Способ ультрафиолетового облучения среды, предметов и биологических объектов в условиях космического летательного аппарата и устройство для его осуществления

 

Использование: стерилизация среды, предметов и биологических объектов, а также лечение ран или заболеваний в условиях космического летательного аппарата. Сущность изобретения: способ включает отбор через иллюминатор потока солнечного излучения и выделение из отобранного потока ультрафиолетовой части спектра излучения с последующей подачей его на облучаемый объект. Устройство содержит набор оптических фильтров для выделения излучения ультрафиолетовой части спектра из потока солнечного излучения, установленных на иллюминаторе. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области космической медицины, а более конкретно способам и устройствам лучевой стерилизации и обеззараживания газовых и иных сред, предметов и биологических объектов, предназначенных для космических аппаратов во время полета. Для этих целей предложено использовать биологически высокоактивную ультрафиолетовую компоненту излучения солнца, которая, как известно, обладает также и свойствами профилактики заболеваний. Использование обеззараженного апатогенного воздуха и предметов (пища, вода, одежда) также способствует поддержанию систем обеспечения самой жизни на борту космического аппарата.

Суть изобретения заключается в следующем. Нами предложен способ ультрафиолетового облучения среды, предметов и биологических объектов в условиях космического летательного аппарата, отличающийся тем, что через иллюминатор отбирают поток солнечного излучения при значении его угла падения на поверхность иллюминатора в диапазоне 0 48^o, выделяют из отобранного потока ультрафиолетовую часть спектра излучения и подают на облучаемый объект.

Для стерилизации газовой среды летательного аппарата (отсека) формируют поток газовой среды (воздуха) и подают на него пучок выделенного ультрафиолетового излучения. Для стерилизации объектов и предметов их располагают непосредственно в сформированном потоке ультрафиолетового излучения.

Для лечения ран (болезней) у космонавтов и иных биообъектов выделяют эритемный спектральный диапазон ультрафиолетового излучения и подают его на необходимый (пораженный) участок тела.

Для обеспечения вышеназванного способа предложено устройство для ультрафиолетового облучения среды, предметов и биологических объектов в условиях космического летательного аппарата, отличающееся тем, что оно снабжено набором оптических фильтров для выделения излучения ультрафиолетовой части спектра из потока солнечного излучения, установленных на иллюминаторе.

Для стерилизации газовой среды космического летательного аппарата устройство снабжено средством принудительного перемещения воздуха, газоотводом и камерой обработки газовой среды, выполненной из материала, пропускающего ультрафиолетовое излучение, при этом продольная ось камеры и ось симметрии иллюминатора расположены в одной плоскости. При этом в качестве средства для принудительного перемещения воздуха используют газовый эжектор и/или по меньшей мере один вентилятор.

Для лечения ран (заболеваний) у космонавтов устройство дополнительно снабжено фильтром, выделяющим эритемный спектральный диапазон ультрафиолетового излучения, тубусом и диафрагмой с пропускным отверстием переменного размера.

Тенденция к увеличению длительности пребывания космонавтов и иных биологических объектов на борту космических аппаратов требует частого обеззараживания газовой среды от микроорганизмов, кожных выделений и других побочных продуктов их жизнедеятельности и профилактики лечения ряда заболеваний и ран у биообъектов.

Технический эффект заявленного решения заключается в обеспечении возможности использования солнечного излучения в условиях космического полета (длительного) без существенного увеличения занимаемого полезного объема внутри космического корабля (орбитальной станции) и массы полезной нагрузки корабля.

Технический эффект достигается тем, что в способе ультрафиолетового облучения среды, предметов и биологических объектов космического летательного аппарата отбирают через иллюминатор корабля (отсека) поток солнечного излучения при угле падения последнего на поверхность иллюминатора 0 48^o, выделяют из отобранного потока ультрафиолетовую часть спектра излучения в диапазоне, например, 0,10 0,38 мкм длины и формируют из потока пучок излучения, а перед упомянутым облучением и/или в течение его проводят контроль дозы излучения.

Введение в систему оптических фильтров дополнительного фильтра, выделяющего эритемный спектральный диапазон ультрафиолетового излучения, тубуса и диафрагмы с пропускным отверстием переменного диаметра, обеспечивает лечение некоторых кожных, хирургических и иных заболеваний у космонавтов путем транспортировки (доставки) излучения на необходимый участок расположения патологического очага, размещенного у диафрагмы с отверстием переменного диаметра. Причем понимать под тубусом нужно любую светопроводящую систему, например гибкие световолокна, шарнирные и иные световоды.

Указанный технический эффект достигается тем, что устройство для ультрафиолетового облучения среды, предметов и биологических объектов содержит набор оптических фильтров, а в качестве механизма принудительного перемещения воздуха в устройство может быть введен газовый эжектор, вентилятор, расположенные соосно с газоводом, причем камера смешения газового эжектора выполнена из материала, пропускающего УФ, например из увиолевого стекла, а продольная ось камеры смешения газового эжектора и ось симметрии иллюминатора расположены в одной плоскости. Также устройство может содержать дополнительную диафрагму, размещенную между оптическим фильтром (их набором) и газовым эжектором.

В качестве механизма принудительного перемещения воздуха могут быть использованы вентиляторы в количестве не менее одного.

Система оптических фильтров может быть дополнительно снабжена фильтром, выделяющим из всего УФ-спектра эритемный спектральный диапазон УФ-В излучения, тубусом и диафрагмой с пропускным отверстием переменного размера (диаметра).

Расположение продольной оси камеры смешения газового эжектора и оси симметрии иллюминатора в одной плоскости исключает отражение сформированного пучка ультрафиолетового излучения на границе раздела газовая среда и, например, увиолевое стекло.

Введение в устройство диафрагм(ы) или их набора позволяет формировать из потока солнечного излучения ограниченный в пространстве пучок, что обеспечивает необходимое воздействие на имеющие геометрические размеры объекты облучения, включая поток газовой среды; одновременно с этим локализация солнечного излучения в виде ограниченного по размерам пучка исключает его воздействие на персонал КЛА и на электронную аппаратуру корабля (отсека).

Выполнение камеры смешения газового эжектора из материала, обладающего прозрачностью в ультрафиолетовой части спектра, обеспечивает воздействие на облучаемые объекты без потерь на отражение.

Обеспечение угла падения потока солнечного излучения в диапазоне 0 - 48^o обеспечивает его минимальное отражение от поверхности стекла иллюминатора; эта операция выполняется путем изменения пространственной ориентации космического летательного аппарата, при этом в процессе УФ-облучения объектов пространственную ориентацию аппарата поддерживают в указанном диапазоне (0 48^o) угла падения потока солнечного излучения.

Выделение спектра сформированного пучка излучения в диапазоне длины волны 0,10 0,38 мкм или более узком диапазоне УФ-С обеспечивает поступление на стерилизацию или обеззараживание облучаемых объектов КЛА только ультрафиолетового излучения, то есть наиболее эффективной (жесткой) для заданной цели части спектра солнечного излучения.

Проведение в течение всего процесса стерилизации контроля дозы излучения обеспечивает эффективность использования стерилизующих, обеззараживающих свойств солнечного излучения, так как позволяет вести контроль за негативным воздействием излучения и в случае необходимости (солнечные вспышки, радиационные пояса, потоки быстрых потоков электронов с энергией 100 160 МэВ и т. п. ) принимать защитные меры по предотвращению или устранению этих воздействий.

На фиг. 1 приведено схематично устройство для ультрафиолетового облучения среды, предметов, приборов и биологических объектов космического летательного аппарата; на фиг. 2 зависимость коэффициента отражения неполяризованного излучения от угла падения.

Устройство содержит размещенные в отсеке 1 КЛА иллюминаторы 2, газовый эжектор 3, диафрагму 4 и набор оптических фильтров 5. Напорное сопло 6 эжектора 3 соединено с газоводом 7, камера смешения 8 выполнена из увиолевого стекла и на выходе газового эжектора 3 установлен сменный фильтр 9. Кроме этого, в отсеке размещены дозиметр 10 и электронная аппаратура 11. Все управление процессом стерилизации осуществляется космонавтом (условно на приведенной фигуре обозначен поз. 12).

Процесс УФ-облучения среды, например стерилизации, обеззараживания газовой среды корабля (отсека) 1 осуществляют следующим образом. Изменением пространственной ориентации космического аппарата обеспечивают значение угла падения потока солнечного излучения на поверхность иллюминатора в диапазоне 0 48^o. Необходимость этой операции иллюстрируется графической зависимостью на фиг. 2. Здесь по оси абсцисс отложены значения угла падения солнечного неполяризованного излучения, по оси ординат значения коэффициента отражения. Из приведенного графика видно, что в пределах от 0^o до 48^o коэффициент отражения практически не изменяется, от 48^o до 90^o значения коэффициента отражения резко растут. Открывают защитные экраны иллюминатора 2 при полностью закрытой диафрагме 4. При поступлении потока солнечного излучения на набор оптических фильтров 5 происходит поглощение части спектра солнечного излучения, другими словами, набор фильтров 5 выделяет ультрафиолетовую часть спектра в диапазоне 0,10 0,38 мкм длины волны излучения, как части спектра, обладающего максимальным бактерицидным воздействием.

Подают в напорное сопло 6 газового эжектора 3 сжатый газ от какого-либо источника (вентилятор, отдельный баллон и т.д.), при этом за счет эжектирующих свойств сжатого газа через газовод 7 происходит эжекция газовой среды отсека 1 КЛА, и в камере смешения 8 формируется поток газовой среды. С помощью диафрагмы 4 формируют из потока получаемого через светофильтры 5 ультрафиолетового излучения пучок излучения, сечение которого (ирисовой) диафрагмой регулируют до величины диаметра (в продольном сечении) потока газовой среды. Так как камера смешения 8 выполнена из увиолевого стекла, полностью проницаемого для ультрафиолетового излучения, то проходящий через нее поток газовой среды корабля 1 стерилизуется. При этом во время процесса стерилизации осуществляют контроль дозы излучения дозиметром 10. Стерилизацию воздуха удобнее производить по отсекам, в период сна космонавтов и т.д.

Пример 1 конкретного выполнения (фиг. 1, 2).

Для снижения бактериальной обсеменности и стерилизации воздуха отсека после ориентации КЛА на поток солнечного излучения в диапазоне угла падения 0 48^o по вышеприведенной методике обеспечивают циркуляцию воздуха в отсеке с оптимальным расходом 50 м³/ч. При этом необходимое время оценивается трехкратным прохождением его полного объема через газовый эжектор в зоне воздействия ультрафиолетового излучения. Обработку можно производить дистанционно как в присутствии космонавта, так и без него; как с использованием средств принудительной вентиляции, так и без них.

К дополнительным преимуществам предлагаемого технического решения можно отнести следующее: исключаются энергозатраты на искусственные источники ультрафиолетового излучения; не требуется размещение источников ультрафиолетового излучения на борту космических летательных аппаратов, что, в свою очередь, позволяет использовать полезную нагрузку и площади для других целей; использование в предлагаемом устройстве диафрагм, световодов (тубусов) исключает негативное воздействие ультрафиолетового излучения на летный персонал и электронное оборудование.

Пример 2 конкретного выполнения (фиг. 3 5).

Применение дополнительно фокусирующей и расфокусирующей оптики, световодов, сканирующих устройств позволяет использовать и транспортировать УФ-излучение как "жесткого", так и "мягкого" диапазонов спектра для целей резания биотканей, обработки операционных ран, ожогов, сухой стерилизации медицинского инструмента: биологического оборудования, лечебных растворов, лекарств, шприцов, игл, предметов вивария, душевых и т.д.

Можно использовать УФ-пучок для стерилизации воздуховодов, систем воздухообмена, фильтров кондиционеров и пр. Поскольку УФ-излучение невидимо глазом, для визуализации геометрии пучка целесообразно использовать монохроматическую компоненту солнечного света, например фиолетовую, красную, дополнительно "вырезаемую" фильтром из видимого спектра; визуализаторы.

В примерах 1, 2, 3, иллюстрированных на фиг. 1, 3 10, использована общая сквозная нумерация. На фиг. 3 5 показано облучение УФ-излучением различных предметов с помощью тубуса, светопровода, гибкого световода. На фиг. 3, поз. 13 тубус; поз. 14 облучаемый объект. Последним могут быть, например, фильтры блоков кондиционирования воздуха, тара, пища (cухая, жидкая, твердая). На фиг. 4, поз. 15 световод; поз. 16 облучаемый объект, например скафандр, одежда. Также может быть таким объектом белье, бинты, повязки, полотенца и пр. Здесь облучение может осуществляться как снаружи, так и изнутри. Стерилизация обуви важна для профилактики микозов.

На фиг. 5 показан гибкий световод, поз. 17; поз.18 емкость (для воды, лекарства и др.).

Пример 3 конкретного выполнения (фиг. 6 10).

Ранее мы подробно изложили вопросы стерилизации воздуха, материалов, то есть среды и предметов, в том числе медико-биологического назначения. Данный пример касается облучения биологических объектов. В тоже время было учтено, что УФ-излучение довольно хорошо изучено и более ста лет применяется в медицине, в том числе и в лечебных целях. Поэтому, как и на земле, УФ-излучение будет использоваться для борьбы с гнойной инфекцией, лечением ран, трещин, ссадин, порезов; переломов, ожогов, фурункулов и других гнойных процессов, ангин, фарингитов, ринитов и т. д. Причем излучение можно будет направлять в полости организма, внутренние органы, например рот, легкие.

Данное изобретение открывает относительно новые аспекты применения УФ-излучения. В первую очередь важно, что нами предлагается использовать УФ-облучение для лечения объектов в условиях абактериальной (стерильной) воздушной среды, значительно санированного воздуха или обдува раны. Для этой комбинированной цели можно воспользоваться эжектором, что важно для лечения болезней легких.

Космонавт 12 (фиг. 1) дышит таким воздухом. При этом (или отдельно) используется камера смешения эжектора 8 или стерильный воздушный поток, а также иные специальные камеры. Для этих целей в камере смешения (фиг. 10) используется специальное отверстие 19 для расположения в полости больной конечности 20. На фиг. 6 отмечено лечение поверхностных ран конечности 20 с использованием тубуса 13. На фиг. 8, 9, и 7 представлены различные варианты использования гибкого световода 17 для лечебных целей, который может иметь насадки, защитные устройства для удобства пользования и безопасности врача и пациента. На фиг. 7 показано облучение карбункула (сучье вымя) в труднодоступном месте, например под мышкой. На фиг. 8 в полости рта для облучения, например, миндалин и на фиг. 10 лапоротомии, полостной операции.

Все вышеприведенные примеры и фигуры не исчерпывают возможностей применения данного изобретения.

Формула изобретения

1. Способ ультрафиолетового облучения среды, предметов и биологических объектов в условиях космического летательного аппарата, отличающийся тем, что отбирают через иллюминатор поток солнечного излучения при значении его угла падения на поверхность иллюминатора в диапазоне 0 48^o, выделяют из отобранного потока ультрафиолетовую часть спектра излучения и подают на облучаемый объект.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при стерилизации газовой среды летательного аппарата или его отсека формируют поток среды и подают на него пучок выделенного ультрафиолетового излучения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для стерилизации объектов и предметов облучаемые предметы располагают непосредственно в сформированном потоке ультрафиолетового излучения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для лечения ран или болезней у космонавтов выделяют эритемный спектральный диапазон ультрафиолетового излучения и подают его на необходимый или пораженный участок.

5. Устройство для ультрафиолетового облучения среды, предметов и биологических объектов в условиях космического летательного аппарата, отличающееся тем, что оно снабжено набором оптических фильтров для выделения излучения ультрафиолетовой части спектра из потока солнечного излучения, установленных на иллюминаторе.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что для стерилизации газовой среды космического летательного аппарата оно снабжено средством принудительного перемещения воздуха, газоводом и камерой обработки газовой среды, выполненной из материала, пропускающего ультрафиолетовое излучение, при этом продольная ось камеры и ось симметрии иллюминатора расположены в одной плоскости.

7. Устройство по пп.5 и 6, отличающееся тем, что в качестве средства для принудительного перемещения воздуха используют газовый эжектор.

8. Устройство по пп.5 и 6, отличающееся тем, что в качестве средства для принудительного перемещения воздуха используют по меньшей мере один вентилятор.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что для лечения ран или заболеваний у космонавтов оно дополнительно снабжено фильтром, выделяющим эритемный спектральный диапазон ультрафиолетового УФ В излучения, тубусом и диафрагмой с пропускным отверстием переменного размера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10