Шаровой тканеэквивалентный фантом тела человека «МАТРЕШКА»
Немного истории.
Практически с первых шагов освоения человеком космоса перед учеными встала задача измерения воздействия космической радиации на живой организм, поскольку в открытом космосе отсутствует естественная, природная защита, функцию которой выполняет атмосфера Земли. Во время полета космонавты подвержены повышенному радиационному облучению. Поэтому получение точных данных о дозах облучения является одной из ключевых задач обеспечения безопасности космонавтов. Особенно это актуально в условиях долговременного нахождения в космосе. Причем ученых интересовали ответы на вопросы – каким уровням облучения подвержены внутренние органы человека, вот на этот комплекс вопросов и был призван дать ответ эксперимент «Матрешка-Р», в котором одним из основных участников должен был стать тканеэквивалентный фантом тела человека.
Места последовательного размещения фантома «МАТРЕШКА» в модулях МКС.
Реализация проекта
В начале 2000 года ученые Института медико-биологических проблем (ИМБП) Российской Академии Наук обратились в СНИИП с предложением рассмотреть возможность создания фантома человека для задач космической дозиметрии в рамках запланированного на международной космической станции (МКС) эксперимента «Матрешка-Р». Наш институт с большим энтузиазмом откликнулся на это предложение. В течение недели была сформирована рабочая группа для реализации проекта, в которую вошли ведущие специалисты СНИИП в области дозиметрии ионизирующего излучения - д.т.н. Поленов Б. В. и к.т.н. Петров В.И., химики-технологи Мотина Т.С. и Никоноров А.Г., главный технолог к.т.н. Юдин В.Н. и конструкторы – Еременко В.Г. (начальник конструкторского отдела) и Карцев И.С. (ведущий конструктор). Научные исследования, экспериментальные работы и изготовление фантома, получившего название «Матрешка» СНИИП выполнил в рекордные сроки, всего за полтора года. В конце 2001 года готовое изделие мы передали в ИМБП. Конструкция «Матрешки» была разработана с таким расчетом, чтобы космонавты после экспонирования фантома могли разобрать его, извлечь детекторы, установить новые, а экспонированные детекторы с помощью транспортного корабля возвратить на Землю для обмера.
Тканеэквивалентность
Химики-технологи нашего института путем проведения серии экспериментов подобрали состав полимера, основу которого составил полиуретан с добавлением в определенных пропорциях водорода, углерода, азота и кислорода. По своим физическим и технологическим свойствам полимер получился уникальным. Его плотность практически не отличалась от плотности биологической ткани. Причем полученный полимер позволил создать фантом вдвое меньшего веса относительно европейского аналога («Матрешка» - 30 кг., европейский фантом около70 кг.)
Конструкция
Фантом «Матрешка» представлял собой шар диаметром 35 см., состоявший из 13 дисков, имевших полусферическую боковую поверхность. Центральный диск имел толщину 5 см., а 12 остальных 2,5 см. В дисках были сделаны специальные ниши, в которые устанавливались пеналы с детекторами, изготовленными на основе фторида-лития, а также другие дозиметры. Всего внутри фантома предусмотрено размещение 48 термолюминисцентных детекторов на основе фторида лития. Детекторы, размещались, на разной глубине, соответствующей глубине нахождения того или иного органа в теле человека. После определенного времени нахождения фантома в космосе (времени экспозиции - это может быть месяц, полгода, год, в зависимости от конкретных задач) детекторы изымались из фантома и отправлялись на Землю для измерения накопленной дозе. Результаты измерений позволяли сформировать выводы о количественных параметрах воздействия излучения на космонавтов и возможности продолжения полета или его прекращении.
Основная сложность состояла в подборе состава полимера для получения максимально близкого соответствия плотности материала и плотности биологической ткани человека, при этом материал должен быть легко обрабатываемым, технологичным в изготовлении, не иметь эмиссии неприятных запахов и токсичных веществ. Специалисты СНИИП с этой задачей успешно справились.
Цель эксперимента — получение точных данных о радиационном облучении космонавтов в условиях пилотируемого полета различной длительности в том числе и в условиях вспышек на Солнце и других космических процессах и тем самым повышение безопасности космических полетов.
Финал
Слаженная работа ученых и специалистов ГНЦ ИМБП и СНИИП позволила выполнить этот уникальный проект, завершившийся отправкой 29 января 2004 года фантома «Матрешка» на Международную космическую станцию.
Перспективы
Сейчас наш институт ведет большой объем научных исследований по созданию новых высокочувствительных дозиметров, обладающих уникальными свойствами в части диапазонов измерения доз радиации различных видов излучения в широком энергетическом диапазоне. Данные работы нацелены на создание отечественных дозиметров радиации, соответствующих ключевому требованию «быть на шаг впереди». Мы глубоко убеждены, что это изделие будет востребовано в рамках развития космической программы в нашей стране. Но есть «окно возможностей» для применения аналогичных изделий и в программах «Росатома» при создании новых ядерных реакторов и технологий.
