空間輻射防護(hù)技術(shù)課程內(nèi)容探索與設(shè)計(jì)

劉云鵬　湯曉斌　龔頻　陳飛達(dá)

[摘 要] 空間輻射防護(hù)技術(shù)課程重點(diǎn)圍繞空間輻射環(huán)境、載人航天期間的空間電離輻射防護(hù)和監(jiān)測(cè)、材料與器件的抗輻射加固技術(shù)等方面進(jìn)行教學(xué)。該課程有助于完備核工程與核技術(shù)以及輻射防護(hù)和核安全的專業(yè)教學(xué)。著重對(duì)空間輻射防護(hù)技術(shù)課程的必要性以及課程內(nèi)容進(jìn)行探索與設(shè)計(jì)。

[關(guān) 鍵 詞] 空間輻射環(huán)境；載人航天；抗輻射加固

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2016）28-0163-01

一、引言

當(dāng)前，各國(guó)的航天活動(dòng)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的景象，各國(guó)相繼制定或調(diào)整航天發(fā)展戰(zhàn)略、發(fā)展規(guī)劃和發(fā)展目標(biāo)，航天事業(yè)在國(guó)家整體發(fā)展戰(zhàn)略中的地位與作用日益突出，航天活動(dòng)對(duì)人類文明和社會(huì)進(jìn)步的影響進(jìn)一步增強(qiáng)。人類開(kāi)展航天活動(dòng)必然面臨復(fù)雜、惡劣的空間環(huán)境?？臻g環(huán)境是指航天器在軌道上運(yùn)行時(shí)所遇到的自然環(huán)境和人為環(huán)境，包括：熱真空、電磁輻射、高能粒子輻射、等離子體、微流星體、空間碎片、行星大氣、磁場(chǎng)和引力場(chǎng)等。

空間輻射環(huán)境及其效應(yīng)對(duì)航天員、航天器材料及器件等均存在潛在危害，為保證系統(tǒng)在輻射環(huán)境中具有較強(qiáng)的抗輻射損傷能力，并確保可靠完成規(guī)定任務(wù)，空間輻射防護(hù)已成為支撐航天活動(dòng)順利實(shí)施的重要學(xué)科之一。因此，開(kāi)展空間輻射防護(hù)技術(shù)的教學(xué)工作勢(shì)在必行。人類的航天活動(dòng)已經(jīng)開(kāi)展了近六十年，但在空間輻射防護(hù)方面還知之甚少，因此，亟須培養(yǎng)該方面的人才。核科學(xué)旨在研究各種環(huán)境粒子與物質(zhì)的相互作用機(jī)理及產(chǎn)生的效應(yīng)，并利用這些機(jī)理和效應(yīng)開(kāi)展教學(xué)與研究。空間環(huán)境作為重要的輻射環(huán)境之一，是核學(xué)科必須開(kāi)展的教學(xué)內(nèi)容。因此，在進(jìn)行核工程、核技術(shù)、輻射防護(hù)與核安全專業(yè)方面的課程設(shè)計(jì)時(shí)，需要將空間輻射防護(hù)技術(shù)列為其專業(yè)必修課或選修課。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外空間輻射防護(hù)技術(shù)相關(guān)資料進(jìn)行檢索，可以發(fā)現(xiàn)，該方面并沒(méi)有合適的教材可選用，因此亟須開(kāi)展空間輻射防護(hù)技術(shù)課程內(nèi)容的探索與設(shè)計(jì)。空間輻射環(huán)境主要是對(duì)人及航天器材料與器件造成威脅，空間輻射防護(hù)技術(shù)課程內(nèi)容需要涉及載人航空的輻射防護(hù)與監(jiān)測(cè)、空間抗輻射加固技術(shù)兩大塊內(nèi)容。本文將分三部分內(nèi)容進(jìn)行空間輻射防護(hù)技術(shù)課程內(nèi)容的探索與設(shè)計(jì)。

二、課程內(nèi)容的探索與設(shè)計(jì)

（一）課程緒論介紹

空間輻射防護(hù)技術(shù)課程旨在讓學(xué)生了解并掌握載人航空的輻射防護(hù)技術(shù)與監(jiān)測(cè)手段以及空間抗輻射加固技術(shù)。首先，介紹什么是空間輻射防護(hù)技術(shù)，為什么要設(shè)置這樣一門(mén)課程，讓學(xué)生明確該課程主要任務(wù)或目的。其次，對(duì)空間輻射環(huán)境類型做整體介紹。第三，概括性地介紹空間輻射環(huán)境對(duì)載人航天的輻射危險(xiǎn)，涉及空間輻射生物學(xué)效應(yīng)，航天員的輻射安全保障以及星際載人航天的輻射危險(xiǎn)與防護(hù)。第四，概括性地介紹空間輻射損傷機(jī)制以及幾種典型的輻射效應(yīng)，包括單粒子效應(yīng)、電離總劑量效應(yīng)、表面充放電效應(yīng)、位移損傷效應(yīng)等。

（二）載人航空的輻射防護(hù)與監(jiān)測(cè)

講解空間輻射劑量學(xué)及生物學(xué)效應(yīng)，包括空間輻射劑量學(xué)的涉及量和單位、空間輻射劑量的主動(dòng)與被動(dòng)測(cè)量方法、空間輻射的生物學(xué)效應(yīng)特點(diǎn)、空間輻射生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。詳細(xì)講述空間輻射防護(hù)的劑量預(yù)估方法，包括空間輻射劑量預(yù)估的概念、空間電離輻射環(huán)境模型、人體組織劑量的計(jì)算。重點(diǎn)闡述載人航天的輻射防護(hù)知識(shí)，包括輻射防護(hù)的發(fā)展概況、危險(xiǎn)分析與輻射防護(hù)、載人航天的輻射劑量限值、空間輻射防護(hù)方法、星際飛行的輻射防護(hù)以及載人航天輻射防護(hù)的實(shí)施。了解載人航天的輻射劑量監(jiān)測(cè)，涉及載人航天的輻射監(jiān)測(cè)要求、載人航天的輻射監(jiān)測(cè)裝備、航天期間測(cè)量的輻射劑量等。簡(jiǎn)單講述空間環(huán)境中的非電離輻射知識(shí)。

（三）空間抗輻射加固技術(shù)

課程內(nèi)容應(yīng)明確空間抗輻射加固技術(shù)的定義以及設(shè)計(jì)流程。該部分應(yīng)較全面、系統(tǒng)地介紹抗輻射加固的基本理論、方法和典型應(yīng)用，重點(diǎn)圍繞空間輻射環(huán)境下的輻射效應(yīng)及抗輻射設(shè)計(jì)，詳細(xì)講授輻照試驗(yàn)、抗輻射設(shè)計(jì)、輻射加固保證以及MOS工藝器件、二極管、雙晶體管、FPGA等典型器件的輻射損傷機(jī)制和輻射損傷效應(yīng)。

三、結(jié)論

空間輻射防護(hù)技術(shù)重點(diǎn)圍繞空間輻射環(huán)境、載人航天期間的空間電離輻射防護(hù)和監(jiān)測(cè)、材料與器件的抗輻射加固技術(shù)等方面進(jìn)行教學(xué)。該課程將有助于本科生學(xué)生了解載人航天輻射防護(hù)與監(jiān)測(cè)技術(shù)、空間抗輻射加固技術(shù)等領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)。

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