空间站航天员关键器官辐射剂量学研究

摘要

载人航天是各种航天活动中安全措施要求和标准很高、技术先进程度很高、技术系统最为复杂的航天活动。空间站是一种长期的、技术更加先进的载人航天活动。载人航天活动的快速发展,使得人类可以逐渐地实现十几个小时的太空旅行到长期工作于空间站。对人体关键器官的辐射剂量学研究,不仅对我国长期载人航天活动的深入发展、我国航天能力的提升是必需的,而且对我国航天事业走向深空、持续前进是必不可少的。
　　首先,本文分析了空间站所在近地轨道的辐射场特点,总结归纳了国内外普遍使用的地磁俘获带、宇宙射线模型。基于辐射场模型,得到了空间站所在轨道的捕获带电子、质子和银河宇宙射线GCR粒子谱分布。文章介绍了辐射场粒子与物质的相互作用,文中采用Al材料作为舱体屏蔽材料,选取2g/cm2、5g/cm2、10g/cm2的质量厚度,借助Mulassis一维多层辐射屏蔽仿真程序,计算得到了电子、质子及重离子穿入不同厚度的舱体Al材料,次级电子、γ、核碎片的谱分布。
　　其次,文中详细介绍了数字化人体模型的分类,在人体程式化模型、体素模型和边界表述模型方面,国内外人体模型的特点及发展现状。本文根据中国成年男性数字化人体模型参考值,建立了航天员关键器官(造血器官、皮肤、男性性腺和中枢神经系统)的数学参数化模型。中枢神经系统由脑和脊髓组成,皮肤由1.741mm厚度的圆柱体、软组织等效材料构成,内嵌人体关键器官,其余部分用软组织填充。
　　再次,采用蒙特卡罗Geant4仿真平台将辐射粒子的能谱作为输入,基于本文人体关键器官模型,对捕获带电子、1972年特大太阳质子事件、太阳活动极小年、极大年GCR质子、典型的重离子在人体关键器官中的能量沉积、吸收剂量、当量剂量量参数,进行了模拟计算和数据分析。研究表明,对于捕获带电子和太阳质子事件,男性性腺的吸收剂量和当量剂量大;对于空间辐射高能 GCRs,脊髓和脑中的吸收剂量和当量剂量大,且质子、氦离子对人体关键器官的当量剂量贡献占主要作用;由于 GCR重离子辐射权重因子高,其对人体关键器官的当量剂量贡献和累积效应不可忽视。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

图清单

表清单

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要工作和结构

第二章 空间站舱内外辐射场及模型

2.1概述

2.2地球辐射带

2.3宇宙射线

2.4辐射粒子与物质的相互作用

2.5空间站舱内辐射环境

2.6本章小结

第三章 空间站及人体关键器官模型

3.1空间站舱壁屏蔽材料

3.2航天员关键器官模型

3.3本章小结

第四章 航天员关键器官剂量学

4.1空间粒子辐射输运

4.2 Geant4软件工具包

4.3基于人体模型的参数计算

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2论文创新点

5.3后续工作与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文