Метод дистанционного контроля радиационных параметров космических аппаратов на основе рентгенофлуоресцентного анализа

Лукьянова Л.А., Свитнев И.В., Харитонова Е.А., Гаврилов И.Е. Метод дистанционного контроля радиационных параметров космических аппаратов на основе рентгенофлуоресцентного анализа // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 4. С. 650–658. doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-4-650-658

Предмет исследования. Существующие международные юридические акты, инструменты и процедуры не гарантируют обеспечения паритетных условий для освоения и использования космического пространства. Необходимы средства объективного контроля космических аппаратов, на борту которых могут находиться изделия с делящимися материалами. Инспекция таких объектов может проводиться методами рентгенофлуоресценции. Однако в рассматриваемой предметной области применение подобных методов мало изучено. В данной работе предложен метод получения спектров рентгенофлуоресцентного излучения материалов, исследуемого объекта на основе расчета пространственно-энергетических характеристик рентгеновского излучения. Метод. Спектры рентгенофлуоресцентного исследования объектов получены на основе расчета пространственно-энергетических характеристик рентгеновского излучения по разработанным авторами оригинальным геометрической (математической) и имитационным моделям. При расчетах учтена сложная слоистая система объекта с учетом долей высокоэнергетического флуоресцентного излучения вышележащих слоев. Предложен численный эксперимент с использованием программы, которая позволяет выбрать проекции объекта, подвергаемого рентгеновскому облучению, длину волны и интенсивность параметров излучателя. С помощью полученного пространственно-энергетического распределения квантов излучения и физических свойств среды прохождения излучения решена задача поиска координат и углов пересечения треков пучков квантов в каждой области объекта. Результат программной обработки отображен в виде результирующего спектра. Полученный спектр позволил сделать вывод о химическом составе материалов инспектируемого объекта. Пучок рентгеновского излучения, достигающий объекта, смоделирован в виде пятна площадью, соизмеримой с сечением аппарата в виде выбранного геометрического примитива — квадрата. Площадь пятна падающих фотонов рассчитана по заранее задаваемому углу расхождения. Основные результаты. На основе открытых научных работ выбрана физическая модель объекта с ядерными делящими материалами W88 (США). Приняты следующие характеристики рентгеновских пучков (подпучков): когерентный пучок фотонов с длиной волны 0,005 нм; угол рассеяния пучка 1°, число квантов от 1·1015 (для дистанции облучения 10 м) до 1·1021 (для дистанции 10 км); площадь детектора излучателя 4 м2. Получен результирующий спектр рентгеновской флуоресценции, представляющий химический состав узлов и блоков аппарата и объекта, находящегося внутри. Наличие на борту объекта специфических изделий подтверждается характеристическими линиями с нормированными длинами волн, которые демонстрируют присутствие химических элементов радиоактивного ряда. Практическая значимость. Полученные результаты могут найти применение при разработке оборудования и программного обеспечения устройств космических аппаратов, при контроле наличия распадающихся материалов на борту инспектируемого аппарата.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License