宇宙空间的辐射防护

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1、辐射防护课程调研报告宇宙空间的辐射防护调研报告摘要：本文对星际宇宙中的辐射防护进行了调研：外层空间的电离辐射源主要有三种，银河宇宙辐射，地磁捕获辐射和太阳粒子事件，并分别对这三种辐射的形成过程以及组成粒子进行了介绍；对于空间辐射的防护设计，首先将宇宙空间分为两部分，近地轨道辐射防护以及载人航天飞行，对于前者，短期飞行只需要适当的质量厚度屏蔽就可以基本满足空间辐射防护的要求，对于后者，总结了现有的主动防护方法，如静电场防护方法、等离子体防护方法以及磁场防护方法。最后对未来的天空主动防护方法提出了两点改进。关键词：星际宇宙；辐射防护；主动防护；

2、航天飞行引言随着人类航天事业的发展，太空环境早已成为影响深空载人任务和未来商业服务的一个重要因素。辐射可能引起组织的物理损伤（如皮肤、肠、骨髓及其他组织的急性损伤或者白内障等），杀死人体细胞或改变人的DNA，降低免疫能力，增加癌症的发病率。星际飞行中的辐射防护十分必要且重要。一般来说，航天员在空中所受威胁来源有三个：1.失重效应引起的身体不适；2.由于离地面较远，隔离引起的身体和心里上的问题；3.宇宙空间辐射导致的急性、慢性辐射效应。其中，威胁一可以通过失重训练等克服，第二个威胁也可以通过训练以及便携医药携带技术解决。关于星际宇宙辐射，载人

3、航天不可避免地要暴露于外层空间的辐射环境，空间的电离辐射源主要有3种：银河宇宙辐射(galacticcosmeticrays，GCR)，地磁捕获辐射(trappedparticleradiation，TPR)和太阳粒子事件(solarenergeticparticleevents，SPE)。1辐射防护课程调研报告图1宇宙中航天器示意图一般来说，屏蔽不够时，强密度的SPE会引起急性辐射效应综合症。GCR会导致癌症等慢性辐射效应。宇宙空间中存在的X、γ、β以及α、与地球上的很不相同，质子以及重带电粒子的辐射能量很大，所以放射性的不确定性非常大，

4、尤其是对癌变、神经系统的伤害很难预知。早期有关于宇宙空间辐射不确定性的估计，癌症的死亡率是400%~1500%。这个估计可能偏高，不确定性也非常高，但是得癌症的死亡率也是非常高的。减小辐射的方法一般来说有三种，即增加与放射源的距离，缩短受辐照时间，对放射源、受辐照人或物体进行屏蔽防护。宇宙辐射是各项同性的，所以增加距放射源这个方法不可行，受照时间是由计划的任务决定的，不是人为因素能改变的。最后一个增加屏蔽的方法虽可行，但是并不能解决所有辐射问题，例如，适当增加屏蔽厚度虽能减小银河宇宙辐射，但是为防护太阳粒子事件，即使是强度很小的SPE，也需

5、要相当厚的屏蔽材料，过重的屏蔽会也会增加航天员与航天器的负担。当然，除了上述三种防护方法外，航天员也可通过食用辐射防护剂来减小星际宇宙辐射。一般来说，载人航天飞行主要分为两种：一是近地轨道（lowearthorbit，LEO）载人航天飞行。另一个是星际飞行。对于前者，由于存在地球磁场和地球自身的屏蔽，大大减少了航天员受到的空间辐射剂量。因此，对于目前我国载人航天的近地轨道的短期飞行，适当的质量厚度屏蔽就可以基本满足空间辐射防护的要求。而对于后者，飞船在飞离和返回地球时需要穿过地磁捕获辐射带$在星际飞行期间，虽然脱离了地磁捕获辐射带的影响，但

6、也失去了近地轨道的自然防护条件，从而加大了银河宇宙辐射和太阳粒子事件的影响。2辐射防护课程调研报告深空中的高能粒子和重离子与航天器材料作用，将引起航天器材料的性能损伤与破坏。其中，高能电子照射到物体表面，破坏表面物质的晶体造成缺陷，或使表面物质的分子和原子电离而改变其性能；而高能质子和重离子既能产生电离作用，又能产生位移作用。这些作用导致航天器上各种材料或电子器件的性能变差，甚至破坏其性能。综上所述，探寻新的方法的航天员在星际飞行中的空间辐射进行合理防护，是载人航天必须要面对和急待解决的问题。1.星际空间辐射种类1.银河宇宙辐射(galac

7、ticcosmeticrays，GCR)银河宇宙辐射来自于太阳系外，且各项同性。能量很高（达1020ev），大多数来自超新星爆炸、中子星、脉冲星等。此射线包含98%的高能重子和2%的电子。高能重子由85%质子、14%的氦以及1%左右的更重原子核组成。图2Relativecontributioninfluence(circles),dose(triangles),anddoseequivalent(squares)ofdifferentelementsintheGCRfromtheHZETRNcomputercodeasreproducedf

8、romCucinottaetal.(2003)inDuranteandCucinotta(2008).Thecalculationisanaverageover1-yearins