Космический фантом

На фото — тканеэквивалентный антропоморфный фантом-манекен ФМ-2 из коллекции Политехнического музея в Москве. Фантомом называют модель человеческого тела или его части в натуральную величину, используемую в учебных заведениях, в музеях, в медицине и др. Этот фантом, ростом 170 см, весом 70 кг и похожий на Юрия Гагарина, использовался для измерения радиационной нагрузки на организм космонавта. Он подвижен в суставах и внутри него, в местах расположения жизненно важных органов, проложено 20 каналов для размещения дозиметров. Материал, из которого сделан фантом, — смесь эпоксидной смолы, древесных опилок и зерен пшеницы в специально подобранном соотношении — близок по химическому составу к биологической ткани и пропускает радиацию так же, как организм человека. Такой материал был разработан в 1968 году сотрудницей Института медико-биологических проблем РАН (ИМБП) Э. В. Литвиновой и изготовлен специалистами Ленинградского государственного института комплексного проектирования по техническому заданию ИМБП. Он способен выдерживать перегрузки, возникающие во время космического полета, не пожароопасен и не вырабатывает токсических выделений при колебаниях температуры и давления в герметичной кабине корабля.

Этот фантом-манекен побывал в космосе дважды. Первый раз в августе 1969 года он облетел вокруг Луны на автоматической станции «Зонд-7» (см. Zond 7), на которой было уставновлено кресло космонавта. В нем и был размещен фантом, одетый в костюм высотного пилота. Результаты измерений показали, что при отсутствии солнечных вспышек радиационное воздействие на организм «космонавта» на этой трассе полета не превышает допустимых норм.

Второй раз в октябре 1970 года фантом участвовал в орбитальном полете вокруг Земли на спутнике «Космос-368» (см. Cosmos 368). Полученные данные о распределении доз космической радиации в теле «космонавта» позволили разработать комплекс мер радиационной безопасности для осуществления длительных полетов человека на околоземных орбитах.

После возвращения на Землю манекен хранится в Политехническом музее и наряду с наиболее ценными экспонатами участвует в научной программе «Памятники науки и техники в музеях России», направленной на сохранение национального наследия в области науки, инженерного дела и промышленных технологий.

Сейчас на Международной космической станции (МКС) для изучения влияния ионизирующего излучения на организм человека используются фантомы нового поколения. С 2004 года в Российском сегменте МКС установлены аппараты российско-европейского эксперимента «Матрешка-Р», цель которого — изучение распределения потоков ионизирующих частиц и дозы радиации в зависимости от глубины проникновения частиц в тело человека в условиях длительного космического полета. Основные аппараты для измерения излучения — инновационный российский шаровой тканеэквивалентный фантом и немецкий тканеэквивалентный антропоморфный фантом «Рэндо» (RANDO). Они сделаны в основном из полиуретана — материала, поглощающего радиацию примерно так же, как тело человека. Внутри находится огромное количество датчиков ионизирующего излучения.

Строение шарового тканеэквивалентного фантома. Масса фантома — 32 кг, диаметр — 35 см. Многочисленные детекторы излучения расположены как внутри, так и снаружи в специальных карманах рабочего чехла. Каждый детектор находится строго на своем месте и отвечает за определенный орган. Пеналы с дозиметрами через определенное время экспозиции извлекают и отправляют на Землю для изучения показаний. Изображение с сайта atomic-energy.ru

Шаровой фантом измеряет дозы ионизирующего излучения для моделирования нагрузки на критические органы человека до сих пор. Антропоморфный фантом использовался в двух этапах эксперимента. Данные, полученные обоими аппаратами, проверялись на эквивалентность. Фантомы позволили получить много важных и полезных данных: например, с помощью антропоморфного фантома было показано, что при выходе в открытый космос доза облучения в теле космонавта будет на 15% меньше, а внутри станции в два раза меньше, чем доза, которую показывает дозиметр в кармане космонавта.

Антропоморфный фантом «Рэндо» представляет собой торс, сделанный из настоящего человеческого скелета и полиуретана, имитирующего мягкие и мышечные ткани. Высота торса — 84 см, максимальная ширина — 40 см, максимальная глубина — 22 см. А — вид спереди; b — компьютерная томография, c и d — компьютерная модель, где органы и ткани показаны разными цветами. Изображение из статьи M. Puchalska et al., 2014. NUNDO: a numerical model of a human torso phantom and its application to effective dose equivalent calculations for astronauts at the ISS

См. также:
Лев Смиренный «Фантом против радиации», «Наука и жизнь» №7, 2005.

Фото с сайта polymus.ru.

Юлия Михневич