных вариантов осуществления, которые также содержат перечисленные признаки. К тому же, если явно не указано обратное, варианты "содержащие" или "имеющие" элемент или множество элементов, имеющих конкретное состояние, могут включать в себя дополнительные элементы, не имеющие данного состояния.

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения предлагают систему защиты и способ, которые могут включать в себя узел внешнего экрана, присоединенный к внешней части (например, внешней стенке корпуса) конструкции (например, космического аппарата). Например, узел внешнего экрана может крепиться к внешней или внутренней поверхности внешней части космического аппарата. По меньшей мере еще в одном варианте осуществления узел внешнего экрана может быть встроен во внешнюю часть космического аппарата. С целью создания эффективного магнитного поля, защищающего внутреннюю камеру от излучения (например, ионизирующего и неионизирующего излучения) во всех направлениях, узел внешнего экрана может включать в себя одну или более катушек соленоида, сконфигурированных как двухполюсные или многополюсные для различных конфигураций космического аппарата.

Система и способ защиты могут также включать в себя узел внутреннего экрана, окружающего внутреннюю камеру космического аппарата. Узел внутреннего экрана может включать в себя один или более листов из ферромагнитного материала, которые могут иметь форму сфер, наклонных перегородок или тому подобного, окружающих внутреннюю камеру. Узел внутреннего экрана защищает людей и контрольно-измерительные приборы во внутренней камере от сильных магнитных полей и изменяет магнитное поле, которое может создаваться узлом внешнего экрана для предотвращения проникновения внутрь космического аппарата ионных частиц, движущихся параллельно созданному магнитному полю.

Варианты осуществления настоящего изобретения предлагают системы и способы, которые отклоняют ионизирующее излучение частиц во всех направлениях и защищают людей и контрольно-измерительные приборы от длительного воздействия магнитных полей. Узел внешнего экрана, который может крепиться к внешней части конструкции (например, космического аппарата), может также защищать конструкцию от ударов молнии, например, при прохождении космического аппарата через атмосферу, например, во время чередований запуска и приземления.

Варианты осуществления настоящего изобретения предлагают системы и способы для экранирования излучения и магнитного поля. Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают системы и способы, которые защищают людей и контрольно-измерительные приборы на борту космического аппарата или других подобных конструкций от длительного воздействия излучения и магнитных полей, которые могут присутствовать в открытом космосе, на атомных электростанциях и/или тому подобном.

По меньшей мере в одном варианте осуществления система защиты может включать в себя узел внешнего экрана, имеющего проводящие элементы (такие как, провода, обмотки, полосы, ленты, балки и/или тому подобное), соединенные с внешней частью конструкции (например, космического аппарата, станции наземного базирования или тому подобного). Проводящие элементы могут быть присоединены к внешней части, располагая по спирали. По меньшей мере еще в одном варианте осуществления узел внешнего экрана может включать в себя дипольные или другие мультипольные устройства, выполненные с возможностью создавать магнитные поля в случае их присоединения к источнику энергии при прохождении по ним электрического тока. Системы и способы могут также включать в себя узел внутреннего экрана, который может содержать один или более ферромагнитных листов внутри конструкции. Узел внутреннего экрана защищает людей и/или оборудование во внутренней камере от воздействия магнитных полей, например, магнитного поля, созданного узлом внешнего экрана. Узел внутреннего экрана может изменять магнитный поток магнитного поля так, что измененное магнитное поле отклоняет ионные частицы, которые первоначально проходят в том же направлении, что и магнитный поток, для обеспечения защиты от ионизирующего излучения во всех направлениях.

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя систему защиты и способ, которые могут включать в себя узел внешнего экрана, который может использовать проводящие элементы (такие как, полосы, провода, балки, ленты, пояса, обмотки или тому подобное), выполненные с возможностью создавать силу Лоренца. Система и способ защиты могут также включать в себя узел внутреннего экрана, который может включать в себя один или более ферромагнитных листов, выполненных с возможностью защищать от длительного воздействия радиоактивного излучения и магнитных полей.

На фиг. 1 показана принципиальная схема конструкции 100, включающей в себя систему 102 защиты согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Конструкция 100 может представлять собой или включать в себя транспортное средство, например, космический аппарат, космическую станцию, станцию наземного базирования или тому подобное. Конструкция 100 может быть выполнена в виде цилиндра, например, части корпуса космического аппарата. По меньшей мере еще в одном варианте осуществления конструкция 100 является корпусом космического аппарата, например, космического шаттла или космического транспортного средства, спутника и/или тому подобного. Конструкция 100 включает в себя внешнюю стенку 104 (например, внешняя часть корпуса) и внутреннюю камеру 106, которая может быть задана внутренней поверхностью 107 внешней стенки 104. Внутренняя камера 106 может представлять собой или включать в себя кабину пилотов, центр управления, салон, помещение, грузовой отсек и/или тому подобное внутри конструкции 100. Люди и оборудование могут находиться в пределах внутренней камеры 106.

Система 102 защиты может включать в себя узел 108 внешнего экрана, соединенный с внешней стенкой 104, и узел 110 внутреннего экрана, окружающий внутреннюю камеру 106. Узел 110 внутреннего экрана размещен между внутренней камерой 106 и узлом 108 внешнего экрана. Узел 108 внешнего экрана может окружать внешнюю поверхность 111 внешней стенки 104. Например, узел 108 внешнего экрана может включать в себя один или более проводящих элементов (таких как, проводящие полосы, ленты, провода, обмотки, балки или тому подобное), намотанных вокруг внешней поверхности 111. По меньшей мере еще в одном варианте осуществления проводящий элемент (проводящие элементы) намотан (намотаны) вокруг внешней поверхности 111 в спиральной конфигурации. В некоторых случаях узел 108 внешнего экрана может крепиться к внутренней поверхности 107 внешней стенки 104. По меньшей мере еще в одном варианте осуществления узел 108 внешнего экрана может быть встроен во внешнюю стенку 104.

Узел 108 внешнего экрана функционально соединен с источником 112 энергии, например, одним или более аккумуляторами, двигателями, солнечными элементами и/или тому подобным, которые выполнены с возможностью вырабатывать, например, энергию постоянного тока (DC). Источник 112 энергии подает ток к узлу 108 внешнего экрана. Когда по узлу 108 внешнего экрана проходит ток, вокруг конструкции 100 создается магнитное поле 114, например, как описано в патенте США №8,210,481, озаглавленном "Spacecraft Having a Magnetic Space Radiation Shield", включенном в настоящее описание в качестве ссылки во всей своей полноте. Созданное магнитное поле 114 отклоняет ионизирующее излучение, направленное к конструкции 100.

Узел 110 внутреннего экрана может покрывать, ограждать или иным образом окружать внутреннюю камеру 106. Узел 110 внутреннего экрана может включать в себя один или более защитных листов, которые могут быть выполнены из одного или более ферромагнитных материалов, например, железа, никеля, кобальта, их сплавов и/или тому подобного. Узел 110 внутреннего экрана может иметь толщину, равную одному дюйму (2,54 см) или меньше. В некоторых случаях толщина узла 110 внутреннего экрана может составлять более одного дюйма (2,54 см). Толщина узла 110 внутреннего экрана и количество защитных листов может быть прямо пропорциональным типу и силе ионизирующего излучения, подлежащего отклонению. Например, узел 110 внутреннего экран может иметь толщину большей величины для более сильного ионизирующего излучения и меньшую толщину для более слабого ионизирующего излучения. Узел 110 внутреннего экрана выполнен с возможностью защищать внутреннюю камеру 106 от ионных частиц, которые движутся в направлении, параллельном продольной оси 116 созданного магнитного поля 114. Таким образом, узел 110 внутреннего экрана защищает внутреннюю камеру 106 от ионизирующего излучения, которое может быть направлено в концы 118 конструкции 100.

Узел 110 внутреннего экрана также выполнен с возможностью направлять магнитное поле 114 вокруг внутренней камеры 106. Узел 110 внутреннего экрана может защищать внутреннюю камеру 106 от созданного магнитного поля 114. Следовательно, узел 110 внутреннего экрана может защищать людей и оборудование внутри внутренний камеры 106 от длительного воздействия магнитного поля 114.

Как было отмечено, узел 108 внешнего экрана выполнен с возможностью создавать магнитное поле 114 вокруг конструкции 100. Созданное магнитное поле 114 отклоняет ионизирующее излучение, направленное на конструкцию 100. Таким образом, узел 108 внешнего экрана может быть элементом активной защиты. Узел 110 внутреннего экрана может быть элементом пассивной защиты, который окружает внутреннюю камеру 106 и защищает внутреннюю камеру от радиоактивного излучения и воздействия магнитного поля 114.

На основании закона о силе Лоренца, заряженная частица, движущаяся в магнитном поле (например, магнитном поле 114), испытывает действие поперечной силы, которая пропорциональна силе магнитного поля, составляющей скорости, перпендикулярной магнитному полю, и заряду частицы. В частности,

F=qV X В

где

F - сила,

q - электрический заряд частицы,

v - мгновенная скорость частицы, и

В - магнитное поле (в теслах).

Когда излученная частица (например, ионная частица 120) движется параллельно продольной оси 116 магнитного поля 114, излученная частица не может быть отклонена. Таким образом, ионная частица 120 может пройти в конструкцию 100. Даже если ионная частица 120 проходит в конструкцию, узел 110 внутреннего экрана отклоняет ионную частицу 120 в сторону от внутренней камеры 106. Одновременно узел 110 внутреннего экрана направляет магнитное поле 114 вокруг внутренней камеры 106 так, что магнитное поле 114 не проходит во внутреннюю камеру 106.

На фиг. 2 показана принципиальная схема конструкции 100, включающей в себя систему 102 защиты согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Конструкция 100 может включать в себя основной корпус 130 цилиндрической формы. Узел 108 внешнего экрана может включать в себя по меньшей мере один проводящий элемент 140, соединенный с внешней стенкой 104 основного корпуса 130 цилиндрической формы. Например, проводящий элемент (проводящие элементы) 140 может (могут) включать в себя спиральную обмотку, намотанную вокруг внешней стенки 104 в спиральной конфигурации. Противоположные концы 132 и 134 проводящего элемента (проводящих элементов) 140 соединены с источником 112 энергии, который подает электрический ток к проводящему элементу (проводящим элементам) 140. Когда по спиральному проводящему элементу (проводящим элементам) 140 проходит ток, создается магнитное поле 114, проходящее вокруг и сквозь конструкцию 100. Созданное магнитное поле 114 отклоняет ионные частицы 141 в сторону от конструкции 100.

Однако, ионные частицы 142, движущиеся параллельно продольной оси 116 магнитного поля 114, могут проникать внутрь конструкции 100. Узел 110 внутреннего экрана предотвращает, сводит к минимуму или иным образом уменьшает возможность прохождения ионных частиц 142 во внутреннюю камеру 106. Например, узел 110 внутреннего экрана может представлять собой или включать в себя основной корпус сферической формы, выполненный из одной или более ферромагнитных полос, которые охватывают или иным образом окружают внутреннюю камеру. Таким образом, узел 110 внутреннего экрана блокирует ионизирующее излучение от прохождения во внутреннюю камеру 106.

Дополнительно, сферический узел 110 внутреннего экрана направляет магнитное поле 114 вокруг внутренней камеры 106. Следовательно, узел 110 внутреннего экрана предотвращает, минимизирует или иным образом уменьшает возможность проникновения магнитного поля 114 во внутреннюю камеру 106.

Следует отметить, однако, что ионная частица 143 все же может проходить через внутреннюю камеру 106. Поскольку линии 114' магнитного поля перенаправлены при помощи сферического узла 110 внутреннего экрана вдоль его внешней поверхности, противоположные концы 150 сферического узла 110 внутреннего экрана могут быть не защищены магнитным полем 114. Таким образом, концы 150 могут обеспечивать ионизирующему излучению 143 пути для прохождения через него. Тем не менее, узел 110 внутреннего экрана защищает внутреннюю камеру 106 от подавляющей части ионных частиц, которые могут проходить в концы конструкции 100.

По меньшей мере еще в одном варианте осуществления узел 110 внутреннего экрана может включать в себя первый экран, окруженный вторым экраном. Особенность в виде двойного экрана создает избыточное экранирование, которое может блокировать ионизирующее излучение от проникновения во внутреннюю камеру 106.

На фиг. 3 показана принципиальная схема конструкции 100, включающей в себя систему 102 защиты согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В данном варианте осуществления узел 110 внутреннего экрана может включать в себя первый экран 150 внутри второго экрана 152. Как первый, так и второй экран 150 могут включать в себя соответствующие внешние стенки 154 и 156, наклоненные относительно продольной оси 116. Стенки 154 могут быть не перпендикулярны или параллельны продольной оси 116. Другими словами, ни один участок стенок первого экрана 150 не может быть перпендикулярен или параллелен продольной оси 116. По меньшей мере еще в одном варианте осуществления ни один участок концевой и боковой стенок не может быть параллелен или перпендикулярен продольной оси, в то время как основание и/или потолок могут содержать участки, параллельные или перпендикулярные продольной оси 116.

Первый и второй экраны 150 и 152 обеспечивают внутреннюю камеру 106 двойным слоем защиты от ионизирующего излучения. Дополнительно, поскольку первый и второй экраны 150 и 152 узла 110 внутреннего экрана выполнены из ферромагнитного материала, узел 110 внутреннего экрана изменяет направление линий 114' магнитного поля внутри конструкции 102 так, что радиационные частицы (посредством силы Лоренца) и линии 114' магнитного поля направлены вокруг внутренней камеры 106. Первый и второй экраны 150 и 152 имеют такие размеры и форму, что линии 114' магнитного поля не параллельны или перпендикулярны продольной оси 116. То есть, стенки первого и второго экранов 150 и 152 могут быть не параллельны и не перпендикулярны продольной оси 116. Таким образом, ионные частицы 142, проникающие через концы конструкции 100, отклоняются силой Лоренца в сторону от внутренней камеры 106. Первый и второй экраны 150 и 152 обеспечивают повышенную защиту от ионизирующего излучения, например, в случае если магнитное поле в первом экране 150 является (само по себе) недостаточным для создания достаточной силы Лоренца, чтобы полностью отклонить ионные частицы. Дополнительно было обнаружено, что наклонная природа стенок 154 и 156 уменьшает возможность прохождения ионных частиц через или первый или второй экраны 150 или 152.

В некоторых случаях, узел 110 внутреннего экрана может включать в себя больше или меньше экранов, чем первый и второй экраны 150 и 152. Например, можно использовать один из экранов 150 или 152, если он сам способен отклонять ионные частицы. По меньшей мере еще в одном варианте осуществления может быть использовано три, четыре, пять или более экранов.

На фиг. 4 показана принципиальная схема конструкции 100, включающей в себя систему 102 защиты согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 4, варианты осуществления настоящего изобретения можно использовать для создания мультипольных (квадрупольных, как показано на фиг. 4) магнитных полей для защиты как от ионизирующего, так и неионизирующего излучения. Как показано, конструкция 100 может включать в себя множество тел (например, цилиндрических тел) 101, каждое из которых может включать в себя соединенный с ним узел 108 внешнего экрана. Узел 110 внутреннего экрана, как, например, любой из описанных выше, может окружать внутреннюю камеру 106. В некоторых случаях варианты осуществления настоящего изобретения можно использовать для создания магнитных полей, имеющих более или менее квадрупольную конфигурацию.

Для обмотки соленоида (например, которая может быть образована одним или более проводящими элементами узла 108 внешнего экрана) плотность магнитного потока внутри обмотки пропорциональна электрическому току и числу витков обмотки. Для защиты от всех различных типов космического излучения (например, запертого излучения, галактического космического излучения (ГКИ), и случаев солнечных частиц (ССЧ)), плотность магнитного потока, например, может изменяться от 1×10^-4 тесла до 10 тесла. Для достижения высокой плотности магнитного потока (например, 10 тесла) проводящие элементы узла 108 внешнего экрана можно выполнять из сверхпроводящего материала (например, диборида магния или нано-углерода). Узел 110 внутреннего экрана может быть выполнен из тонких листов ферромагнитного материала, которые можно выполнять из различных металлов и их сплавов, например, кобальта, железа, никеля, гадолиния, диспрозия, пермаллоя, аваруита, вайракита, магнетита и/или тому подобного. Например, материал, из которого обычно формируют проводящие элементы узла 110 внутреннего экрана, может быть выбран на основании магнитной проницаемости (отношения выходной магнитной индукции (В) ко входной напряженности (Н) магнитного поля, создающего индукцию. Чем выше проницаемость, тем лучше магнитные характеристики), плотности потока (также известной как индукция насыщения - материал с высокой плотностью потока или силой позволяет развивать сильное магнитное поле), стоимости и/или веса.

Как показано на фиг. 4, тела 101 могут быть соединены вместе и присоединены к источнику 112 энергии. Узел 110 внешнего экрана может включать в себя множество тел, которые могут быть соединены вместе для создания магнитного поля 114, защищающего от ионизирующего излучения внутреннюю камеру 106 внутри конструкции 100 неправильной формы.

Со ссылкой на фиг. 1-4 варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают камеру для радиационной защиты, которая может включать в себя конструкционный проводник (например, конструкцию 102), узел 108 внешнего экрана, который может включать в себя проводящую полосу, намотанную вокруг конструкционного проводника в спиральной конфигурации, и источник 112 энергии, присоединенный к узлу 108 внешнего экрана. Питание, подаваемое к узлу 108 внешнего экрана, создает магнитное поле 114, проходящее вокруг и сквозь конструкционный проводник. Камера для радиационной защиты может также включать в себя узел 110 внутреннего экрана, который может включать в себя по меньшей мере один ферромагнитный лист, имеющий форму, образующую окруженное пространство нужного объема. По меньшей мере две стороны окруженного пространства могут пересекаться, образуя границу, не параллельную и не перпендикулярную линиям магнитного поля.

В вариантах осуществления настоящего изобретения предложен способ защиты от излучения, который может включать в себя обеспечение конструкционного проводника с соединенным с ним узлом внешнего экрана. Например, узел внешнего экрана может быть обернут вокруг конструкционного проводника в спиральной конфигурации. Способ может также включать в себя присоединение источника энергии к узлу внешнего экрана и создание магнитного поля, проходящего сквозь и вокруг конструкционного проводника при подаче питания к узлу внешнего экрана. Способ может также включать в себя формирование узла внутреннего экрана вокруг внутренней камеры. Узел внутреннего экрана может создавать окруженное пространство вокруг внутренней камеры. Узел внутреннего экрана может быть выполнен из ферромагнитного материала. Внешние стенки узла внутреннего экрана могут быть ориентированы для изменения направления магнитного потока с целью отклонения ионных частиц, движущихся параллельно продольной оси созданного магнитного поля.

На фиг. 5 показана схема последовательности операций способа защиты внутренней камеры конструкции от радиоактивного излучения и воздействия магнитного поля согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На этапе 200 узел внутреннего экрана размещают вокруг конструкции внутренней камеры. Узел внутреннего экрана может включать в себя один или более экранов, охватывающих внутреннюю камеру. Узел внутреннего экрана может быть выполнен в виде сферы или окруженного пространства, имеющего стенки, по меньшей мере некоторые из которых не параллельны и не перпендикулярны продольной оси конструкции (и/или магнитному полю, созданному сквозь конструкцию).

На этапе 202 узел внешнего экрана соединяют с внешней стенкой конструкции. Например, узел внешнего экрана может крепиться к внешней или внутренней поверхностям внешней стенки. По меньшей мере еще в одном варианте осуществления узел внешнего экрана может быть встроен во внешнюю стенку. Источник энергии соединяют с узлом внешнего экрана.

На этапе 204 к узлу внешнего экрана подают питание. На этапе 206 магнитное поле создается вокруг конструкции и сквозь нее посредством подачи питания к узлу внешнего экрана.

На этапе 208 ионные частицы отклоняют в сторону от внутренней камеры при помощи созданного магнитного поля и узла внутреннего экрана. На этапе 210 при помощи узла внутреннего экрана перенаправляют участки магнитного поля вокруг внутренней камеры.

Со ссылкой на фиг. 1-5, варианты осуществления настоящего изобретения предлагают системы и способы радиационной защиты, способные отклонять ионные частицы во всех направлениях. Варианты осуществления настоящего изобретения предлагают системы и способы радиационной защиты, защищающие все области внутреннего салона космического аппарата (чтобы не подвергать воздействию излучению концевые части). Варианты осуществления настоящего изобретения предлагают системы и способы радиационной защиты, эффективные в течение длительных периодов времени. Дополнительно, варианты осуществления настоящего изобретения предлагают системы и способы, защищающие от длительного воздействия магнитных полей.

Хотя различные термины, относящиеся к пространству и направлению, например, верх, низ, нижний, средний, продольный, горизонтальный, вертикальный, передний и тому подобные можно использовать для описания вариантов осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что такие термины используются только в отношении ориентаций, показанных на чертежах. Направления можно инвертировать, вращать, или иным образом менять так, что верхний участок становится нижним участком и наоборот, горизонтальный становится вертикальным и тому подобное.

Используемые в данном документе конструкция, ограничение или элемент, которые "выполнены с возможностью" выполнять задачу или операцию, особым образом структурно выполнены, сконструированы или приспособлены, чтобы соответствовать задаче или операции. С целью достижения большей ясности и во избежание сомнений объект, который можно просто модифицировать для выполнения задачи или операции, не является "выполненным с возможностью" выполнения задачи или операции, как понимается в настоящем раскрытии.

Следует понимать, что приведенное выше описание предназначено быть иллюстративным, а не ограничивающим. Например, описанные выше варианты (и/или их аспекты) можно использовать в сочетании друг с другом. Кроме того, можно выполнять много модификаций для адаптации конкретной ситуации или материала к идеям различных вариантов осуществления изобретения, не выходя за пределы его объема. В то время как размеры и типы материалов, описанных в данном документе, предназначены для определения параметров различных вариантов осуществления изобретения, варианты осуществления никаким образом не являются ограничивающими, а являются примерными вариантами осуществления. Многие другие варианты осуществления изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники при рассмотрении вышеизложенного описания.

Объем различных вариантов осуществления настоящего изобретения должен, следовательно, быть определен со ссылкой на пункты прилагаемой формулы изобретения вместе с полным объемом эквивалентов, на которым такие пункты прилагаемой формулы дают право. В прилагаемой формуле изобретения термины "включающий в себя" и "в котором" используются в качестве простых английских эквивалентов, соответствующих терминам "содержащий" и "в котором". Кроме того, термины "первый", "второй" и "третий" и т.д. используются только в качестве меток и не предназначены накладывать числовые условия на свои объекты. Дополнительно, ограничения нижеследующей формулы изобретения не записаны в формате средства-плюс-функции и не предназначены для интерпретации на основании 35 U.S.С.§ 112 (е), если и пока такие ограничения формулы изобретения явно не используют выражение "средство", за которым следует утверждение утраты функции дальнейшей конструкции.

Данное письменное описание использует примеры, чтобы раскрыть различные варианты осуществления изобретения, включая наилучший способ, а также, чтобы обеспечить любому специалисту в данной области техники возможность применения на практике различных вариантов осуществления изобретения, включая в себя создание и использование любых устройств или систем и выполнение любых использованных способов. Патентоспособный объем различных примеров осуществления изобретения определен формулой изобретения и может включать в себя другие примеры, которые придут на ум специалистам в данной области техники. Такие другие примеры предназначены быть в пределах объема формулы изобретения, если эти примеры имеют структурные элементы, которые не отличаются от точного изложения формулы изобретения, или если примеры содержат эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от точного изложения формулы изобретения.

Группа изобретений относится к системам защиты и способам, которые направлены на защиту внутренней камеры конструкции от радиоактивного излучения и воздействия магнитного поля. Система для защиты внутренней камеры конструкции содержит: источник энергии; узел внешнего экрана, функционально соединенный с источником энергии и соединенный с внешней стенкой указанной конструкции. Причем узел внешнего экрана выполнен с возможностью создания магнитного поля, проходящего сквозь конструкцию и вокруг нее. Узел внутреннего экрана выполнен с возможностью отклонения радиационных частиц в сторону от внутренней камеры и перенаправления участков магнитного поля вокруг внутренней камеры. Узел внутреннего экрана содержит первый экран, имеющий первые наклонные стенки, которые не параллельны и не перпендикулярны продольной оси магнитного поля. Узел внутреннего экрана содержит второй экран, окружающий первый экран. Второй экран имеет вторые наклонные стенки, которые не параллельны и не перпендикулярны продольной оси магнитного поля. Имеется также способ экранирования внутренней камеры конструкции и космический аппарат. Группа изобретений позволяет обеспечить защиту от ионизирующего излучения во всех направлениях. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система для защиты внутренней камеры конструкции, содержащая:

источник энергии;

узел внешнего экрана, функционально соединенный с источником энергии и соединенный с внешней стенкой указанной конструкции, причем узел внешнего экрана выполнен с возможностью создания магнитного поля, проходящего сквозь конструкцию и вокруг нее, и

узел внутреннего экрана, окружающий внутреннюю камеру и выполненный с возможностью отклонения радиационных частиц в сторону от внутренней камеры и перенаправления участков магнитного поля вокруг внутренней камеры,

причем узел внутреннего экрана содержит первый экран, имеющий первые наклонные стенки, которые не параллельны и не перпендикулярны продольной оси указанного магнитного поля,

причем узел внутреннего экрана также содержит второй экран, окружающий первый экран, причем второй экран имеет вторые наклонные стенки, которые не параллельны и не перпендикулярны продольной оси магнитного поля.

2. Система по п. 1, в которой узел внешнего экрана содержит спиральную обмотку.

3. Система по п. 2, в которой спиральная обмотка прикреплена к внешней поверхности внешней стенки.

4. Система по п. 2, в которой спиральная обмотка прикреплена к внутренней поверхности внешней стенки.

5. Система по п. 2, в которой спиральная обмотка встроена во внешнюю стенку.

6. Система по п. 1, в которой узел внутреннего экрана содержит один или более ферромагнитных листов.

7. Система по п. 1, в которой узел внутреннего экрана содержит сферический основной корпус.

8. Система по п. 1, в которой узел внешнего экрана выполнен с возможностью создания указанного магнитного поля в виде мультипольного магнитного поля.

9. Способ экранирования внутренней камеры конструкции, включающий:

соединение узла внешнего экрана с внешней стенкой конструкции, при этом узел внутреннего экрана содержит один или более ферромагнитных листов;

ограждение внутренней камеры конструкции узлом внутреннего экрана;

функциональное соединение источника энергии с узлом внешнего экрана;

подачу питания от источника энергии к узлу внешнего экрана для создания магнитного поля, проходящего вокруг конструкции и сквозь нее;

отклонение радиационных частиц в сторону от внутренней камеры при помощи узла внутреннего экрана и

перенаправление участков магнитного поля вокруг внутренней камеры при помощи узла внутреннего экрана,

причем операция ограждения включает ограждение внутренней камеры первым экраном узла внутреннего экрана, причем первый экран имеет первые наклонные стенки, которые не параллельны и не перпендикулярны продольной оси магнитного поля; и

окружение первого экрана вторым экраном узла внутреннего экрана, причем второй экран имеет вторые наклонные стенки, которые не параллельны и не перпендикулярны продольной оси магнитного поля.

10. Способ по п. 9, согласно которому операция соединения включает прикрепление узла внешнего экрана к внешней поверхности внешней стенки.

11. Способ по п. 9, согласно которому операция соединения включает прикрепление узла внешнего экрана к внутренней поверхности внешней стенки.

12. Способ по п. 9, согласно которому операция соединения включает встраивание узла внешнего экрана во внешнюю стенку.

13. Способ по п. 9, согласно которому операция подачи питания включает создание указанного магнитного поля в виде мультипольного магнитного поля.

14. Космический аппарат, содержащий:

корпус, образующий внутреннюю камеру, и

систему защиты, экранирующую внутреннюю камеру от излучения и воздействия магнитных полей, причем система защиты содержит:

источник энергии;

узел внешнего экрана, функционально соединенный с источником энергии и присоединенный к внешней стенке конструкции, причем узел внешнего экрана выполнен с возможностью создания магнитного поля, проходящего сквозь конструкцию и вокруг нее; и

узел внутреннего экрана, окружающий внутреннюю камеру и выполненный с возможностью отклонения радиационных частиц в сторону от внутренней камеры и перенаправления участков магнитного поля вокруг внутренней камеры,

причем узел внутреннего экрана содержит (a) первый экран, имеющий первые наклонные стенки, которые не параллельны и не перпендикулярны продольной оси магнитного поля, и (b) второй экран, окружающий первый экран и имеющий вторые наклонные стенки, которые не параллельны и не перпендикулярны продольной оси магнитного поля.

15. Космический аппарат по п. 14, в котором узел внешнего экрана содержит спиральную обмотку, которая встроена внутрь, прикреплена к внешней поверхности указанной стенки или прикреплена к внутренней поверхности внешней стенки.