1、11/18/2012CASNSSC1載人航天飛行的載人航天飛行的輻射風(fēng)險(xiǎn)和效應(yīng)研究輻射風(fēng)險(xiǎn)和效應(yīng)研究（2012第二屆載人航天學(xué)術(shù)大會(huì)論文第二屆載人航天學(xué)術(shù)大會(huì)論文C03）周大莊，王世金，張斌全，張珅毅，周平周大莊，王世金，張斌全，張珅毅，周平中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心 (CAS-NSSC)(CAS-NSSC) 11/18/2012CASNSSC2本文要點(diǎn)本文要點(diǎn)空間輻射空間輻射 近地空間輻射近地空間輻射主要是銀河宇宙射線（主要是銀河宇宙射線（GCR）、太陽活動(dòng)高）、太陽活動(dòng)高能粒子（能粒子（SEP）、南大西洋異常區(qū)輻射帶粒子（）、南大西洋異常區(qū)輻射帶粒子（SAA）和）

2、和由地球大氣層散射引起的反照質(zhì)子和中子。在太陽活動(dòng)平由地球大氣層散射引起的反照質(zhì)子和中子。在太陽活動(dòng)平靜期，靜期，深空間輻射深空間輻射主要主要來自來自 GCR。NASANASA, ,ESAESA 和和 NSSC(NSSC(中中科院科院國家國家空間空間科學(xué)中心科學(xué)中心) )的的空間空間輻射測(cè)量輻射測(cè)量: : STS, STS, ISSISS，MatroshkaMatroshka，TG-1 (TG-1 (天宮一號(hào)）。天宮一號(hào)）。載人航天飛行的一大障礙是空間輻射導(dǎo)致的宇航員輻射風(fēng)載人航天飛行的一大障礙是空間輻射導(dǎo)致的宇航員輻射風(fēng)險(xiǎn)和微電子器件輻射效應(yīng)。險(xiǎn)和微電子器件輻射效應(yīng)。為確保航天員和微電子器件

3、的為確保航天員和微電子器件的的航天飛行安全，必須透徹地研究宇航員和微電子器件受的航天飛行安全，必須透徹地研究宇航員和微電子器件受到的輻射并科學(xué)地評(píng)估輻射風(fēng)險(xiǎn)和效應(yīng)。到的輻射并科學(xué)地評(píng)估輻射風(fēng)險(xiǎn)和效應(yīng)。輻射風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法輻射風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法：模擬方法和實(shí)驗(yàn)方法。：模擬方法和實(shí)驗(yàn)方法。載人火星飛行的宇航員輻射風(fēng)險(xiǎn)。載人火星飛行的宇航員輻射風(fēng)險(xiǎn)。宇航員的宇航員的輻射輻射風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)和微電子器件的和微電子器件的輻射危害輻射危害的的應(yīng)對(duì)措施應(yīng)對(duì)措施。11/18/2012CASNSSC36/1/2022 導(dǎo)論導(dǎo)論 3 載人航天飛行涉及的障礙有：載人航天飛行涉及的障礙有：經(jīng)濟(jì)層面經(jīng)濟(jì)層面 - 航天飛行經(jīng)費(fèi)；航天飛

4、行經(jīng)費(fèi)；政治層面政治層面 - 航天飛行航天飛行是否國家核心利益；以及是否國家核心利益；以及輻射風(fēng)險(xiǎn)輻射風(fēng)險(xiǎn) - 對(duì)宇航員生命健康的危害和對(duì)飛船上微電子器對(duì)宇航員生命健康的危害和對(duì)飛船上微電子器件的危害。其中，件的危害。其中，航天輻射風(fēng)險(xiǎn)長期以來一直被認(rèn)為是所有載人航天飛行障礙中最航天輻射風(fēng)險(xiǎn)長期以來一直被認(rèn)為是所有載人航天飛行障礙中最大的障礙。大的障礙。所以，應(yīng)當(dāng)重視和開展載人航天飛行的輻射風(fēng)險(xiǎn)研究。所以，應(yīng)當(dāng)重視和開展載人航天飛行的輻射風(fēng)險(xiǎn)研究。 由于地球的遮擋和地磁場(chǎng)的保護(hù)，近地軌道空間的輻射低于深空中的輻射。深由于地球的遮擋和地磁場(chǎng)的保護(hù)，近地軌道空間的輻射低于深空中的輻射。深空中通常不

5、存在和地球相似體積和磁場(chǎng)的星體，太空飛行器的外殼是最可能的輻射空中通常不存在和地球相似體積和磁場(chǎng)的星體，太空飛行器的外殼是最可能的輻射屏蔽體。在近地軌道之外，強(qiáng)輻射是載人航天飛行的主要關(guān)注對(duì)象，在飛行前就應(yīng)屏蔽體。在近地軌道之外，強(qiáng)輻射是載人航天飛行的主要關(guān)注對(duì)象，在飛行前就應(yīng)該找到輻射應(yīng)對(duì)措施。該找到輻射應(yīng)對(duì)措施。 研究表明，近地軌道輻射主要由銀河宇宙線（研究表明，近地軌道輻射主要由銀河宇宙線（GCR), 太陽高能粒太陽高能粒子子（SEP）、）、南大西洋異常（南大西洋異常（SAA）粒子和反照粒子組成；在太陽活動(dòng)平靜期，深空輻射主要）粒子和反照粒子組成；在太陽活動(dòng)平靜期，深空輻射主要是是GCR

6、。GCR隨著太陽活動(dòng)隨著太陽活動(dòng)11年周期而變化。在太陽活動(dòng)活躍期，太陽可發(fā)射強(qiáng)粒年周期而變化。在太陽活動(dòng)活躍期，太陽可發(fā)射強(qiáng)粒子輻射，主要是質(zhì)子。載人航天飛行應(yīng)該避開強(qiáng)太陽活動(dòng)期。子輻射，主要是質(zhì)子。載人航天飛行應(yīng)該避開強(qiáng)太陽活動(dòng)期。 帶電粒子和中子穿過人體時(shí)能夠電離人體細(xì)胞，損壞人體基因，對(duì)航天員健康帶電粒子和中子穿過人體時(shí)能夠電離人體細(xì)胞，損壞人體基因，對(duì)航天員健康造成危害。因此，在任何長時(shí)間載人航天飛行前，應(yīng)該對(duì)宇航員周圍的輻射場(chǎng)和風(fēng)造成危害。因此，在任何長時(shí)間載人航天飛行前，應(yīng)該對(duì)宇航員周圍的輻射場(chǎng)和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行透徹研究。險(xiǎn)進(jìn)行透徹研究。 本文討論近地軌道的輻射和輻射風(fēng)險(xiǎn)，報(bào)道一些重要的

7、輻射測(cè)量結(jié)果，并討論本文討論近地軌道的輻射和輻射風(fēng)險(xiǎn)，報(bào)道一些重要的輻射測(cè)量結(jié)果，并討論輻射風(fēng)險(xiǎn)估算的實(shí)驗(yàn)方法，火星載人飛行的輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及輻射危害的應(yīng)對(duì)措施輻射風(fēng)險(xiǎn)估算的實(shí)驗(yàn)方法，火星載人飛行的輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及輻射危害的應(yīng)對(duì)措施。11/18/2012CASNSSC41. 近地軌道輻射近地軌道輻射 近地軌道輻射由銀河宇宙線、太陽高能粒子、南大西洋異常粒子和反照粒子組成近地軌道輻射由銀河宇宙線、太陽高能粒子、南大西洋異常粒子和反照粒子組成。 太陽高能粒子太陽高能粒子事件的發(fā)生周期大致是事件的發(fā)生周期大致是11年，與太陽黑子活動(dòng)周期相似年，與太陽黑子活動(dòng)周期相似, 由太陽耀斑產(chǎn)生，由太陽耀斑產(chǎn)生，主

8、要是能量約為主要是能量約為10 MeV到到1 GeV 的質(zhì)子。強(qiáng)太陽宇宙線事件可能會(huì)產(chǎn)生非常高的粒子通量，的質(zhì)子。強(qiáng)太陽宇宙線事件可能會(huì)產(chǎn)生非常高的粒子通量，對(duì)地球環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。載人航天飛行應(yīng)該避開太陽高能粒子事件。對(duì)地球環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。載人航天飛行應(yīng)該避開太陽高能粒子事件。 地球輻射帶地球輻射帶 - Van Allen belts 由由Van Allen于于1958年發(fā)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn) 1，它包含內(nèi)離子帶和外離子，它包含內(nèi)離子帶和外離子帶以及內(nèi)電子帶和外電子帶。帶以及內(nèi)電子帶和外電子帶。SAA是地球輻射帶中最接近地球表面的部分，是地球輻射帶中最接近地球表面的部分，SAA的邊界可以的邊界可以

9、低到低到 200 km。當(dāng)穿過當(dāng)穿過SAA時(shí)，宇航員將受到較強(qiáng)的輻射。時(shí)，宇航員將受到較強(qiáng)的輻射。觀測(cè)結(jié)果表明，觀測(cè)結(jié)果表明，SAA對(duì)高傾角對(duì)高傾角STS (Space Transportation System) 飛行和國際空間站飛行和國際空間站 ISS（International Space Station）的輻射貢獻(xiàn)可達(dá)總劑量當(dāng)量的的輻射貢獻(xiàn)可達(dá)總劑量當(dāng)量的20%。SAA 輻射隨飛行傾角的減小而增大輻射隨飛行傾角的減小而增大。 內(nèi)輻射帶的捕獲離子和外輻射帶的電子對(duì)近地軌道衛(wèi)星和宇航員可造成大的危害，因?yàn)閮?nèi)輻射帶的捕獲離子和外輻射帶的電子對(duì)近地軌道衛(wèi)星和宇航員可造成大的危害，因?yàn)樗鼈兡軌颢@

10、得穿透相當(dāng)深度物質(zhì)的能量。然而它們能夠獲得穿透相當(dāng)深度物質(zhì)的能量。然而由于由于離子是高線性能量傳輸離子是高線性能量傳輸 （Linear Energy Transfer - LET）粒子，電子是低粒子，電子是低 LET 粒子，如下一節(jié)所述，粒子，如下一節(jié)所述，輻射危害主要是由高輻射危害主要是由高 LET 粒子粒子造成，所以輻射危害主要來自內(nèi)輻射帶離子。造成，所以輻射危害主要來自內(nèi)輻射帶離子。 反照粒子反照粒子是從地球大氣層散射到近地空間的質(zhì)子和中子，這些粒子產(chǎn)生于是從地球大氣層散射到近地空間的質(zhì)子和中子，這些粒子產(chǎn)生于GCR和地球大和地球大氣層物質(zhì)的相互作用。氣層物質(zhì)的相互作用。 GCR來源于太

11、陽系之外來源于太陽系之外，由，由98%的重子和的重子和2%的電子組成，的電子組成，GCR粒子的平均能量約為粒子的平均能量約為12 GeV/n。GCR可來源于超新星、脈沖星和高能活動(dòng)星系，產(chǎn)生后由星際激波加速和費(fèi)米可來源于超新星、脈沖星和高能活動(dòng)星系，產(chǎn)生后由星際激波加速和費(fèi)米加速等機(jī)制加速到高能。加速等機(jī)制加速到高能。GCR是各向同性的，同時(shí)又受到太陽磁場(chǎng)和地球磁場(chǎng)調(diào)制是各向同性的，同時(shí)又受到太陽磁場(chǎng)和地球磁場(chǎng)調(diào)制。 GCR核成分核成分由由87%質(zhì)子、質(zhì)子、12%氦核和氦核和1%重核組成，能量可高達(dá)重核組成，能量可高達(dá)1022eV/n。GCR核成核成分是近地軌道輻射的主要貢獻(xiàn)者。分是近地軌道輻

12、射的主要貢獻(xiàn)者。GCR中的一部分可被地球磁層、地球大氣和地球物質(zhì)所屏中的一部分可被地球磁層、地球大氣和地球物質(zhì)所屏蔽。蔽。GCR對(duì)空間旅行者構(gòu)成的輻射危害是持久的不斷積累的，在深空旅行中更為顯著。對(duì)空間旅行者構(gòu)成的輻射危害是持久的不斷積累的，在深空旅行中更為顯著。11/18/2012CASNSSC5圖：圖：GCRGCR與太陽粒子的電荷譜與太陽粒子的電荷譜11/18/2012CASNSSC6圖：圖：GCRGCR微分能譜微分能譜11/18/2012CASNSSC7圖：圖：GCRGCR，SAA SAA 粒子和太陽粒子微分能譜粒子和太陽粒子微分能譜11/18/2012CASNSSC8圖：圖：GCRGC

13、R的太陽活動(dòng)調(diào)制的太陽活動(dòng)調(diào)制11/18/2012CASNSSC9圖：圖：GCRGCR的地磁緯度效應(yīng)的地磁緯度效應(yīng)11/18/2012CASNSSC10圖：南大西洋輻射異常區(qū)圖：南大西洋輻射異常區(qū)SAASAA11/18/2012CASNSSC11圖：內(nèi)外輻射帶示意圖圖：內(nèi)外輻射帶示意圖11/18/2012CASNSSC12圖：輻射帶粒子漂移示意圖圖：輻射帶粒子漂移示意圖11/18/2012CASNSSC132. 航天輻射對(duì)宇航員和航天輻射對(duì)宇航員和 微電子器件的危害微電子器件的危害 輻射對(duì)宇航員的影響輻射對(duì)宇航員的影響/危害是對(duì)細(xì)胞、染色體、危害是對(duì)細(xì)胞、染色體、DNA、中樞神經(jīng)、中樞神經(jīng)系系

14、統(tǒng)、統(tǒng)、骨髓、皮膚造成破壞，并誘發(fā)癌癥、白血病和白內(nèi)障。研究表明，輻射風(fēng)骨髓、皮膚造成破壞，并誘發(fā)癌癥、白血病和白內(nèi)障。研究表明，輻射風(fēng)險(xiǎn)隨險(xiǎn)隨LET的增加而升高，高的增加而升高，高LET (10 keV /m water) 輻射占統(tǒng)治輻射占統(tǒng)治 2-6。 GCR重核是重核是GCR中的高中的高LET成分，因?yàn)樗鼈兊母吣芰亢烷L射程，不能成分，因?yàn)樗鼈兊母吣芰亢烷L射程，不能有效地屏蔽。因此有效地屏蔽。因此GCR重核的測(cè)量重核的測(cè)量7和輻射風(fēng)險(xiǎn)以及應(yīng)對(duì)措施對(duì)載人航和輻射風(fēng)險(xiǎn)以及應(yīng)對(duì)措施對(duì)載人航天飛行來說是一個(gè)重要課題天飛行來說是一個(gè)重要課題。如后面所述，。如后面所述，CR-39探測(cè)器是測(cè)量重核的最探

15、測(cè)器是測(cè)量重核的最合適的被動(dòng)探測(cè)器。合適的被動(dòng)探測(cè)器。 圖圖1表明輻射風(fēng)險(xiǎn)截面隨粒子表明輻射風(fēng)險(xiǎn)截面隨粒子LET值的變化值的變化 2。圖中，輻射風(fēng)險(xiǎn)截面。圖中，輻射風(fēng)險(xiǎn)截面是輻射粒子引起的癌癥死亡概率。微分輻射風(fēng)險(xiǎn)正比于微分粒子流量、粒是輻射粒子引起的癌癥死亡概率。微分輻射風(fēng)險(xiǎn)正比于微分粒子流量、粒子子LET值和風(fēng)險(xiǎn)截面?？偟妮椛滹L(fēng)險(xiǎn)是微分輻射風(fēng)險(xiǎn)的總和。值和風(fēng)險(xiǎn)截面?？偟妮椛滹L(fēng)險(xiǎn)是微分輻射風(fēng)險(xiǎn)的總和。 輻射對(duì)宇航員可引起不同的效應(yīng)。除早期和晚期確定性效應(yīng)外，最受輻射對(duì)宇航員可引起不同的效應(yīng)。除早期和晚期確定性效應(yīng)外，最受關(guān)注的是致癌風(fēng)險(xiǎn)，這是宇航員最主要的輻射風(fēng)險(xiǎn)。利用對(duì)宇航員測(cè)量的關(guān)注的是

16、致癌風(fēng)險(xiǎn)，這是宇航員最主要的輻射風(fēng)險(xiǎn)。利用對(duì)宇航員測(cè)量的輻射輻射LET譜和從輻射生物學(xué)得到輻射風(fēng)險(xiǎn)截面能夠計(jì)算輻射風(fēng)險(xiǎn)。譜和從輻射生物學(xué)得到輻射風(fēng)險(xiǎn)截面能夠計(jì)算輻射風(fēng)險(xiǎn)。與模擬與模擬方法相比，這種方法是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的。方法相比，這種方法是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的。11/18/2012CASNSSC146/1/2022圖圖1 1：輻射風(fēng)險(xiǎn)截面與：輻射風(fēng)險(xiǎn)截面與LETLET值的關(guān)系值的關(guān)系11/18/2012CASNSSC15圖：粒子輻射對(duì)生物組織的破壞效應(yīng)圖：粒子輻射對(duì)生物組織的破壞效應(yīng) 下圖示出生物組織的輻射破壞效應(yīng)隨粒子的下圖示出生物組織的輻射破壞效應(yīng)隨粒子的LET值變化，高值變化，高LET重離子的重離子的破

17、壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過低破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過低 LET x 射線的破壞射線的破壞。 11/18/2012CASNSSC16圖：圖：GCR GCR 核成份對(duì)輻射的貢獻(xiàn)（重離子占統(tǒng)治核成份對(duì)輻射的貢獻(xiàn)（重離子占統(tǒng)治）因此，因此，雖然質(zhì)子的通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鐵核通量，鐵核的輻射劑量當(dāng)量卻遠(yuǎn)超質(zhì)子雖然質(zhì)子的通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鐵核通量，鐵核的輻射劑量當(dāng)量卻遠(yuǎn)超質(zhì)子。11/18/2012CASNSSC17 表表1 列出了輻射有效劑量（列出了輻射有效劑量（Sv）的的職業(yè)限職業(yè)限量量值，其值是依據(jù)值，其值是依據(jù) NCRP (National Council on Radiation Protection and Measurements)

18、報(bào)告報(bào)告No.132 5 推薦的推薦的10年職業(yè)生涯年職業(yè)生涯3%癌癥死亡率超出給出的。癌癥死亡率超出給出的。 表中數(shù)據(jù)顯示，表中數(shù)據(jù)顯示，輻射危害對(duì)不同性別和年齡的人有很大的差異，年輻射危害對(duì)不同性別和年齡的人有很大的差異，年長的男性能夠承受較強(qiáng)的輻射。因此，可以選擇合適的年長的男性宇航長的男性能夠承受較強(qiáng)的輻射。因此，可以選擇合適的年長的男性宇航員作深空飛行。員作深空飛行。表表1: 終身終身3% 致命癌癥超出輻射風(fēng)險(xiǎn)對(duì)應(yīng)的致命癌癥超出輻射風(fēng)險(xiǎn)對(duì)應(yīng)的10年職業(yè)劑量限值年職業(yè)劑量限值A(chǔ)ge at Exposure (y)Effective Dose (Sv)FemaleEffective Do

19、se (Sv)Male250.40.7350.61.0450.91.5551.73.011/18/2012CASNSSC18 除了航天員的輻射風(fēng)險(xiǎn)，空間環(huán)境對(duì)航天器和內(nèi)部元器件的輻射危除了航天員的輻射風(fēng)險(xiǎn)，空間環(huán)境對(duì)航天器和內(nèi)部元器件的輻射危害也需要重點(diǎn)考慮。害也需要重點(diǎn)考慮。 空間環(huán)境引起的輻射風(fēng)險(xiǎn)主要是航天器長期在軌工作時(shí)受到的空間環(huán)境引起的輻射風(fēng)險(xiǎn)主要是航天器長期在軌工作時(shí)受到的輻射劑輻射劑量效應(yīng)和單粒子事件效應(yīng)量效應(yīng)和單粒子事件效應(yīng) SEEs (Single Event Effects) 。 單粒子事件效應(yīng)是指單個(gè)高能質(zhì)子，重離子和中子導(dǎo)致的微電子器件單粒子事件效應(yīng)是指單個(gè)高能質(zhì)子，重

20、離子和中子導(dǎo)致的微電子器件狀態(tài)改變，從而使航天器發(fā)生異?；蚬收?，包括微電子器件邏輯狀態(tài)改變狀態(tài)改變，從而使航天器發(fā)生異?；蚬收?，包括微電子器件邏輯狀態(tài)改變的單粒子翻轉(zhuǎn)事件，使的單粒子翻轉(zhuǎn)事件，使CMOS組件發(fā)生單粒子鎖定事件等組件發(fā)生單粒子鎖定事件等。 GCR，SAA和太陽活動(dòng)高能粒子是造成各種輻射效應(yīng)的主要因素和太陽活動(dòng)高能粒子是造成各種輻射效應(yīng)的主要因素，在，在太陽平靜時(shí)低軌高傾角航天器的輻射劑量約為幾百太陽平靜時(shí)低軌高傾角航天器的輻射劑量約為幾百 Gy/d，當(dāng)太陽活動(dòng)劇，當(dāng)太陽活動(dòng)劇烈時(shí)，輻射劑量可達(dá)幾個(gè)烈時(shí)，輻射劑量可達(dá)幾個(gè)Gy/d，從而引起材料的變性，導(dǎo)致材料本身的，從而引起材料的變

21、性，導(dǎo)致材料本身的物理性能下降，航天器功能異常。因此，載人航天軌道上的輻射風(fēng)險(xiǎn)必須物理性能下降，航天器功能異常。因此，載人航天軌道上的輻射風(fēng)險(xiǎn)必須要認(rèn)真考慮。要認(rèn)真考慮。 未來我國的空間站從元器件數(shù)量上來說屬于超大平臺(tái)，元器件數(shù)量可未來我國的空間站從元器件數(shù)量上來說屬于超大平臺(tái)，元器件數(shù)量可達(dá)達(dá)到到8-10萬個(gè)，只要其中一個(gè)元器件發(fā)生單粒子事件，就有可能引起無法萬個(gè)，只要其中一個(gè)元器件發(fā)生單粒子事件，就有可能引起無法估計(jì)的損失，估計(jì)的損失，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位單粒子翻轉(zhuǎn)事件，并采取有效的應(yīng)對(duì)措施是及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位單粒子翻轉(zhuǎn)事件，并采取有效的應(yīng)對(duì)措施是避免這些損失的關(guān)鍵避免這些損失的關(guān)鍵。 11/18/

22、2012CASNSSC19圖：空間粒子輻射效應(yīng)示意圖圖：空間粒子輻射效應(yīng)示意圖11/18/2012CASNSSC20圖：帶電粒子在電子學(xué)器件中的能量沉降和電離效應(yīng)圖：帶電粒子在電子學(xué)器件中的能量沉降和電離效應(yīng)11/18/2012CASNSSC21圖：輻射粒子對(duì)飛行器的危害影響圖：輻射粒子對(duì)飛行器的危害影響11/18/2012CASNSSC22圖：輻射劑量與飛船屏蔽厚度的關(guān)系圖：輻射劑量與飛船屏蔽厚度的關(guān)系11/18/2012CASNSSC236/1/2022233. 近地軌道空間輻射環(huán)境測(cè)量近地軌道空間輻射環(huán)境測(cè)量 3.1 測(cè)量的方法和探測(cè)器測(cè)量的方法和探測(cè)器 主動(dòng)劑量儀主動(dòng)劑量儀組織等效正比

23、計(jì)數(shù)器組織等效正比計(jì)數(shù)器 TEPC（Tissue Equivalent Proportional Counter）、被動(dòng)劑量計(jì)）、被動(dòng)劑量計(jì) CR-39 塑料核徑跡探測(cè)器塑料核徑跡探測(cè)器 PNTDs（Plastic Nuclear Track Detectors）和熱釋光和熱釋光 TLDs 探測(cè)器探測(cè)器（Thermoluminescent Detectors）均用于均用于 NASA 空間輻射探測(cè)研究空間輻射探測(cè)研究。LET 響應(yīng)范圍對(duì)響應(yīng)范圍對(duì) TEPC、CR-39 和和 TLDs 探測(cè)探測(cè)器分別是全器分別是全 LET（0.2 - 1250 keV/m water），高），高LET（ 10 k

24、eV/m water）和低和低LET (10 keV/m water）。被動(dòng)測(cè)量方法中的全）。被動(dòng)測(cè)量方法中的全LET范圍的輻射量可以通范圍的輻射量可以通過綜合過綜合CR-39和和TLDs探測(cè)器的測(cè)量結(jié)果得到。探測(cè)器的測(cè)量結(jié)果得到。 CR-39 探測(cè)器能夠直接測(cè)量帶電粒子，包括高電荷高能量粒子探測(cè)器能夠直接測(cè)量帶電粒子，包括高電荷高能量粒子 HZEs（high charge and high energy particles），空間），空間 HZE 粒子主要是粒子主要是GCR重核。重核。CR-39探測(cè)器還可通過探測(cè)中子在探測(cè)器還可通過探測(cè)中子在 CR-39 中產(chǎn)生的次級(jí)帶電粒子測(cè)量中子。中產(chǎn)生

25、的次級(jí)帶電粒子測(cè)量中子。CR-39的化的化學(xué)成分是學(xué)成分是 C12H18O7，類似人體組織。目前，宇航員使用的被動(dòng)探測(cè)器中，類似人體組織。目前，宇航員使用的被動(dòng)探測(cè)器中，CR-39 是唯一的既對(duì)高是唯一的既對(duì)高 LET 靈敏又能夠測(cè)量靈敏又能夠測(cè)量 LET 譜的探測(cè)器。其它被動(dòng)探測(cè)器如譜的探測(cè)器。其它被動(dòng)探測(cè)器如 TLD 對(duì)高對(duì)高 LET 不敏感，也不能提供不敏感，也不能提供LET 信息。信息。 NASA被動(dòng)劑量計(jì)模塊是由被動(dòng)劑量計(jì)模塊是由 CR-39 和和 TLD 探測(cè)器組成。被動(dòng)劑量計(jì)探測(cè)器組成。被動(dòng)劑量計(jì)可可由宇航由宇航員攜帶或者放置在航天飛機(jī)和空間站里選定的位置員攜帶或者放置在航天飛機(jī)

26、和空間站里選定的位置，組組成成 CPDs (Crew Passive Dosimters), STS 的的 PRDs (Passive Radiation Dosimeters) 和和 ISS 的的 ARMs (Area Radiation Monitors)。因此，利用。因此，利用TEPC 和和 CR-39 探測(cè)器可測(cè)量輻射探測(cè)器可測(cè)量輻射LET 譜和譜和所有所有輻射量，輻射劑量還可用輻射量，輻射劑量還可用TLDs 近似測(cè)量近似測(cè)量。11/18/2012CASNSSC24圖圖2: 2: 被動(dòng)輻射探測(cè)器迭層示意圖被動(dòng)輻射探測(cè)器迭層示意圖 下面兩圖分別示出被動(dòng)探測(cè)器單元的平面分布和在飛船上的位置

27、分布下面兩圖分別示出被動(dòng)探測(cè)器單元的平面分布和在飛船上的位置分布。 CR-39探測(cè)器方法是探測(cè)器方法是LET譜方法譜方法，其重點(diǎn)是，其重點(diǎn)是CR-39探測(cè)器的探測(cè)器的LET定標(biāo)，定標(biāo)，人工事例識(shí)別，探測(cè)器掃描和數(shù)據(jù)獲取，以及對(duì)長時(shí)間暴露導(dǎo)致的人工事例識(shí)別，探測(cè)器掃描和數(shù)據(jù)獲取，以及對(duì)長時(shí)間暴露導(dǎo)致的CR-39探探測(cè)器靈敏度衰退的修正。測(cè)器靈敏度衰退的修正。詳細(xì)的方法和步驟可以參見文獻(xiàn)詳細(xì)的方法和步驟可以參見文獻(xiàn)7, 9-17。 與與TEPC測(cè)量的測(cè)量的LET譜相似，譜相似，CR-39探測(cè)器測(cè)量的探測(cè)器測(cè)量的LET譜包括微分和積分譜包括微分和積分粒子通量，輻射劑量，劑量當(dāng)量和品質(zhì)因子，完整地描述

28、了空間輻射環(huán)境。粒子通量，輻射劑量，劑量當(dāng)量和品質(zhì)因子，完整地描述了空間輻射環(huán)境。為了減少論文篇幅，本節(jié)只重點(diǎn)報(bào)道上述探測(cè)器測(cè)量的劑量當(dāng)量為了減少論文篇幅，本節(jié)只重點(diǎn)報(bào)道上述探測(cè)器測(cè)量的劑量當(dāng)量LET積分譜積分譜和輻射量。和輻射量。11/18/2012CASNSSC25Number of detectors:84x TLD 10084x TLD 30036x TLD 60036x TLD 70084x OSLDs28x CR-39 platesTLD 300TLD 100TLD 600TLD 700OSLDsOSLDs圖圖3: 3: 被動(dòng)探測(cè)器被動(dòng)探測(cè)器 PRDs PRDs 的的 TLDs/O

29、SLDs TLDs/OSLDs 分布分布11/18/2012CASNSSC26圖圖4 4：PRDs PRDs 位置分布圖位置分布圖Flight DeckMid DeckPRD 4PRD 5PRD 6PRD 1PRD 3PRD 211/18/2012CASNSSC27 除了使用上述輻射探測(cè)器對(duì)輻射環(huán)境和輻射量進(jìn)行測(cè)量以外，除了使用上述輻射探測(cè)器對(duì)輻射環(huán)境和輻射量進(jìn)行測(cè)量以外，ISS上還使用了上還使用了其它幾種探測(cè)方法和探測(cè)器作輻射粒子的電荷，能量和方向測(cè)量。其它幾種探測(cè)方法和探測(cè)器作輻射粒子的電荷，能量和方向測(cè)量。通過通過 ISS 外部外部空間環(huán)境和內(nèi)部空間環(huán)境粒子的時(shí)間和空間分布精細(xì)測(cè)量數(shù)據(jù)，

30、原則上可以對(duì)航天空間環(huán)境和內(nèi)部空間環(huán)境粒子的時(shí)間和空間分布精細(xì)測(cè)量數(shù)據(jù)，原則上可以對(duì)航天輻射風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，推算航天器內(nèi)部任一位置的輻射風(fēng)險(xiǎn)。輻射風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，推算航天器內(nèi)部任一位置的輻射風(fēng)險(xiǎn)。 但是，由于但是，由于這類探測(cè)器的電荷響應(yīng)和能量響應(yīng)能力通常有限這類探測(cè)器的電荷響應(yīng)和能量響應(yīng)能力通常有限，實(shí)際上很難從測(cè)實(shí)際上很難從測(cè)量譜準(zhǔn)確計(jì)算評(píng)估輻射風(fēng)險(xiǎn)。量譜準(zhǔn)確計(jì)算評(píng)估輻射風(fēng)險(xiǎn)。因此事實(shí)上，迄今為止仿真模擬輻射計(jì)算所用的能譜因此事實(shí)上，迄今為止仿真模擬輻射計(jì)算所用的能譜仍然主要來自高能宇宙線觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。仍然主要來自高能宇宙線觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。 近地軌道的空間環(huán)境探測(cè)器主要包括質(zhì)子，電子，重離子和中子探測(cè)器

31、。近地軌道的空間環(huán)境探測(cè)器主要包括質(zhì)子，電子，重離子和中子探測(cè)器。ISS上永久性搭載的上永久性搭載的NASA載荷主要有兩類，一類是載荷主要有兩類，一類是 TEPC，用于航天員的輻射輔助分，用于航天員的輻射輔助分析，另一類是帶電粒子方向譜儀析，另一類是帶電粒子方向譜儀 CPDSs (Charged Particle Directional Spectrometers)，一共安裝了四臺(tái)，分別指向不同的方向，可測(cè)量空間不同方向上的質(zhì)子、電子和重一共安裝了四臺(tái)，分別指向不同的方向，可測(cè)量空間不同方向上的質(zhì)子、電子和重離子能譜離子能譜-通量信息。但是，通量信息。但是，CPDSs 的電荷響應(yīng)較低的電荷響應(yīng)

32、較低 (Z14)，也缺乏完善的也缺乏完善的 LET輻射輻射譜分析方法和功能，不適于用來評(píng)估輻射風(fēng)險(xiǎn)。譜分析方法和功能，不適于用來評(píng)估輻射風(fēng)險(xiǎn)。 最近幾年最近幾年在在 ISS 上運(yùn)行的還有意大利宇航局研制的宇宙線輻射效應(yīng)儀上運(yùn)行的還有意大利宇航局研制的宇宙線輻射效應(yīng)儀ALTEA。ALTEA能夠精確測(cè)量帶電粒子能夠精確測(cè)量帶電粒子 (Z=5-42) 的方向能譜，的方向能譜，LET 譜和相對(duì)核豐度，從而譜和相對(duì)核豐度，從而提供有關(guān)提供有關(guān) ISS 內(nèi)部輻射環(huán)境帶電粒子及輻射效應(yīng)的最完整的信息。內(nèi)部輻射環(huán)境帶電粒子及輻射效應(yīng)的最完整的信息。 我國在載人航天軌道上也開展過粒子和大氣類的輻射測(cè)量，利用在神

33、舟我國在載人航天軌道上也開展過粒子和大氣類的輻射測(cè)量，利用在神舟4號(hào)和號(hào)和5號(hào)上進(jìn)行的測(cè)量獲得了一些該軌道的粒子和大氣數(shù)據(jù)。號(hào)上進(jìn)行的測(cè)量獲得了一些該軌道的粒子和大氣數(shù)據(jù)。在在2011年發(fā)射的天宮年發(fā)射的天宮 TG-1上，國家空間科學(xué)中心研制的上，國家空間科學(xué)中心研制的“多向高能粒子探測(cè)器多向高能粒子探測(cè)器”成功地在軌運(yùn)行至今，首次成功地在軌運(yùn)行至今，首次獲獲得該軌道得該軌道 2空間多方向空間多方向的帶電粒子的帶電粒子即時(shí)測(cè)量。即時(shí)測(cè)量。11/18/2012CASNSSC283.2 近地軌道輻射測(cè)量結(jié)果近地軌道輻射測(cè)量結(jié)果 3.2.1 TEPC和和CR-39測(cè)量的輻射：測(cè)量的輻射：STS-12

34、1 STS-121航天飛行于航天飛行于2006年年7月月4-17日進(jìn)行，傾角是日進(jìn)行，傾角是51.6。 圖圖5給出給出STS-121飛行輻射劑量當(dāng)量的積分飛行輻射劑量當(dāng)量的積分LET譜譜，由，由TEPC和貼在和貼在TEPC上的上的CR-39探測(cè)器測(cè)量。除此之外，還有放在探測(cè)器測(cè)量。除此之外，還有放在STS和和ISS內(nèi)部各個(gè)選定位置的內(nèi)部各個(gè)選定位置的CR-39被被動(dòng)輻射劑量計(jì)動(dòng)輻射劑量計(jì)PRDs，用于測(cè)量飛船內(nèi)部的輻射分布。，用于測(cè)量飛船內(nèi)部的輻射分布。 圖圖5表明：（表明：（1）GCR輻射貢獻(xiàn)占主要，輻射貢獻(xiàn)占主要，SAA捕獲粒子貢獻(xiàn)較小，捕獲粒子貢獻(xiàn)較小，GCR和和SAA捕獲粒子的劑量當(dāng)量

35、貢獻(xiàn)分別占總劑量當(dāng)量的捕獲粒子的劑量當(dāng)量貢獻(xiàn)分別占總劑量當(dāng)量的79%和和21%；（；（2）在高在高LET區(qū)，區(qū)，輻射量可由輻射量可由TEPC和貼在和貼在TEPC上的上的CR-39來測(cè)量，二者的測(cè)量值符合很好來測(cè)量，二者的測(cè)量值符合很好。 表表2收集用收集用 TEPC 和和 CR-39 劑量儀測(cè)量的劑量儀測(cè)量的 STS-121 飛行輻射量。表中的數(shù)據(jù)飛行輻射量。表中的數(shù)據(jù)顯示：顯示：（1）TEPC和和CR-39探測(cè)器測(cè)量的輻射量吻合很好；（探測(cè)器測(cè)量的輻射量吻合很好；（2）HZE粒子的輻射粒子的輻射劑量當(dāng)量貢獻(xiàn)大約占總劑量當(dāng)量的劑量當(dāng)量貢獻(xiàn)大約占總劑量當(dāng)量的27%；（；（3）輻射品質(zhì)因子約為）輻

36、射品質(zhì)因子約為 11（全部粒全部粒子子）和和18 （HZE粒子粒子）。 表表3收集用收集用 TLDs 和和 CR-39 PNTDs 對(duì)對(duì) STS-121 飛行所作的綜合測(cè)量輻射量。飛行所作的綜合測(cè)量輻射量。結(jié)果表明：結(jié)果表明：高高LET和低和低LET的吸收劑量貢獻(xiàn)分別約為總劑量的的吸收劑量貢獻(xiàn)分別約為總劑量的15%和和85%；高；高LET和低和低LET的劑量當(dāng)量貢獻(xiàn)分別約為總劑量當(dāng)量的的劑量當(dāng)量貢獻(xiàn)分別約為總劑量當(dāng)量的67%和和33%，高，高LET輻射劑量當(dāng)量輻射劑量當(dāng)量占主要。占主要。數(shù)據(jù)還表明，在太陽平靜期間進(jìn)行的數(shù)據(jù)還表明，在太陽平靜期間進(jìn)行的 STS-121 PRD 測(cè)量，全測(cè)量，全L

37、ET輻射劑輻射劑量，劑量當(dāng)量和品質(zhì)因子分別約為量，劑量當(dāng)量和品質(zhì)因子分別約為190 245 Gy/d，500 655 Sv/d和和2.6。 11/18/2012CASNSSC29圖圖5. STS-1215. STS-121劑量當(dāng)量積分劑量當(dāng)量積分LETLET譜譜11/18/2012CASNSSC30表表2：TEPC和和CR-39探測(cè)器測(cè)量的探測(cè)器測(cè)量的STS-121輻射輻射 ( 10 keV/m water, ICRP 60)Mission TimeDetectorAbsorbed DoseDose EquivalentQ Factor(Hour)(mGy)(mSv)307TEPC (All)

38、0.34 0.013.83 0.1011.16 0.29 307CR-39 (All)0.34 0.02 4.00 0.2811.77 0.82 307CR-39 (HZE)0.06 0.011.07 0.1417.62 2.33表表3：STS-121 （PRD1，3，5）綜合觀測(cè)輻射量）綜合觀測(cè)輻射量DosimeterLocationTLDTypeTLDTotal DoseDoseLow LET(10keV/10keV/m)Q=1DoseHigh LET(10keV/m)Q11Total DoseAll LETTotal DoseEquivalentAll LET(ICRP 60)Q Fac

39、torAll LET(mGy)(mGy)(mGy)(mGy)(mSv)PRD1TLD-100TLD-3002.390.03 2.380.052.182.100.360.042.540.052.470.066.440.476.370.472.530.192.580.19PRD3TLD-100TLD-3003.060.052.940.092.792.580.480.043.270.063.060.108.380.498.170.492.560.152.670.16PRD5TLD-100TLD-3002.910.043.020.062.642.660.470.043.100.063.130.078.

40、100.478.120.472.610.152.6001.511/18/2012CASNSSC313.2.2 TEPC和和CR-39測(cè)量的輻射測(cè)量的輻射: ISS-Expedition12 NASA 的的ISS-Expedition 空間輻照時(shí)間超過空間輻照時(shí)間超過3個(gè)月，個(gè)月，ISS-Expedition12 于于2005年年9月月30日到日到2006年年4月月8日進(jìn)行，總計(jì)日進(jìn)行，總計(jì)190天。前面提到過，天。前面提到過，CR-39探測(cè)器長時(shí)間輻照有靈敏度下降的問題，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行修正。本文報(bào)道的輻探測(cè)器長時(shí)間輻照有靈敏度下降的問題，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行修正。本文報(bào)道的輻射測(cè)量結(jié)果考慮了射測(cè)量結(jié)果考

41、慮了CR-39的靈敏度修正。的靈敏度修正。 圖圖6給出了給出了ISS-Expedition 12飛行的劑量當(dāng)量（飛行的劑量當(dāng)量（ICRP 60）的積分）的積分LET譜。在此圖中，譜。在此圖中，SM-P 是服務(wù)艙組（是服務(wù)艙組（Service Module-Panel），），TESS 是是臨時(shí)睡眠站（臨時(shí)睡眠站（Temporary Sleep Station），裝有組織等效聚乙烯屏蔽層。），裝有組織等效聚乙烯屏蔽層。 該圖表明：（該圖表明：（1）TEPC 和附在和附在 TEPC 上的上的 CR-39 探測(cè)器測(cè)量到的高探測(cè)器測(cè)量到的高LET 輻射譜互相吻合；（輻射譜互相吻合；（2）輻射最低的是）輻

42、射最低的是 TESS 區(qū)，這一結(jié)果表明，用組區(qū)，這一結(jié)果表明，用組織等效聚乙烯屏蔽輻射非常有效?？椀刃Ь垡蚁┢帘屋椛浞浅Ｓ行?。 表表4收集收集TEPC和和CR-39 探測(cè)器探測(cè)器的的ISS-Expedition12輻射測(cè)量結(jié)果。表輻射測(cè)量結(jié)果。表5收集由收集由TLDs和和CR-39探測(cè)器綜合測(cè)量得到的輻射量。由探測(cè)器綜合測(cè)量得到的輻射量。由TEPC測(cè)量的全測(cè)量的全LET輻射結(jié)果也列于表輻射結(jié)果也列于表5。表。表4和表和表5的數(shù)據(jù)表明，由的數(shù)據(jù)表明，由TLDs和和CR-39探測(cè)器綜合測(cè)探測(cè)器綜合測(cè)量的輻射和由量的輻射和由TEPC測(cè)量的結(jié)果相符。測(cè)量的結(jié)果相符。 11/18/2012CASNSSC

43、32 圖圖6 6：ISS-Expedition12ISS-Expedition12的劑量當(dāng)量的劑量當(dāng)量積分積分LETLET譜譜11/18/2012CASNSSC33Table 4: TEPC 和和 CR-39 探測(cè)器測(cè)量的探測(cè)器測(cè)量的 ISS-Expedition12 高高 LET 輻射輻射( 10 keV/m water, ICRP 60)Detector LocationAbsorbed DoseDose EquivalentQ Factor(Gy/d)(Sv/d)TEPC (SM-P327, US Lab S4, S6)31.70 0.09346.56 0.9910.93 0.03CR-

44、39 (attached to TEPC, total)CR-39 (attached to TEPC, HZE)31.39 1.674.31 0.63348.18 18.5679.64 11.6211.09 0.5918.47 2.81CR-39 (SM-P442)54.58 3.52540.96 3.499.91 0.06CR-39 (SM-P327)34.77 2.60397.93 29.7411.45 0.86CR-39 (TESS)31.52 2.05347.43 2.2611.02 0.07表表5. ISS-Expedition 12 綜合觀測(cè)輻射量綜合觀測(cè)輻射量Dosimeter

45、LocationTLDTypeDose TLDAll LETDose TLDLow LETQ=1Dose CR-39High LETQ10Total DoseAll LETTotal DoseEquivalentAll LET(ICRP 60)Q FactorAll LET(mGy)(mGy)(mGy)(mSv)Attached to TEPCTLD100TLD30029.920.530.000.626.4825.495.960.3232.440.5931.450.6892.583.5691.593.572.850.112.910.11TESSTLD100TLD30030.500.529.14

46、0.726.9124.485.980.3932.900.6330.470.8092.874.3290.444.352.820.132.970.14TEPC29.7889.603.0111/18/2012CASNSSC343.2.3 CR-39測(cè)量的輻射：測(cè)量的輻射：Matroshka 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) Matroshka - 歐空局的一個(gè)研究設(shè)施歐空局的一個(gè)研究設(shè)施 - 是一個(gè)研究近地軌道宇航員不同深度不是一個(gè)研究近地軌道宇航員不同深度不同器官輻射劑量分布的實(shí)驗(yàn)裝置。同器官輻射劑量分布的實(shí)驗(yàn)裝置。Matroshka-1在在ISS軌道上停留了軌道上停留了616天（天（2004年年1月月29日日 - 20

47、05年年10月月10日，其中日，其中 77 天在天在 ISS 內(nèi)部，內(nèi)部，539天在俄羅斯天在俄羅斯 Zvezda 艙外）。艙外）。Matroshka-2 安裝在俄羅斯安裝在俄羅斯 Zvezda 艙內(nèi)（艙內(nèi)（2005年年12月月21日日-2006年年12月月22日），日），Matroshka-2 實(shí)驗(yàn)總的時(shí)間是實(shí)驗(yàn)總的時(shí)間是367天（其中天（其中30天在參考位置，天在參考位置，337天在天在仿真器官）。仿真器官）。 Matroshka 實(shí)驗(yàn)是長時(shí)間輻照，實(shí)驗(yàn)是長時(shí)間輻照，CR-39 探測(cè)器靈敏度衰退的修正顯得非常重探測(cè)器靈敏度衰退的修正顯得非常重要。要。研究表明研究表明7,16-18，對(duì)，對(duì)M

48、atroshka-1輻射，輻射，CR-39靈敏度修正前后的劑量當(dāng)量靈敏度修正前后的劑量當(dāng)量差別可達(dá)差別可達(dá) 40%。因此，只有經(jīng)過靈敏度修正的。因此，只有經(jīng)過靈敏度修正的 CR-39 輻射探測(cè)量才是合理可信輻射探測(cè)量才是合理可信的。本文報(bào)道的的。本文報(bào)道的 Matroshka 所有輻射測(cè)量結(jié)果都是在對(duì)所有輻射測(cè)量結(jié)果都是在對(duì)CR-39探測(cè)器靈敏度衰退探測(cè)器靈敏度衰退進(jìn)行嚴(yán)格修正后獲得的。進(jìn)行嚴(yán)格修正后獲得的。 對(duì)多數(shù)分布在對(duì)多數(shù)分布在 Matroshka 人體模型不同仿真器官中的人體模型不同仿真器官中的CR-39 探測(cè)器記錄到的探測(cè)器記錄到的HZE粒子（主要是粒子（主要是 GCR 重離子）也進(jìn)

49、行了同步掃描，以獲得重離子）也進(jìn)行了同步掃描，以獲得 GCR 重離子的輻射重離子的輻射貢獻(xiàn)。貢獻(xiàn)。HZE 粒子不能被粒子不能被 TEPC 和和 TLDs 從其它粒子中分離出來，但能夠從其它粒子中分離出來，但能夠用用CR-39探測(cè)器精確測(cè)量。探測(cè)器精確測(cè)量。HZE 粒子的輻射粒子的輻射 LET譜和輻射量對(duì)深入開展輻射生物學(xué)研究和譜和輻射量對(duì)深入開展輻射生物學(xué)研究和其它輻射危害研究非常有價(jià)值。其它輻射危害研究非常有價(jià)值。 圖圖7和圖和圖8分別分別為為Matroshka人體模型和它在人體模型和它在ISS倉外的位置；倉外的位置；圖圖9和和圖圖10分別分別給出在給出在Matroshka-1和和Matro

50、shka-2實(shí)驗(yàn)中用實(shí)驗(yàn)中用CR-39探測(cè)器測(cè)量的劑量當(dāng)量的探測(cè)器測(cè)量的劑量當(dāng)量的積分積分LET譜譜 (所有粒子，所有粒子， 10 keV/m water；HZE粒子粒子， 20 keV /m water) 7,16-18。11/18/2012CASNSSC35Figure 7: shows Matroshkatorso and figure 8 showsthe location of Matroshkaexperiments, the facility(encircled) was mountedoutside the Zvezda Module.圖圖7 7：Matroshka Matro

51、shka 人體模型人體模型11/18/2012CASNSSC36圖圖圖8 8：ISS ISS 艙外的艙外的 Matroshka Matroshka 載荷載荷 11/18/2012CASNSSC37圖圖9 9：Matroshka-1 Matroshka-1 劑量當(dāng)量積分劑量當(dāng)量積分LETLET譜譜11/18/2012CASNSSC38圖圖圖1010：Matroshka-2 Matroshka-2 的劑量當(dāng)量的劑量當(dāng)量LETLET譜譜11/18/2012CASNSSC396/1/202239 表表6收集在收集在 Matroshka 實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)中 CR-39 探測(cè)器測(cè)量得到的輻射量。結(jié)果探測(cè)器測(cè)量得

52、到的輻射量。結(jié)果表明：（表明：（1）在前胸和后背（）在前胸和后背（Matroshka人體模型雨披人體模型雨披 1、2、5、6) 處的輻處的輻射幾乎相同，最低的輻射在胃部處；（射幾乎相同，最低的輻射在胃部處；（2）HZE粒子貢獻(xiàn)了重要的輻射，對(duì)粒子貢獻(xiàn)了重要的輻射，對(duì)Matroshka-2實(shí)驗(yàn)，相應(yīng)于參照位置實(shí)驗(yàn)，相應(yīng)于參照位置2、雨披、雨披1、2、5、6處和胃部處，處和胃部處，HZE粒子分別貢獻(xiàn)了總劑量當(dāng)量的粒子分別貢獻(xiàn)了總劑量當(dāng)量的30.3%、30.0%、28.2%、28.7%、27.8%和和25.5%；（；（3）對(duì)高）對(duì)高 LET 區(qū)，區(qū)，ISS 的屏蔽效果很強(qiáng)，在的屏蔽效果很強(qiáng)，在 IS

53、S 內(nèi)部位于雨披內(nèi)部位于雨披1、5、眼和胃處的輻射劑量當(dāng)量相對(duì)于、眼和胃處的輻射劑量當(dāng)量相對(duì)于 ISS 外部分別下降了外部分別下降了50%、43%、27%和和29%。 下圖示出輻射劑量當(dāng)量隨下圖示出輻射劑量當(dāng)量隨 MatroshkaMatroshka 人體模型組織器官位置人體模型組織器官位置( (空間站內(nèi)空間站內(nèi)外的外的 P1, P2, P5, P6, P1, P2, P5, P6, 眼，胃眼，胃) 以及以及 LETLET 值的變化值的變化。 數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)顯示，(1) (1) 國際空間站的飛船壁物質(zhì)及內(nèi)部國際空間站的飛船壁物質(zhì)及內(nèi)部各種各種物質(zhì)對(duì)輻射的衰物質(zhì)對(duì)輻射的衰減屏蔽效果很強(qiáng)，對(duì)位置減

54、屏蔽效果很強(qiáng)，對(duì)位置P1P1，高，高 LETLET 輻射劑量當(dāng)量的衰減大約為輻射劑量當(dāng)量的衰減大約為 50%50%；(2) (2) 低低 LETLET 輻射屏蔽比較容易，高輻射屏蔽比較容易，高 LETLET 輻射輻射屏蔽較難。這也是高輻射輻射屏蔽較難。這也是高 LETLET 輻射輻射在航天輻射中遠(yuǎn)比低在航天輻射中遠(yuǎn)比低 LETLET 輻射重要的一個(gè)原因；輻射重要的一個(gè)原因；(3) (3) 應(yīng)當(dāng)系統(tǒng)開展高應(yīng)當(dāng)系統(tǒng)開展高 LET LET 輻射測(cè)量及輻射損傷輻射效應(yīng)研究輻射測(cè)量及輻射損傷輻射效應(yīng)研究。 在在 ISS 內(nèi)外測(cè)量到的內(nèi)外測(cè)量到的 Matroshka 人體模型仿真器官輻射結(jié)果既可用來人體模

55、型仿真器官輻射結(jié)果既可用來預(yù)測(cè)艙外活動(dòng)預(yù)測(cè)艙外活動(dòng) EVA（Extra Vehicular Activity）的輻射，也可以用于設(shè)計(jì)）的輻射，也可以用于設(shè)計(jì)艙體的屏蔽，還可用來計(jì)算評(píng)估宇航員的生物學(xué)影響和輻射風(fēng)險(xiǎn)。艙體的屏蔽，還可用來計(jì)算評(píng)估宇航員的生物學(xué)影響和輻射風(fēng)險(xiǎn)。11/18/2012CASNSSC40Detector LocationDose Rate (Gy/d)Dose Equi. Rate (Sv/d)Q Factor Matroshka-1Total / HZETotal / HZETotal / HZEPoncho164.472.73/11.951.21762.5632.34

56、/232.5123.6211.830.50/19.461.98Poncho2 55.872.88/ 661.1934.06/ 11.830.61/Poncho558.483.04/11.251.35699.1136.33/214.425.8611.950.62/19.072.30Eye36.002.12/6.290.96461.0026.99/136.0320.8012.800.75/21.633.31Stomach 30.982.02/ 407.2426.31/ 13.140.85/Reference228.491.46/4.910.60349.0917.89/97.8611.9512.25

57、0.63/19.922.43Matroshka-2Poncho132.871.93/6.550.62383.9422.40/115.1610.8611.680.68/17.581.66Poncho232.312.11/5.780.77376.5324.45/106.1714.4811.650.76/18.372.51Poncho533.832.08/6.650.83395.1024.36/113.3814.2111.660.72/17.082.14Poncho632.662.02/5.570.71384.6623.59/107.0313.7711.770.72/19.222.47Eye 27.

58、182.20/ 333.9327.03/ 12.350.99/Stomach23.231.60/3.650.59289.4619.64/73.6811.7812.460.85/20.083.23Reference233.081.74/6.400.71388.3920.68/117.6312.8311.740.63/18.362.00表表6: 利用利用 CR-39 探測(cè)器測(cè)量的探測(cè)器測(cè)量的 Matroshka 實(shí)驗(yàn)輻射量實(shí)驗(yàn)輻射量 ( 10 keV/m water, ICRP 60)11/18/2012CASNSSC41圖：輻射隨仿生組織器官位置及圖：輻射隨仿生組織器官位置及LETLET的變化的

59、變化11/18/2012CASNSSC42423.2.4 我國我國TG-1上的多向粒子探測(cè)結(jié)果上的多向粒子探測(cè)結(jié)果 由我國空間科學(xué)中心研制的由我國空間科學(xué)中心研制的“多向粒子探測(cè)器多向粒子探測(cè)器”隨隨TG-1號(hào)于號(hào)于2011年年9月發(fā)射升月發(fā)射升空，空，對(duì)載人航天軌道上的高能粒子輻射環(huán)境進(jìn)行了精細(xì)測(cè)量，包括質(zhì)子、電子的能譜分對(duì)載人航天軌道上的高能粒子輻射環(huán)境進(jìn)行了精細(xì)測(cè)量，包括質(zhì)子、電子的能譜分布，以及軌道中布，以及軌道中 2 立體角空間的粒子投擲角分布測(cè)量。立體角空間的粒子投擲角分布測(cè)量。 圖圖11示出多向粒子探測(cè)器輪廓，圖示出多向粒子探測(cè)器輪廓，圖12和圖和圖13分別是分別是 SAA 電子

60、電子 ( 200 eV) 和質(zhì)和質(zhì)子子 (1.4 4 MeV) 的探測(cè)結(jié)果：粒子通量與粒子投擲角之間的關(guān)系，其中左右圖分別的探測(cè)結(jié)果：粒子通量與粒子投擲角之間的關(guān)系，其中左右圖分別對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于SAA的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域。數(shù)據(jù)顯示，相應(yīng)于的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域。數(shù)據(jù)顯示，相應(yīng)于SAA中心和邊緣的粒子通量中心和邊緣的粒子通量比值（投擲角比值（投擲角 = 90o) 對(duì)電子和質(zhì)子分別約為對(duì)電子和質(zhì)子分別約為1.9和和2.4。 圖圖11: 多向粒子探測(cè)器圖示多向粒子探測(cè)器圖示11/18/2012CASNSSC43 圖圖12: SAA區(qū)能量區(qū)能量 200keV的電子在的電子在SAA區(qū)的中心和邊緣的投擲角分布