宇宙輻射對民航飛行影響

王馨悅

【摘 要】高空大氣環境復雜，高空中的宇宙輻射強度較地面高。宇宙輻射會引起人體不良反應，威脅身體健康。針對當前民用航空發展趨勢，對中高空宇宙輻射強度和影響航線飛行過程中宇宙輻射強度的原因進行分析。通過總結航線飛行的相關數據來研究不同航線的輻射及其可能對飛行人員造成的健康隱患。并根據現行的CCAR-121中的相關規定，研究在當前條件下，航線飛行時宇宙輻射會對飛行人員造成的最不利影響。降低航線上的飛行人員受到宇宙輻射的危害。

【關鍵詞】飛行機組；輻射；健康；民用航空

【Abstract】The environment of high-altitude was complicated，and the space radiation in high-altitude was stronger than that on the surface of earth. The space radiation could lead to adverse reactions and threaten health of flight crew.Based on the developing trend of civil aviation，it analyzed the strength of high-altitude space radiation and the factor that made the strength of space radiation changed during transport. it studied on the space radiation of every appointed airway，which might damage the health of flight crew，by analyzing the data of flight.It studied on the most harmful effect of space radiation， based on the regulation CCAR-121. The harm from space radiation be reduced to the flight crew who flied the radiation intensity airway.

【Key words】Flight crew；Space radiation；Health；Civil aviation

0 前言

地球作為宇宙的一個微小的組成部分，無時無刻不處在宇宙射線的沐浴之下。宇宙射線就是一些帶有穿透能力的微小粒子。這些具有穿透力的微小粒子或來自于遙遠的宇宙，或來自于給予光芒的太陽，或是地球靠自身引力捕獲。它們穿過層層阻礙最終只有極少部分能夠攜帶部分剩余的能量照射在地球表面生活的各種生物的身上。盡管絕大部分的射線已經被阻隔在外，但是地球表面的生物時時刻刻都是處在射線的照射之下。太空環境下，宇宙輻射強度超過人體能夠接受的額范圍，會導致人類無法正常生存。而地面的宇宙輻射卻在人類可以接受的范圍之內，那么處于太空和地面之間的大氣環境中的宇宙輻射強度是否會對人類健康造成威脅，需要進一步的探討。

1 航線飛行的宇宙輻射

宇宙輻射主要包括三種類型：銀河宇宙射線，太陽宇宙射線及地球輻射帶。銀河宇宙射線的帶電粒子具有高能量、低通量特點，其來源為太陽系以外的宇宙空間。太陽宇宙射線是太陽耀斑爆發期間發射出的大量高能量的粒子流，其中絕大部分的粒子為質子。地球磁場捕獲了大量的高能帶電粒子，內輻射帶主要由質子和電子組成，外輻射主要由電子和低能質子組成[1]。

宇宙輻射在到達地球表面的過程中會被大幅削弱。導致宇宙輻射大幅削弱的原因在于，地球表面覆蓋著三層有效的保護層：即電離層、大氣層和地球磁場。宇宙輻射在穿過這三層保護層的過程中會被反射、散射或吸收、以及偏離運動軌跡。對民航飛行階段的輻射強度測量在部分文獻中已經有所涉獵[2]，本文根據文獻中已測定的結果，收集比對不同航線往返過程中的輻射強度數據。

2 輻射強度對比及對人體影響

對于同一條往返航線而言，空中飛行過程中所經過區域的地磁緯度緯度相同，但是通過表1中對比可以看出，其中子劑量率和總劑量率的差別較大。根據表1中的測量值可以得出：巡航期間海拔高度越高，其飛行過程中的中子劑量率和總劑量率越大。

對于同一巡航高度的航線而言，不同航線上的中子劑量率和總劑量率也不相同。表1中安克雷奇-上海及安克雷奇-紐約兩條航線飛行過程中，其巡航高度均為11315米，但是兩條航線的中子劑量率分為別為1.710（mSv/1000h）和1.067（mSv/1000h），兩者相差0.653（mSv/1000h）。兩者的總劑量分別為4.211（mSv/1000h）和2.958（mSv/1000h），兩者相差1.253（mSv/1000h）。中子劑量率和總劑量率相差分別為61%和42%。兩條航線的飛行過程中所處高度一致，因此經比較可得出兩條航線經過的地理位置上的差別是造成輻射強度相差較大的原因。經表1數據比較發現，由于地磁緯度越高地磁場屏蔽外來射線的能力越差，導致高地磁緯度地區的航線將承受更高強度的輻射劑量。由此可知，飛行過程中接收到的中子劑量和總劑量與地磁緯度有關，地磁緯度增高其中子劑量和總劑量隨之增加。

表1中在北京-上海、北京-紐約、安克雷奇-上海及安克雷奇-紐約四條往返航線上飛行的航班上，雖然飛行高度及飛行過程中受到的輻射劑量率不一致，但是其接受到的中子劑量在總劑量中的占比是保持不變的。由此可見，中子劑量在總劑量所占比例與飛行高度并無關聯。根據表1中各個航線的比較，中子劑量占比按高低依次排序為哥本哈根—北京、北京—斯圖哥爾摩、紐約—安克雷奇、北京—紐約、上海—安克雷奇、北京—上海。由排序可以看出，中子劑量所占比例與地磁緯度有關，地磁緯度越高，中子劑量占比有所增加。endprint

輻射對人體的危害分為外照射傷害和內照射傷害。在航線飛行過程中，飛行人員位于航空器內部。航空器為飛行人員提供了外部的保護，使穿透能力弱的射線無法穿透航空器外殼給飛行人員造成傷害。因此在考慮飛行過程中的宇宙輻射影響時，僅考慮能夠穿透航空器外殼的射線帶來的危害。宇宙輻射中的γ射線穿透力極強，可以穿透幾米厚的鉛版。在航線飛行時，會對人體產生外照射性傷害；中子是重子類，其穿透性強，在飛行過程中同樣會對人體產生外照射性傷害。通過上文輻射劑量率的對比，可以發現，高度、地磁緯度越高其中子劑量率越高，對人體造成的危害也就越大。制定航班過程中應考慮高高度、高地磁緯度航線對人體造成的輻射傷害。

3 討論

對于人體來說，根據接受到劑量的多少可以分為確定性效應和非確定性效應。超過一定閾值的輻射劑量會對人體產生確定性效應，并且吸收劑量超過此閾值后會導致多種病變。目前能夠確定的病變包括：白內障、皮膚灼傷、造血抑制、骨髓綜合癥、腸道綜合癥及放射性肺炎等器官損傷[3]。還會造成人體免疫功能下降，多種類型的DNA分子損傷、遺傳效應及心理效應等不良影響[4]。輻射已經確定為是致癌的確定因素[5]，且癌癥潛伏期長，對健康危害性極大并難以治愈。為此，需要針對航線上宇宙輻射可能對人體造成的危害進行討論。

經測定，10KM以上的高空其輻射強度是地面的100多倍[6]，且通過表1得出結論可以發現，高度越高其輻射劑量率也增強。根據飛行過程中飛行人員受到輻射強度，國際輻射防護委員會已經將渦噴飛行人員受到的宇宙輻射照射劃分為職業受照。國際輻射防護委員會建議五年內飛行人員受到平均輻射劑量限值為20mSv/year，超過此限值會對飛行人員的身體健康造成比較顯著的負面影響。同時，國際輻射防護委員為確保公眾的身體健康，建議五年內公眾受到平均輻射劑量限值為1mSv/year。此閾值明顯遠低于職業受照人群的輻射劑量限值。從對人體傷害角度出發，超出國際輻射防護委員會規定的公眾受照限值范圍的輻射，即為過量輻射。超過公眾受照限值的輻射劑量會對人體健康造成隱患。因此，需要對飛行人員在飛行過程受到的宇宙輻射強度，將飛行人員可能受到的輻射傷害降低。

研究表明，公眾受到自然本底的輻射劑量平均為2.4mSv/year[3]，飛行人員年平均受到輻射劑量需在自然本底基礎上加上飛行過程中受到的附加輻射劑量。可以此計算在輻射劑量限值范圍內的最大飛行小時。

T（max）=[E（l）-e（n）]/d （1）

其中T（max）為最大飛行小時數，E（l）為輻射劑量限值，e（n）為自然本底輻射劑量，d為輻射劑量率。

以輻射劑量最大的北京-紐約航線為例，其輻射率為7.827Sv/1000h，自然本底為2.4Sv/year。為保證飛行人員受到輻射劑量在飛行人員輻射劑量限值范圍內，即20mSv/year范圍內，經計算得到飛行人員年飛行小時數不應超過2，249小時。若飛行高度、航線的地磁緯度增大則飛行過程中受到的輻射劑量也會增大。由此可見，為保證飛行人員受到的輻射劑量在閾值范圍內，高地磁緯度緯度、高海拔的航線年運行小時數時間應相應減少。

CCAR121規章中規定大型飛機公共航空運輸飛行機飛行人員的飛行時間：飛行機組成員的年執勤時間不得超過1000小時；客艙乘務員的年執勤時間不得超過1200小時。按照規章安排飛行人員執勤，可以保證飛行人員受到的輻射劑量在可幾首的范圍內。但是根據規章要求，客艙乘務人員可執勤時間高于飛行機組成員。從而客艙乘務人員在航線飛行中受到的輻射劑量將高于飛行機組成員，導致宇宙輻射對客艙乘務人員的影響也更大。

由于高度對輻射劑量率的影響很大，巡航階段海拔位置較高，是受到輻射劑量集中的階段。對于國內航線而言，我國國內航線的航程一般較短，巡航時間一般在90分鐘以內，受到的輻射劑量有限。且我國國土范圍雖然跨越了較大的經緯度，但是整體位于地磁緯度偏低的位置，因此國內航線受到的中子輻射劑量和總輻射劑量率都較低。在法規規定的執勤時間內，執行國內航線的飛行人員受到的年輻射劑量不會超出國際輻射防護委員會為飛行人員規定閾值范圍。反之，國際航線，尤其是高地磁緯度的航線，其受到的輻射劑量較高，其中中子輻射劑量所占比值也較大。對飛行人員的身體傷害也會隨之增強。

3 結論

由上文可得出結論，我國飛行人員按照121規章的執勤時間執行航班飛行時不會造成輻射事故，但是飛行人員受到的輻射劑量遠高于正常居民受到的輻射劑量，對身體健康有負面影響。且執行高地磁緯度地區的國際航班受到的輻射危害大于國內航班。為減少飛行人員在執勤過程中累積受到的輻射劑量，可以考慮為飛行人員尤其是客艙乘務員安排國際和國內混合的航線執勤計劃。

【參考文獻】

[1]容超凡，陳軍，王志.空間輻射劑量學淺談[J].輻射防護通訊，2004，24（1）：5-10

[2]葛盛秋，溫靜，王其亮，等.民航飛機座艙中宇宙輻射中子劑量與飛行高度和地磁緯度關系探討[J].中華航空航天醫學雜志，1998，9（3）.

[3]周平坤.核輻射對人體的生物學危害及醫學防護基本原則[J].首都醫科大學學報，2011，32（2）：171-176.

[4]Kennedy AR，Todd P.Biological countermeasures in space radiation health Gravitat Space[J].Biol Bull，2003，16（2）：37-44.

[5]周平坤，霍艷英，吳德昌.輻射致癌效應與機制[J].輻射防護通訊，2007，27（1）：7-12.

[6]RVINE D，DAVIES DM.British airway flight deck mortality study.1950-1992[J]. Aviat Space Environ Mde，1999，70（6）：548-555.

[責任編輯：田吉捷]endprint