宇航員面臨的宇宙輻射

鐘建業(yè)　劉峭麗

宇宙輻射是宇航員在空間飛行中，無法避免的問題之一，也是他們所遇到的最危險的一個問題。

宇航員在低地球軌道會遇到各種不同形式的宇宙輻射，其強度都比在地球上要高50倍。美國航天飛機及俄羅斯的“和平號”空間站的全體人員所遭受的強烈輻射，包括中子、電磁輻射(X射線和γ射線)和諸如其它元素的質(zhì)子、原子核之類的各種帶電粒子的輻射。也許帶電粒子由于其獨特的貫穿特性而最難以對付，但所有宇宙輻射都會在生物的細(xì)胞和組織里引起病態(tài)變化。所以，在軌道飛行任務(wù)中輻射危害還不是主要問題，國際空間站和未來的火星飛行任務(wù)中的全體人員，可能會受到巨大的放射生物學(xué)方面的危害。

宇宙空間的輻射環(huán)境

1.太陽粒子活動和太陽宇宙射線產(chǎn)生的輻射主要由太陽風(fēng)暴期間釋放出的帶電粒子云構(gòu)成，這種輻射是所有輻射類型中最難以預(yù)測的。例如，太陽粒子活動能產(chǎn)生高流量的電子和質(zhì)子，偶爾還能產(chǎn)生一些較重的離子，有時可保持?jǐn)?shù)天。

2.銀河系的宇宙輻射這些輻射來自太陽系以外，由能量非常高的帶電粒子構(gòu)成。它們與星際磁場相互作用，因此，在太陽活動期流量增加。對這類輻射采取結(jié)構(gòu)性防護是完全無效的。

3.地磁俘獲的輻射這類輻射主要由質(zhì)子構(gòu)成，貫穿力相當(dāng)?shù)停┎煌赣钪骘w船的殼體，也穿不透防護層。這種輻射高度集中在南大西洋上空。

幸運的是,地球上的人受到了兩重保護，從而可避免上述輻射的傷害。外保護層被稱為范·艾倫粒子帶，它是由質(zhì)子和電子所形成的高能粒子區(qū)域。這些質(zhì)子和電子由地球磁場俘獲，然后隨力的作用線來回地盤旋升降。

大氣層是第二個保護層。它的外層是電離層,可將一些粒子輻射反射回宇宙空間，其里面一層或俘獲一些粒子，或通過與氣體原子相碰撞，減弱了它們的能量。

宇航員的輻射限量

無論何人受到的輻射量都是有限制的，否則就會危及生命安全。生活在地球上的人年平均輻射劑量大約為2.5毫希沃特（劑量當(dāng)量的單位）。地球上職業(yè)性地暴露在輻射環(huán)境的人所受到的年輻射限量為20～50毫希沃特。美國宇航局所規(guī)定的空間飛行的年最大輻射限量為500毫希沃特。美國航天局所規(guī)定的不同年齡和性別的人的職業(yè)性輻射限量為1～4希沃特。研究表明：宇航員在“和平號”空間站上度過6個月所受到的輻射量為150毫希沃特。

前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：宇航員一年所受的輻射量在0.665希沃特以內(nèi)，但每三年不能超過1.625希沃特。

雖然美國航天醫(yī)學(xué)科學(xué)委員會已提出過輻射限量，或許人們會認(rèn)為，為宇航員所制定的輻射標(biāo)準(zhǔn)比核工廠的工人所受的最大輻射值還要大。但是，由于微重力和銀河系的長期宇宙輻射所產(chǎn)生的影響目前還弄不清，恐怕這個輻射限量還會被突破。

對宇航員造成的生物學(xué)方面的危害

輻射到人體組織里的能量，將引起人體細(xì)胞或脫氧核糖酸的微觀變化。這種分子的損害可能造成病變，而這種病變最終不僅可能引起活性細(xì)胞的減少和變異，甚至可能改變遺傳因子。如果輻射不是太嚴(yán)重，那么新細(xì)胞的生成通常可以彌補損失，但對神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞來說就不是這樣了。長期輻射，例如像未來的火星乘員所要經(jīng)歷的情況，可能使宇航員因身體受到損害而無法恢復(fù)。

空間飛行所遇到的另一個危害領(lǐng)域被稱為EVA，是由高能粒子引起的。在受其侵襲期間，通常由各種材料和宇宙飛船的壁所提供的有效保護是不夠的，即使是在很短的時間內(nèi)宇航員也會受到損害。因此，必須對遭受高能粒子襲擊的宇航員，在生物學(xué)方面引起的損害進行評估。

俄羅斯“和平”號空間站和美國航天飛機輻射量的監(jiān)測

隨著人類空間活動的增多，空間站時代即將到來，為制定輻射保護條例，必須從放射生物學(xué)方面制定適當(dāng)?shù)姆派鋭┝繕?biāo)準(zhǔn)。

為了研究輻射對航天機組成員的生理系統(tǒng)產(chǎn)生的傷害，在“和平”號空間站和航天飛機上一直裝備著各種各樣的檢測設(shè)備。這些檢測設(shè)備的測量結(jié)果各不相同，它取決于諸多因素，例如軌道的高度和傾角、相對太陽的位置、測量設(shè)備在航天器中的位置，以及儲藏在航天飛機內(nèi)的可消耗物質(zhì)，特別是水的數(shù)量。“和平”號空間站裝備的保加利亞－俄羅斯研制的輻射劑量計，從1988年開始就一直在空間站使用，被用于測量貫穿粒子的劑量和流量。

1992年8月初，一種名為“腦希卡”的新的放射劑量測定系統(tǒng)開始在“和平”號空間站上使用。它是由法國制造的一種能量轉(zhuǎn)換光譜儀，能實時測量輻射的劑量、等級等。它還是一個能測量低氣壓狀態(tài)下細(xì)胞組織的計量儀器。“和平”號空間站還裝載其它探測器，例如氧化鋰熱發(fā)光探測器，它被用于測量輻射區(qū)稀有離子的作用。

航天飛機上裝備的輻射能測量望遠(yuǎn)鏡在其STS－76飛行中首次被使用。它是一種精密儀器，內(nèi)部裝有數(shù)據(jù)管理部件，用于粒子計數(shù)和劑量評定。

關(guān)于宇航員健康的跟蹤研究

美國宇航局對宇航員所受的輻射進行監(jiān)控，所有的宇航員均由約翰遜航天飛行中心的飛行醫(yī)學(xué)診所提供醫(yī)療護理，并且通過宇航員健康的跟蹤研究，掌握宇航員患病的發(fā)生率。按照這個計劃，用來做比較的人選，從那些每年在約翰遜航天飛行中心作身體檢查的民航雇員中選出，他們象宇航員那樣以同樣的方式被跟蹤檢查。研究表明：宇航員當(dāng)中癌癥發(fā)生率與普通人是相似的。不過，當(dāng)進行較長的飛行任務(wù)時，宇航員受輻射量將增加，也許現(xiàn)在身體狀況正常的，將來就不再正常。

（鐘建業(yè)劉峭麗）