摘要
近年来，随着我国神舟系列载人飞船和天宫空间站等一系列任务的成功，我国已经具备开展更远的行星际载人航天任务的基础，这对于我国乃至世界的意义是重大的。由于缺乏地球磁场的保护，宇航员在进行深空探测任务时将不可避免地会受到宇宙线的辐射作用。因此，在执行载人航天任务之前，必须要确定宇航员在飞行任务期间所接受的来自银河宇宙射线造成的辐射剂量，以保障载人航天任务中宇航员在空间辐射环境下的生命安全。为深入研究宇航员体内及其敏感器官所接受的辐射吸收剂量、剂量当量和有效剂量当量等，本文模拟宇航员处于1AU处的辐射环境条件下，结合体内各个敏感器官的剂量学参数以及宇航员的辐射剂量限值评价标准，评估计算其受到的辐射剂量。 本文利用AMS-02数据，基于帕克输运方程和随时间变化的太阳调制模型来计算1AU处的银河宇宙射线能谱，以此提高太阳系外高能宇宙射线对宇航员辐射剂量的计算精度。该模型重现了 2006年7月至2019年10月PAMELA和AMS-02的观测结果。从本文的调制模型和AMS-02能谱计算出的辐射剂量在同一刚度范围中，质子和氦元素造成的剂量在时间依赖性上优于1％，贡献最大的6种银河宇宙射线元素的剂量在7年或8.5年的平均水平为2％。因此，本文的调制模型在重现AMS-02能谱时的误差已在全球范围内降低到(≤)2％的水平，这在宇航员剂量的确定中已经成为次要的误差源。 本文将银河宇宙射线能谱作为输入，根据国际放射防护委员会(ICRP)第110号出版物中构建的人体体素模型，采用了 ICRP60和NASA定义的相对生物学效应因子，分别统计所有对辐射剂量敏感的及需要考虑确定性效应的人体组织或器官，计算宇航员体内关键敏感器官中的吸收剂量、剂量当量和有效剂量当量等参数，并对结果进行分析。13年时间依赖的剂量率分析显示，在太阳极小时(2010年1月)宇航员受到的有效剂量当量为55-58cSv/yr,在太阳极大时(2014年2月)受到的有效剂量当量为26cSv/yr,其中在太阳极小时的有效剂量当量约为在太阳极大时的两倍。因为自屏蔽效应的原因，本文计算的15组敏感器官中，皮肤剂量当量要高于其他14组，且在太阳极小时和太阳极大时的皮肤剂量当量分别比有效剂量当量高出近40％ 至25％。辐射剂量贡献最大的六种元素始终是质子、氦、氧、镁、硅和铁，这六种元素加起来占总贡献的74％以上，其他单个元素的贡献始终是低于5％。性别因素对辐射剂量的计算差别不大，因此本文在计算辐射剂量时对性别进行平均，然后显示两个品质因子。虽然品质因子的选择不影响物理过程，但由NASA定义的品质因子计算出来的剂量当量通常略大于ICRP60定义的品质因子。
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