Кроме протонов, потоки электронов сталкиваются с металлом КА и фонят в виде высокопроникающего жесткого рентгеновского излучения.
Чтобы полностью погасить протонное и рентгеновское излучение нужны экраны из свинца толщиной 2 сантиметра. Аполлоны не имели таких экранов. Единственным объектом на борту КА, который почти полностью поглощает 100-Мэвные протоны и рентгеновское излучение, есть человек.
Для протонов с энергией 100 Мэв интенсивность потока составляет 5·104 см-2с-1. Это соответствует потоку радиационной энергии 0,0064 Дж/м2с1.
Поглощенная доза (D) - основная дозиметрическая величина, равна отношению переданной энергии E ионизирующим излучением веществу с массой m:
D = E/m , единица Грей=Дж/кг,
через ионизационные потери излучения поглощенная доза за единицу времени равна:
D = n/p · dE/dx = n · E / L, единица Грей=Дж/(кг·сек),
где n - плотность потока излучения (частиц/м2с1); p - плотность вещества; dE/dx - ионизационные потери; L - длина пробега частицы с энергией E в биологической ткани (кг/м2).
Для человека получаем мощность поглощаемой дозы равна:
D = (1/2)·(6)·(5·104 см-2с-1)·(45 Мэв/(1,843 г/см2)), Гр/сек
множитель 1/2 - уменьшение интенсивности на половину после прохождения защиты командного модуля Аполлонов;
множитель 6 - степени свободы протонов в РПЗ - движение вверх, вниз, влево, вперед, назад и вращение вокруг осей;
множитель 1,843 г/см2 - пробег протонов с энергией 45 Мэв в биологической ткани после потери энергии в корпусе командного модуля.
Переведем все единицы к СИ, получим
D=0,00059 Грей/сек или 0,059 рад/сек, (здесь 1 Грей = 100 рад).
Такой же расчет проводят для протонов с энергией 40, 60, 80, 200 и 400 Мэв. Остальные потоки протонов дают малый вклад. И складывают. Поглощенная доза радиации увеличится в несколько раз и равна 0,31 рад/сек.
Для сравнения: за 1 секунду пребывания в протонном РПЗ экипаж Аполлонов получает дозу радиации 0,31 рад. За 10 сек - 3,1 рад, за 100 сек - 31 рад... НАСА же заявило для экипажей Аполлонов за все время полета и возвращения на Землю среднюю дозу радиации 0,46 рад.
Для оценки опасности излучения для здоровья человека вводится эквивалентная доза радиации Н, равная произведению поглощенной дозы Dr, созданной облучением - r , на весовой множитель wr (называемый - коэффициент качества излучения).
Н=∑wrDr
Единицей измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм. Она имеет специальное наименование Зиверт (Зв) и бэр (1 Зв = 100 бэр).
Для электронов и рентгеновского излучения коэффициент качества равен единице, для протонов с энергией 10-400 Мэв принимается 2-14 (определен на тонких пленках биологической ткани). Такой коэффициент связан с тем, что протон передает разную часть энергии электронам вещества, чем меньше энергия протона, тем выше передача энергии и выше коэффициент качества. Мы берем среднее w=5, так как человек полностью поглощает излучение и основная передача энергии происходит в пике Брэгга, за исключением высокоэнергичной части протонов.
В итоге получаем, мощность эквивалентной дозы радиации для протонов с энергией 40-400 Мэв в РПЗ
Н = 1,55 бэр/сек.
Более точный расчет мощности эквивалентной доза радиации дает меньшее значение:
Н=0,2∑wrnrErexp(-Lz/Lzr - Lp/Lpr), Зв/сек,
где wr - коэффициент качества излучения; nr - плотность потока излучения (частиц/м2с1); Er - энергия частиц излучения (Дж); Lz - толщина защиты (г/см2); Lzr - длина пробега частицы с энергией Er в защищающем материале z (г/см2); Lp - глубина внутренних органов человека (г/см2); Lpr - длина пробега частицы с энергией Er в биологической ткани (г/см2). Данная формула даёт среднее значение дозы радиации с ошибкой ¹25% (более точный расчет по Монте-Карло на много порядков энерго-интеллектуально затратный даст ошибку ¹10%, что связано с распределением пробегов протонов по Гауссу).
Множитель 0,2 перед знаком суммирования имеет размерность м2/кг и представляет собой обратное значение средней эффективной толщины биологической защиты человека в РПЗ. Грубо, данный множитель равен площади поверхности биологического объекта, деленная на шестую часть массы.
Знак суммирования означает, что эквивалентная доза радиации складывается из радиационных эффектов для всех видов излучения, которым подвержен человек.
Плотность потока nr и энергия частиц Er берутся из данных радиационного излучения.
Длины пробегов частицы с энергией Er в защищающем материале Lzr (г/см2) берут из ГОСТ РД 50-25645.206-84.
Из данной формулы можно рассчитать мощность эквивалентной дозы радиации для внутренних органов на глубине 1 см, которые получает астронавт при прохождении внутреннего протонного РПЗ, находясь в командном модуле Apollo:
- для протонов с энергией 40 Мэв - 0,011 бэр/сек;
- для протонов с энергией 60 Мэв - 0,097 бэр/сек;
- для протонов с энергией 80 Мэв - 0,21 бэр/сек;
- для протонов с энергией 100 Мэв - 0,26 бэр/сек;
- для протонов с энергией 200 Мэв - 0,37 бэр/сек;
- для протонов с энергией 400 Мэв - 0,18 бэр/сек.
Дозы радиации складывают. ИТОГО: H=1,12 бэр/сек.
Для сравнения 1,12 бэр/сек - это 56 процедур рентгенографии грудной клетки или пять процедур компьютерной томографии головы, которые сжаты в одну секунду; соответствует зоне очень опасного заражения при ядерном взрыве и на порядок больше природного фона на поверхности Земли за один год.
