optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the vista spacecraft

17
Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft SuÈmer SËahin*, Hacõ Mehmet SËahin Gazi U È niversitesi, Teknik Eg Æitim Faku Èltesi, Bes Ë evler, Ankara 06503, Turkey Received 23 October 2000; accepted 24 November 2000 Abstract An attempt has been made for the optimisation of the radiation shielding of a spacecraft design concept with inertial fusion energy propulsion for manned or heavy cargo deep space missions beyond earth orbit. Rocket propulsion is provided by fusion power deposited in the inertial con®ned fuel pellet debris, and with the help of a magnetic nozzle. The allowable nuclear heating in the super conducting magnet coils (up to 5 mW/cm 3 ) is the crucial criterion for the dimensioning of the radiation shielding structure of the spacecraft. The optimized design reduced the shield mass from 600 tons to 93 and 88 tons with natural and enriched lithium, respectively. The space craft mass was 6000 tons. Total peak nuclear power density in the coils is calculated to be 5.0 mW/cm 3 for a fusion power of 17,500 MW. Peak neutron heating density is 2.6 mW/cm 3 and peak g-ray heating density is 2.9 mW/cm 3 (all on dierent points). However, volume averaged heat generation in the coils is much lower, namely 0.30, 0.73 and 1.03 mW/cm 3 for neutron, g-ray and total nuclear heating, respectively. # 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. 1. Introduction The increasing challenge in the course of conquest of space for research and commercial purposes will require utilisation of nuclear thermal propulsion for spacecraft in the twenty-®rst century. For the purpose of the transport of astronauts and cargo beyond the near-Earth vicinity and especially to Mars, an innovative concept with a direct utilization of fusion energy via laser ignited (D,T) capsules for Annals of Nuclear Energy 28 (2001) 1413±1429 www.elsevier.com/locate/anucene 0306-4549/01/$ - see front matter # 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. PII: S0306-4549(00)00134-1 * Corresponding author. Tel.: +90-312-212-43-04; fax: +90-312-212-00-59. E-mail addresses: [email protected] and [email protected] (S. SË ahin)

Upload: suemer-sahin

Post on 03-Jul-2016

214 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

����������� � ��� ������� �������� ���� � ��� ����� ����� � ��� ����� ������ ��

��� �� �� ��� �� ���� ������ �� ���

���� ���������� ����� ��� ���� ��������� ����� ����� ����� ����

����!�� "# ����$� "%%%& �������� "' (�!��$� "%%%

��������

� ������� ��� $�� ���� � ��� ����������� � ��� ������� �������� � � ������ ������� ������ )��� �� ���� ���� �� �* � ������� � ���� � ���!* �� �� ���� ������������ $�*�� �� �� � $��+ ��,�� � ������� �� � �!���� $* ���� ��)� ��������� � ���

�� ���� ��-�� ��� ������ ��$ ��� �� )��� ��� ���� � � ������� �����+ ��� ����)�$������� ������ � ��� ���� �������� ����� ����� .�� �� / �01��#2 �� ��� � ����� � ��� ��� ��� ��������� � ��� ������� �������� �� ���� � � ��� ������ ��+ ��� ���������

����� ������ ��� ������ ���� �� 3%% ��� �� 4# �� 55 ��� )��� ��� �� �� � ������������� �������!��*+ ��� ����� � �� ���� )�� 3%%% ���+ ����� ���, ����� ��)� �����* ���� ����� �� ���������� �� $� /+% �01��# � � ���� ��)� � 67�/%% �0+ 8��, ��� �

������ �����* �� "+3 �01��# �� ���, �9 �* ������ �����* �� "+4 �01��# .��� � ��:� �������2+ ��)�!� � !����� �!� ���� ���� ��� ���� � ��� ����� �� ���� ��)� � ����* %+#%�%+7# �� 6+%# �01��# � ��� �� �9 �* �� ����� ����� ������� �������!��*+ � "%%6;���!�� ������ <��+ ��� ����� ��� !��+

� ���� ������

��� �� ����� �������� � ��� ��� �� � ��=���� � ����� � ���� �� ������� ���� �� ����� )��� �=�� � ���������� � ����� ��� ��� � ������� � ������ �� � ��� �)��*9- �� ���� *+ >� ��� �� ���� � ��� � ���� � � ��� ������� �� �� $�*�� ��� �� 9;� �� !�����* �� ���������* �� �� �� � ��!���!������� )��� � �� ��� ���������� � ���� �� �* !�� ���� ������ .?��2 �������� �

���� � (����� ;� �* "5 ."%%62 6'6#@6'"4

)))+����!�� +���1������1�����

%#%39'/'41%61A 9 ��� �� ����� � "%%6 ;���!�� ������ <��+ ��� ����� ��� !��+

8� � B �%#%39'/'4.%% 2%%6#' 96

� C� ������� ����� + ���+B D4%9#6"9"6"9'#9%'& �EB D4%9#6"9"6"9%%9/4+

������ � ���! �����F � =���+��+����+���+� �� ���� F��+����+���+� .�+ �� ���2

Page 2: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

� ������� ��� $�� ��������� $* ��� ��������� � ��� <�) ��� <�!� �� � (������<�$� ��� *� ;�;C1 ��,���*�1 ��,)���� G�� 8 ������� <�$� ��� *� �� (����G���� ����� C��� )��� ��� �� ������ ����� .!������ � ��� ������ * ������ ���� � �����������2 ������� )���� ��� $�� ���� �$�� � � �� �� ��+� .6457��$2�� � ��� .64452� � ������+� ���� �������� ��� ������� �������� � ��� ����� ����� � �� ��� $�� �!��9

������� .�� ��� �� ��+� 6445��$2� ������� � ��� �������� � ��:� �� ����� ������ � ����� ��)� �����* � ��� ���� �������� ����� ����� � ��� ������� ��������� � ��,�� � �������+ � ��� � ���� ����*� � ����������� � ��� ������������� �� �� ���� �� � ��� ����� ��� ����+

� ��� ���� ����������

� $ �� ���� ����� � ��� ����� ������ �� $� ��� � �� ��� �� ��+� .6445��$2��� ���� �� ������� �� �+��� ��� � �� �9 �* ������ � ��� ���� �������� ����� � ��� ������ )��� ���

��� � ������� ��)� ����� � ��� ����� ������+ ���� � �$��� ��� $�� ������ �.�� ��� �� ��+� .6445�2 � � �������� �� ���� �� ��������� $* .� ��� 644/2 �� �������� !� * ���� !���!� ����� ����� � 5% �01��# .��)� �� �!�������!�,*� 64532 � ��� ����)�� ����� ���� ��� ���� � ����� �����+ ���� ��� )����� � ������������ ������ )�� /4/ ��� .�E������ 6"3 ��� � ��� ����� �����2� )���� )����,�� �6%H ��� ������ �� )����� � �3%%% ���+��)�!� � � ����� ����� � 5% �01��# � ��� ��)� �����* � ���� ��������

����� � ������� ���� ����� �� $� ������� ��* ��� �������� �� ��)+ ��� �����!����� ��!� $�� ���E�� � �����* ��$������ )� ,+ G������ ��������� ������ ����� ����� ����� ������ ����* 6 �01��# � ���� �� ��+� .64432+ ����� ����������)� ,�� � ��; ������ ���� ������ �* ���� ����� ������+ >� ���, ����� ������� ���� �������� ����� ������ ���* ������� 6 �01��# � ��*���� ����� ��/ �01��# � ��������* ����� � I���� .64462+ �� �� �E���� ���� ��� ���������� � )� � ���� ������� � )��� $� �!� ����� )��� ��� �!����$�� ��������*$�*�� "%"%+ �� ��) ����� ��� ��� �� $������ �� � �� �* ������� �� �E� ��� ������� ��� � ��� ���� ������� +� � ���� )� , .�� ��� �� ��+� 6445$2� �� )�� �����$�� �� ����� ��� )����� � ���

�������� �� /4/ ��� ��) �� �"%% ���� �����* $* ������ � ����� ����� ������ ��� ����� ������ � ��� ���� �������� �����+� ��� � ���� )� ,� ��� ���� � ��� ������� �������� ��� $�� � ��� ������

�� ���� � ������� ��������� � ��� �������� � � ����� ����� � / �01��# ����� ��E���� ����)�$�� ����� ������ � ���� �������� ����� �����+ >� ��� 9�� �� ��� �:��� � ��� ������� � ������ � ��� �������� ���� �� ���� �!���������+>� ���� �� ����� �)� �������� ����������� � � ��������+

� <������ )��� 4%H 3<�D6%H 7<�+ ��� � ������ � ����� )��� $� �����*+ �������* ��$������� ���� ��!�� )���� )� �� ���� �����+

� (��� �� �������+ ���� ����� )��� ,��� ��� ���� � ��� ������ ��)� +

6'6' "# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3

Page 3: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

� �� ������ ����� ��� ������ �����

�� � ��� ��� �� ����� � �:����� ��� ������ ���� �� ��� ����� � ��� ����������+ ����� � ��� �� ���� � ���� ������� � ��� ������� ��������� �������� � ��� ������ ���� � ��� �������� �� ������� �� ���� �� �����$��� ���9����� � >���+ 6 �� " $��)�� ��� ����� '5+6� �� /6+#�+ ��� �������� �� �=�� ��� ��� ��* �� � ����� ��� ����� ����� )��� ��� �������� ����� �� ��� ��� � ��������� �� )��� $� � ��� �����) � ��� ���� ��������+ ��� ������ �� �������� ���� ����� ����� ������� )��� ��� ������� ���� ���� ��� ��� ������ ����������+ � ��� �) ������ �� �� ������ $��)�� ��� ����� /6+#� �� '5+6� .��,�� ������ ���� J#+"�2 � >��� 6 �� "+ ��� ����� ���)� ��� ��� ������� �� ��� ��� �*� ��� �E������ � ��� ���� ���� � ���� $����+ � ��� � �!���� ��������� ����� )� � /6+3� �� '/+3� .)��� � ����� ���� J3�2+ ��� ������� � ������ ����� �� 3� ��) �� #+"� ���� ������ ��� ������� �������� ���� ��9���� �$�*� ����* $* � ���� ����� �� "+ 0��� ���� �) ������� ��� ����� � ��������� �� $������ ������ �� ���� � ��� ���� !������ ����+� � �!���� )� , .�� ��� �� ��+� 6445��$2� ��� ������� ���, ����� ������ � ���

����� ����� )�� ��� � �� � ��� �� � � �� ��� )��,��� ���� � ��� ��������+ ���� ���� ����� $����� �!� 9��������+ � ��� �) ������� ��� ���� �� <�� ���� � � ������ �� ���� � ��!�� �� ���� ��� ����� ��)� �����* ���� ��� ���� �� ����� � �������� ���� ���� %9�� �� %9�� �E�� .>��+ 62 ��� $����� ����� �$�� �� ���� � ��� � ���.%�%2+ ��� ����� ���� ������ ��� $�� ������� �� K/ �01��#� ���� ��� �� ��� ����9����* �����+ ��� � )��� �� $� � ����� ��)� ���, � ��� ������ $�� � �� � � ���� �=����9��� � ��)� �����* �!� � )��� ���� ����+ ����� � ��� ����� �� � ����9����� ������� � ��� �������� ����+ ��$�� 6 ���)� ��� ��� ���� � ��� ��������������� )��� $��� � ����� �� ��� �� ������� ������ ��� -�� �����������+��� ��� ��������� ��� ��� � � �������* ������ �E������ � ��� ����� �����

� �� � � �� �� ����� ��� � �� ����� ��)� �� ��� ��������� �� ����=����*�� ����� ��� ������� �������� ���� � ��� ����� ���� .��� � 644'2+ ���� ��������� ���� � ��� ��� �� .47+5 H2 ������ ��� �����+ ?�� �� ��� ������� ������ * ���� �E������ �� ��� ������ ��� ��* "+"H � ��� ���� ��� �� �� ���� ����*� ��� �E������+ ���� ����*� ��� ��� �*� ��� �E������ �� ���� �������* � �!� * ��� ���*�� ����� )���� )��� $� -E�� � � ��� �������� $��+ ��� ����� �� )��9��� �� ��� �� ���� �� ���) � >��+ "+ 8 �!���� )� , ��� ���) ���� ��� ����*� ��� )���� ����) �� �� �$��� � ���� ��� ��� �$���� �� ��� ��������������� � ��� ���� �������� ������ �� ���� � ��L����� � ��� ��� �� ���!����� !�� ����� ��� � ������ �� ������� � �*� ��� ����� .�� ���� �� ��+�6445��$2+ ��* 6#+7H � ��� ��� �� ��� �� ��� �E������ )��� ������ �� �������)� �� ��� ��������+ ��� ��� .�53H2 )��� $� ��L����� ��� !�����+ ����� �� ������� ������� ������ ������ * � ��� ������ �� �� �E������� ��* � ����� ����� ���� ���� ��� �� .%+%""�%+6#7J%+#H2 )��� ���� ��� ������� ��������+ ���� ������� � ��������*� ��� ������� �������� ���� � ��� ���� �������� ������+��� ����-��� ���� ������� � ��� ������� �������� )� ��� ��!������� ������=��� �� ���� ��� �E�� � � ������ ��� �*� ��� �E������ )��� ��� ������ �� �� ���� � �� ���� � ������ �� ��� ����� �����=���+

"# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3 6'6/

Page 4: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

>��+ 6+ M����� ���� ����� � ��� ������� �������� � ����� ����� � ��� ��� �����������+ .62 N� *������ ' �� ����, .O9 �* ������2+ ."2 <�=��� �������

.��� � ������2+ .#2 <�� .��� � ������2+ .'2 �������� .���� ����2+ ./2 ����� �����+ .0����� ������B %+'57 �� %+#6/ ��� %+6%# C� %+%74 M�� %+%63 �& � ���

������J3%�3% ��"� ������ ����� �� ��� �������J6#%% ��2+ .32 ������ �� �� ���� � .�������� )��� �J%+" �1��#2+

6'63

"#"��

$�� %#&$��

"��$��'������()*�+��

���

�,-.,��/0/1/�2/1,3

Page 5: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

>��+ "+ ���� ��������� � ��� ��� ������� �� �E������+ .62 > ��� �*� ��� �E������+ ."2 8������ ����+ .#2 �������� $��+ .'2 N ���+ ./2 >��� ������� .����9�

����2+ .32 .?��2 ���+ .72 <��� $���� � ��� ���9� �!� �� ���+ .52 ���$ �� .�*�� 2+

"#"��

$�� %#&$��

"��$��'������()*�+��

���

�,-.,��/0/1/�2/1,3

6'67

Page 6: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

C���������� ��!� ���) � ��� ��� �� �� ���� ��� �������� ���� )��� ��� ��������� � ��$�� 6 )���� �� ���� �� 4# �� 6"7 ��� � � ���� ���� ��� �*� ����E������ ./% �2 )���� $� ���� ������ � � �������* ������ �E������ � ��� ��������+� ��� � ���� ����*� ��� �� ��� ����� � �� ��� �� ��+� .6445$2 ��� $�� ����+

>��� � ���� �� )��� ��,��* �!��!� =���� ��:� �� �� ��� ������ $�� � �� �� ������ �������� ����� ���* )��� ��� ����� � ��� � ������� �� ����� �� � ���� ��� ���� ��+ ��� ���� ��� � ��� �� $������ � ��* ���� �� ��� ���E � ��� �� ���9�E������ �����$�* � >��+ "+ ��� ���� ��� �� ������ ��)� �� ��� ����� � ���� ���� � ���� - �� ���� ��� �� ���� ��� ������ ��� �*� ��� �E������+

� ��������� ������������

1#/# *��(� 4�����(� �� �$ 54�����

������ ��� � ��� �� ����� �� ��� ��� �E������ ��� $�� �!������� � �� ��� ����+� .6445�2� �� �� ������� �� �+> ��� �*� ��� �E������ �� �:� � !� * ����-��� ��� �$���� �� ��� ����9

��� � ������� � ��� ������ ��+ ��� �*� ��� ���� ��� �����!��* ���� ��� ������� �� � ��� ������� � ���� �� �* ��� ��� �� )���� ��� ��� �� � ���L����� �� ��� ����� ���� � ����� � �� �� ���� �� )��� ��� � ��� �� ��� ��� ���� ��� ��� ���* ������ � �!� ��� !����� �� �� �� �� �,� ��� ������ ��+ >� 9��� �� �� ��� ������ ����� � ��� ��� ��� �� �� �� ��� �� ���� � ���� ����)�*� ��� ���� /% �+ � ��� �*� ��� ��� �� ���� � ���� ���� �E������ � ��� ��������+ ���� �����-�� ��� ��� � ������ �� ��� � �*� ��� �����+(��� � �� �9 �* � ���� � ����������� � � �������� )��� ��� ���� � ���

������� ���� ?� � . ������� 644#2 � . 9�2 ������ *� � �������� �*���� *

��$�� 6

C��������� � ������� �������� )��� ��� �E����� ���� ��� ������

���� ��� � .�1��#2 ����,��� .��2� ���� .��� �� ���2�

N� *����� 6+5' ' '+/ .�2 '+'/ .��2

6/%% P <�=��� ������� %+'6 �/% .�2 �3/ .��2 6#+3 .�2 65+/ .��2

<�� %+7% �'% 6"+3 .�2 6"+4 .��2

C��� �������� ���� "+7 6' /7+/

C��� )���� ��� �E .�����������2;����� 0����� ����� $*

������� %+'57 '+# 3%�3% 6"3

�������� %+#6/

C� $� %+6%#

M������ %+%74

�*� ��� %+%63

����� �������� ���� )������ ���� .���255 .�24# .��2

����� �������� ���� )��� ���� .���2"6'+3 .�2"64+5 .��2

� � 0��� � ����� �������& �� )��� ��� �� �������+

6'65 "# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3

Page 7: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

� ��� ��� �9�E�� �� ���� ��� "9��������� ����������� �� $����� �=��!���� �� #9��������� �����������+ � �����9��������� ������������ 5 �� �* )������� � ���������� )� � ���� Q/ ��� � �� # �9 �* � ����� ��� ��$�� " � �� ��� �� ��+� .6445$2R+��� �� ��� - �� ������� �� ���) � >��+ "+ ��� ����������� � � �������� � �

� ��� ���� ��)� ��� ���� � 67�/%% �0+ �$��� 3%H � ��� ���� �� �* ���� ��� $* ��� ���,�� ��� �� ��� � ��� ������+ ���� � ���� .47+5H � ��� '������ ���� � ��� ��� �� ���2 ������ ��� !����� )������ �� �,�� ��� ����� ����+��* "+"H � ��� ��� �� ������� ��� �� ��� �� ��� ��� ��� ������ �*� ����E������ .�$��� /% �2� ���) � >��+ "+ 8��� ���� � ��� ��� �� �� �9 �*��� ���� ��� ��� �*� ��� �E������ �� ���������� )��� ?� � � . 9�2 ������ * ��63@8# ��� �E������ )��� 63% �� ������� ����� ����� � � �� �� ���� ��� �!�9���� �* �:���� � ��� ��� �� � �( �����������+ ��� ��� � �� �* ��������� � ��� ��� �*� ��� �E������ �� ���������� �� '+3 �0+ ���� �� �* ��������� )��� $���S���� �� ��!� � ��� ��� �*� ��� �E������ ./% �2 ��� ���� ����� ��� �������+ ��)�!� � ��� � ��� � ������� ��)� � � � � ��� ��� �� ������ ����� �� ��� �9�� ������ �� ������ ��$ �� �� ��,�� �765% �0 ������� )��� ����� �* ��������� � ��� �*� ��� �E������+ 0� ������ ��� �E������ �� �� �����$ �� $����� ��� ��* ������ �� ��E��+��� �� ������ ������ ����� � ��� ��� �E������ ������ ��� ���� ��� �

L�E � ��� �� ����� � ��� ������ �� $* � ���� � 7+# �� �� �+ � ��� ���� ���� � ���� ���� ������ �� � ��� ������ �*� ��� �E������ )���� ����� ������ � L�E ��)� �� ��� ����� ���� $* � ���� � ��� '3 .� ���� � 7+#2� �� �9������ �� ��� �!� �� !���� � ��� ����� ����� ���� ����� .'3J61%+%""2+ ���������� ���� � 7+# .KK'32 �������� � �� ���* ����� ���� �� � )� �� ����� ���� �� ����� ��� � ���� ���� � ��� �E������+ ���� �����* ����� ������� � ���� ���� �=�� �� � ���� ����� �������� � ��� ��� ������������ ����!� $* � �63@8# ��� �E������ )��� 63% �� ������� ����� �����+���� ��������� ��� � ��������� � ��� ������ �E������ $* � ���� � 7+#

��� �$���� �� ��� ������� � ��� ��� � ���� � ������� � ��� ������� ������9�� �� ����� ����� $* ��� ���� ���� +8��� ���� � ��� ��� �� �� �9 �*� �� ���� ��� �) ������� �������� �� ��9

�� � �� ���������� )��� ��� ���� � ?� � � . 9�2 ������ * � 5 �� �* � ���� � �63@8# ��� �E������ )��� 63% �� ������� ����� �����+ ���� ���� ����� �!����� �*�:���� � ��� ��� �� � "( ����������� �� ���� ��� ���� ����� ��������+

��$�� "

���� �� ����� ���� � ������� � ��� ��������

���� ��� ��� ��$� ����� ����� ������ .02

0��� ��� �� ������� 0��� � ����� �������

6 .N� *�����2 7+'';D%3 7+"";D%3

" .<������2 5+34;D%3 6'+53;D%3

# .<��2 6+%3;D%3 "+/5;D%3

/ .��2 '+75;D%' '+6";D%'

3 .C���2 "+67;D%' #+%#;D%'

"# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3 6'64

Page 8: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

� ��� �) �������� � ������ � >��+ 6� � ���� ��� ���� ��!�� �� �����!������ $* ���!�� ��� ���� ���� .�#3% ���2� �� � � ��� * $��-� � �� ����� �������� � ���� ������ �� 5% �01��# �� / �01��#+ >� ��� ���� ������� )�������$�� $* ��,�� ��� �������� �� ���� �� �����$��� ��* ������� $* ��� ������� ����� ��� ����� ����� �� ��� �������� ���� ���� ����+

1#,# *�+�� $�� ��� �� �$ �$��

1#,#/# "$�� 6��$ ��+$ ���$������ ��� � �� �9 �* ��� ������ )��� ��� ������ ���� ��� ������ ������ �����

������+ <�) �� �* ��� � L�E )��� $� �����* ��� ����� � ��� � ����� � 3<��$�� �!���� � T��� $* ������ �� ��� �*� ������ ������ <�� )�� � ����� �� �*��� �� ��:� � �� �� ��) ������ �� � ����� �*� ��� �����+>��+ # ���)�� ���� ���������*� ��� ����� �� �� ���� ����� ��)� �������� ����

��� �������� � 01��# � � ����� ���� ��)� � 67�/%% �0� �� � ����� � ���������� �� ��� �� ��� - �� ������� )���� �� �������� � >��+ 6+ �� �� ����)�����* ��� ��� ���� � ��� ���� ��� ���� ��)� �� ��� ���� ���� �� �� ��� �:��9��!���� � ��� ��:� �� ������� �������� �����+� ��� ������� ����� ��� ���� �� ����� ��� � L�E�� )��� ��� ���� $* � ���� �

6%@6/+ 0�� ���� ��� ��� ���� � ����� ����� ������ .����* ��� � ������2 �����*� ��� ������� ���� . �� J6//7 �� 63%7 ��2 ����� ������+ ��� ��� � ���9� ���� � ��� ����)�� �*� ������ <�� ���� ����� ��� ��� � ����� �� �������� � �� ���� � ��� ��� � ���� � ������� �� ��� <�1<�� $� �� � ������������� ��� �������� �:��� � ��� ����� ��� � ��� ������� ����+ ��)�!� � �

>��+ #+ (����� ���� � ������� �����* ���� .)��� � ����� �������2+

6'"% "# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3

Page 9: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

>��+ '+ (����� ���� � ������� �����* ���� .)��� ��� �� �������2+

>��+ /+ (��� � ������ �����* � ��� ����� ����� .)��� � ����� �������2+

"# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3 6'"6

Page 10: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

�������� �� ���������* ���$�� ��� � �$�� $� )��� $� ����� � ��� ������������ ���� �� )������� ����� ����� ��� �� � ��� ��=��� ������� �����+�!� �E� '% �� ������� . �� J63%7 �� 63'7 ��2� � ��� <�� ����� � ��� ���� �

����� ���� .���� ����* ��� � ������2 �����* $* � ���� � �6"" �� �$�� !�������* ���� ��� � �T���� * � ��� )��,��� �������� ���+ ��� � ����� � ��� ���� ��9� ���� ����� � ��� <�� ���� �� ������ ��� � ��� ������� ���� ��� �� � ����� ��� � �$�� ���� ��� � 3<�� ����� ��� $* � �� �� ��� � ���� ���� ��*� ��� �������+� >��+ #� ��� ������ ��� � ���� ��� ���� � ��� �������� ���� ��:� � �

����� � ��+ N������ ��� � �� �* ������ � ������� �� ���� ��)� ��� � �����T���� <�� ���� )��� ��� �E����!� �E��� ����� 3<�.��2� ������� �� )��� �� ���� ��T���� ���� ���� )���� ������ ���!�� ������� )��� ����� ��� ��$�� ���� �� ����� ���� � ������� � ��� �������+�� �� �$�� !� ���� ��� T���� � ��� �9 �* ������ �����* $* ������ �� ��

���� �� ��� �E� ��� ������� � ��� ����� � ��� ����� � �����* � ��� ���9��� )���� ������ � ��:� �� �9 �* �$�� ���� ���� �� ����=����* � ��:� �� �9 �* ���� �����* � ��T���� ���� ��� �����+ �� � ��� �� ���* �� $� *����� ���������� $�� ��,�� � ��� ,�$�� T��� $* ������ �� <�� �� �������� �� ���� �� �������� �� ��� ����� ����� )�� � ��� ����9I ������� )��� � ����� ����9� � �����* �������+

>��+ 3+ �9 �* ������ �����* � ��� ����� ����� .)��� � ����� �������2+

6'"" "# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3

Page 11: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

1#,#,# "$�� 6��$ ������ ���$���>��+ ' ���)� ��� ����� �� �� ���� ����� ��)� �������� ���� ��� �������� � 01

��# � � ����� ���� ��)� � 67�/%% �0� �� � ����� � ��� ������� �� ����� ��� - �� �������+ ��� ��� �� $���!��� � ��� ��)� �������� �� ������ �� ��� ����)��� � ����� �������+

1#�# *�+�� $�� ��� �� �$ ����� +(���

1#�#/# "$�� 6��$ ��+$ ���$���>���+ /@7 ���)� ���� ���������* �� ���� ����*� ��� ��� � ������� �9 �* ������

�� ����� ����� ���� ������� �������!��*� � �01��# � ��� ����� ����� � �������$* ��� ������ )��� � ����� ������� � � ����� ���� ��)� � 67�/%% �0+��� ������� ����� ����� ���� ��� ���� � ��� ����� ���� � ���� ��� �E�� %9���

����)�� ���� ��� �E�� %9�� �� ������� .��� >���+ 6 �� 72 �� ���/ �01��#+ ��� ���������� ���� � ������� ����� �!� *)�� � $���) ��� ����� ����� � ��������*�����+ �� �E����� ��� ����� ����� � 6 �01��# � ��*���� ����� � � �����!��* ����� ���� � ��� ���� �� ����� � ��� ����� ����* ���� ��� %9�� �� %9�� �E��+ N* ������������ ��*���� ��� ���, ��� � ������ $* � ���� ��)� � 67�/%% �0 �� "+3'�01��# �� ��� ���, �9 �* ������ �����* �� "+53 �01��#+ ��� ���, !����� � ������ ��� � �� �9 �* ������ � � ������� � �� �� ��:� �� ����� � ��� ����+

>��+ 7+ ����� ����� ������ �����* � ��� ����� ����� .)��� � ����� �������2+

"# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3 6'"#

Page 12: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

������ �!� ���� ����� ���� ��� ���� � ��� ����� �� ���� ��)� � �� �� �� $����� �����* �������� � >���+ /@7+ �� �� ���������� �� %+#� %+7# �� 6+%# �01��# � ��� �� �9 �* �� ����� ����� ������� �������!��*+��� ����������� �!��� ���� ��� �9 �* ������ � ��� ����� ����� �� ����� ��� ���

��� � ������+ ��� �� �� ��� �9 �* ������ ���� $� ������ �� �� ����* � �������� ������� � ���� ������+ � ��� � ���� ������ ������ ��� �9 �* ������ ����� $���) ����� ����� !������ �������� ��� $��,* ���� ������ � #3% ��� ���$�� ���!��� ��$��� ��$������� ���� ��!��+��� !� * ���� !���!� ����� ����� � 5% �01��# � ��� ���� ��� ���� � ���� 9

�������� ����� � ������� ���� )���� �=�� � � �� �������� ���� � /4/ ��+ ���� � ���� )� ,� ��� �� �������� ���� �� 55 ��+ ��� ���E���� � ����� ����� � ��� ����������� � ��� �������� �� ���� � ������ ��� ������ ���� $* � ���� � U3+���� �� � !� * ���� ��� ���� ��!�� � � ����� � ��+ �� �� $� ������� $* ���� �� )����� ��1� $* � ������� ���� �� �� ���� ��� ������ ���+

1#�#,# "$�� 6��$ ������ ���$���>���+ 5@6% ���)� ���� ���������* �� ���� ����*� ��� ��� � ������� �9 �* ����9

�� �� ����� ����� ���� ������� �������!��*� � �01��# � ��� ����� ����� � �9������ $* ��� ������ )��� ��� �� ������� � � ����� ���� ��)� � 67�/%% �0+��� ���� ������ !����� ��!� !� * ������ $���!��� ����� �� )��� ����� ���

� ������� )��� � ����� �������+ ��� �������� � ��� ������ �� ��� �� �� ���� ���

>��+ 5+ (��� � ������ �����* � ��� ����� ����� .)��� ��� �� �������2+

6'"' "# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3

Page 13: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

������� ����� ����� ���� ��� ���� � ��� ����� �� ���� ���� ��� �E�� %9�V�� %9�V .��� >���+ 6 �� 6%2 �� �� $� ,��� �/ �01��#+ ��� ����� ���� � ��� �������� ����� �� 4# ��� �� 55 ��� )��� � ����� �������� ��� ��$�� 6+ ��� ���, ��9� � ������ $* � ���� ��)� � 67�/%% �0 $������ "+'" �01��# �� ��� ���,�9 �* ������ �����* $������ "+4% �01��#+ ��� ���, !����� � ������ ��� � ���9 �* ������ � � ������� � �� �� ��:� �� ����� � ��� ����+������ �!� ���� ����� ���� ��� ���� �� %+6/� %+/4 �� %+7' �01��# � ��9

� �� �9 �* �� ����� ����� ������� �������!��*+ ���* � � ��)� ����� �� )��� ���������+ ���� )��� ����� ��� � *����� ���� ���!��� � ����� � ������ '+'+ ������������ � ��� ���� �� ���� � '+3H� ��� ������ )��� ��� �� ������� �� �� � $�9�-���� ��� ���� )��� � ����� �������+

1#1# 7����� ��+�� $�� 4( �+��(�

��$�� " ���)� ��� ����� ����� ���� � ������� � ��:� �� ���� ��� ���� � ����������� �� ���� �+ ��� )���� ����� ���� � ��� �������� ���� $� � ��� ���� ���� ��� ��� ������� ��� �����+��� ���� �� ���� ������ )��� ��� ��� �� ������� ������ �� ��)� ��� ���� )���

� ����� �������� ����* �"" �� �#% ,0� �������!��*� ��� ��$�� "+ ���� )���� ����� ���� ��� � *����� �:� �� $* �� �* 61#+ �� )���� $� ��� ����� �� ����� �

>��+ 4+ �9 �* ������ �����* � ��� ����� ����� .)��� ��� �� �������2+

"# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3 6'"/

Page 14: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

��� ���� ������ � ����� )��� ���� � ��� ���� �������� ������ � ��; + I������������� ��� ����� ������ � ��� ����� ����� � ��; �� "7+"# ,0 � � �� 9��� ��� ������ ���� �� �� � ���� ��)� � 66%% �0 .I���� 64462+ ��� ���� ������ ����� ������ � ����� �� � ��� �� $� ����� �$�� �� ���� � ��; ������� ����� ����� ���� ��)� ������ � ��� � �� ��+ ���� �� � �� ��� ����� � ���������� ����� ����� � �� ������ * )�� � �44+7H � ��� ���� ��� �� ��������� ����� )������ �� �,�� ��� ������� ��������+ ��* %+#H � ��� ���� ��� ���� ���� ��� ������+ 0�� ��� � ��; ������ ����� ����� ���� $� �������� ��������� ���� ��� ��+

1#�# ������ 8������

�� � ��� ��S���� ���,� � ��� ����� ������ �� ��� ���� � ����� �=�� ������ �� ��� ������ * � ���+ � ���� )� ,� � �� ��� ���������� � � ����� �=�� ����� '6 �� � � ��� � �� �� � ������ .� ��� 64452+ ��� � � � �)� ���� ���!�� �� ���E ��� � ����� �=�� ����B

� � $�� � � ����� � �������+� W��������� � .?�?2 ���� ��� )��� � .?��2 ����+

��� ���� ������ � ��� ����� �������� ������ � ������� ���� � ��=���� �� ��� >��+ 6+ �� ��* $� ������ �� �� � ����� ���� � ��� � ����� ��� � $�� �+

>��+ 6%+ ����� ����� ������ �����* � ��� ����� ����� .)��� ��� �� �������2+

6'"3 "# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3

Page 15: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

C���������� ��!� *������ � � ����� $ ����� ��� � %+'54 .�3J%+'7"3& �7J%+%63'2�� %+"3# .�3J%+6%4"& �7J%+6/##2 �� ������ ��� � ��� ��� � ����� ��=���������� �� ��� �� ��=��� ������� ���� � ��� ��������� �������!��*+ ��)�!� ���* �"+"H � ��� ���� ��� �� � � �� �,�� ��� ������� ��� �� ���� � � �����$ ����� ���� .�N 2� ��-�� �� �N J��� � ����� ������� �� ����1 ��� � ������ ������ �� ���� )���� ���� � ��� ��� � �6+6 �� %+3H� �������!��*+ >� ���� ����� ��� � ����� �=�� ���� �� �� $� ����-����* ���E�� $* � $�� �� ����� $ �����+� ��� ���� ���� ���������� � .?�?2 ���� ��� )��� � .?��2 ���� )���� �����

� ����� �=�� ����� � ��������* .?�)��� 6456& ����*� 64562+ ��� ��� ������ * � �9���� ����� $� � ������ � $�� � � ��� .?�?2 �� ���� ��* ��� �%+%6 � ���� �� ��� � � ������ ������+ � � ���� )� ,� ��� $� �� � ���� � ��� �������� �����9��� �>; ��� ��� $�� ���*���� �E����!��* .����� �� C������ 64472+��)�!� � ��� �=�� �� ���� ��� ���� ��* �E���� .����� �� C������ 64472� ��������+ ����� �� ��� � ���� ������ � �!����������� ���� ������ )��� $� ��� !�� � ��� � �������� $* ,����� � ��� ���� .?�?2 ���� ��� )��� � .?��2���� ��* �� ��� $� ��� �������� ����� � � �� �� � ��������* ����� ��� ���� � �9���� �=�� ���� � ��� ����� ����� � ������+

� ��������� �� �����������

� ������� �� ����� ��� ������� �������� ���� � ��� ����� ������ �� ����������+ ��� ���� ��!�� �:���� �� ���� ��:� �� ����� �� �� $� ����� ���� ������)�B

� ����� ����� ����� !����� � ��� ���� �������� ����� ���� �� ����� ��� ���� �=�� ����� � ��� ������� �������� � ��� ����� ����� � ��� ���������� � �� ������ �$�*� ����* �� /4/ ��) �� �"%% ���+ ���� ��,�� ����� ��!�� � 33H+ �� �� ��� � ������ ��!��+

� ������� � ��� ��� ���� ������ ��� ���� � ��� ������� �������� ��"%% ��) �� 6%" ���+ ���� ��,�� � ���� ��!�� � '4H+ �� �� ��� ������ ������ ��!��+

� ����������� � ��� �������� ������ * $ ��� � ���� ������� � �� 6%"��� ��) �� 4# ���+ ���� ��,�� � ���� ��!�� � 5+5H+ �� �� � ������ ��!���$�� �� � ������ ����� � �� ��� ��� ��� �E���� �������� ����+ ����� ���� ������������ �� )� ����+

� C����� ������ � ��� �*� ��� �E������ ������ ��� ������ ���� �� 6"7��) �� 4# ���+ ���� ��,�� � ���� ��!�� � "7H+ �� �� ��� ��� � � ��������!��+

� ; ������ � ������� ������ ��� �������� ���� �� 4# ��) �� 55 ���+���� ��,�� � ���� ��!�� � /+'H+ ���� �� ��� ��)��� ���� ��!�� �� �=�� ��!� * �E����!� �������� � ������+ ���� � � ��!���� ����� ������ �� �� ��������� �� �� * ��� � ���� ���*��� � � -�� ������� )����� �������� ������ )��� $� )� ���� � ��+

"# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3 6'"7

Page 16: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

���� ��� ���� ��!�� )���� �� ���� ��� � ������� ����� ��� ������ ��� ����� �� �� �� )����� � ��� ������ ��+���� )� , ��� ������ ��� ���� ��� �9 �* ������ � ��� ����� ����� �� ����� ��� ���

��� � ������+ ����� �� ���� $� ���������� �� ����* � ��� ���� ����� �������+� ����� �=�� ����� � ������ ��� ��� ��� � .?��2 ��� �� �� $� ���E�� $*

� $�� � � ����� $ �����+ ��)�!� � � $�� � $ ����� ��* �����* ��� ������ *� ����� � .?�?2 ��� )��� � .?��2 ����+

��!��"�� �������

���� ���� �� ��������� �� ��� ���� * � �� !� * $���!�� ��������� 8 �+ ? + ���X�� ��� W*� �� .64/"@"%%62� M ��� W�!� ���*� �,� �� �� ,�*+��� ����� � )��� ���, �� ? + ���� 0+ ��� � �)�,��� �� ��� ��� �

����� �� � !� * ����� ���������� � ��� ��� �� � ���� )� ,+

����������

������ �+� C������ �+<+� 6447+ N� �� � ���� � ��� ������� � �����9��� �C> ����+ (����� >����

#716"� 633/@6377+

?�)��� G+�+ 6456+ �B ����� � ;+ .;�+2 >����+ �������� 8 ���� (�) X� ,� !��+ 61N� �+'/#+

����*� M+�+ 6456+ �B ���)� ��� G+ .;�+2� <��� ��� ����� �� ������ 8����� 8������+ 8����

8 ���� (�) X� , �� <���� !��+ /� �+ #6#+

��� � +0+� 644'+ 8� ���� ������������ <�) ��� <�!� �� � (������ <�$� ��� *+

� ��� C+?+� P���� M+� �� ���� G+� ��:��� (+� �� �*� P+� C���9?���� >+� 6457�+ � ���� � ������� �

���� �� � ������ 8�)� �� $* �� ���� C�-���� >����� WC <9435#"� <�) ��� <�!� �� �

(������ <�$� ��� *� ��$������ �� ����1��;1���;1��;; "# � G��� 8 ������� C�� ���� ��

?����� C���� �� ."4 G��@" G��* 64572+

� ��� C+?+� P���� M+� �� ���� G+� ��:��� (+� �� �* P+� C���9?���� >+� 6457$+ ��� �����

������ �� Y ��!������ � �C> � ��� ������ * ���� � ������� ������������ WC <943373�

<�) ��� <�!� �� � (������ <�$� ��� *� ��$������ �� �;;; 6"�� �*������� � >���� ;���� 9

��� ���� �*� C���� ��� 6"@63 ����$� 6457+

� ��� C+?+� 644/+ 8� ���� ������������ <�) ��� <�!� �� � (������ <�$� ��� *+

� ��� C+?+ 6445+ ��� ������ * ����� � ���� � W��� �� ���� >���� 8 �������� �C;(;�945� ���

(��� ��� ������ C�� ��� � ;�� ��� (����� ;� �* �*������ 8 ��������� �+ "/#� ���9�!�!�

�� ���� "5 G��@" G��* 6445+

������� 0+�+� ��* 644#+ �� �9?� �� �)�9 �� �� �� ?�������� ?��� ��� � ������ � ���� ��

������� �������� �� ����� C��� � ��, ���� (������ <�$� ��� *� CCC9/'#+

�� ���� �+� �� ���� �+�+� ��� ��� �+� 6445�+ ;!������� � ��� (��� � �� M����9 �* ������ � ���

������� �������� �� ����� C���� � ��� ����� ������ ��+ >���� ��������* ##16� '65@

'#'+

�� ���� �+� �� ���� �+�+� 6445$+ ������� �������� ���� ��!�� � ��� ����� ����� � ��� �����

������ ��+ ���� � (����� ;� �* "313� /%4@/"6+

6'"5 "# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3

Page 17: Optimization of the radiation shielding mass for the magnet coils of the VISTA spacecraft

����� �+� ��,�� P+� ��,����� �+� ��,�� X+� 6443+ �������� ���*��� � �� ����� -��� ����� � ��� �E�����

���� � ���� �E�� ������ ����� �+ >���� ��������* #%� 6%73@6%5%+

��)�� �+;+� �!�������!�,*� �+(+� 6453+ P�* ����� ���� �� � ��� �� � $��,�� �� ������+ (�����

;���� �� �� ?����1>���� #� "%#+

I���� �+�+� 6446+ ?�-���� � ��� ���!�� ����� ����� ������� �� ��� ����� ������ � ��� �� �����

-��� ����� �� �� ��� ��������� ����� ����� � ��; + >���� ��������* "%� 6''@63#+

"# "� �$�� %# &$�� "� �$�� '������ () *�+�� ���� ,- .,��/0 /1/�2/1,3 6'"4