宇宙輻射對(duì)民航飛行影響

王馨悅

【摘 要】高空大氣環(huán)境復(fù)雜，高空中的宇宙輻射強(qiáng)度較地面高。宇宙輻射會(huì)引起人體不良反應(yīng)，威脅身體健康。針對(duì)當(dāng)前民用航空發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)中高空宇宙輻射強(qiáng)度和影響航線飛行過(guò)程中宇宙輻射強(qiáng)度的原因進(jìn)行分析。通過(guò)總結(jié)航線飛行的相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)研究不同航線的輻射及其可能對(duì)飛行人員造成的健康隱患。并根據(jù)現(xiàn)行的CCAR-121中的相關(guān)規(guī)定，研究在當(dāng)前條件下，航線飛行時(shí)宇宙輻射會(huì)對(duì)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(guān)鍵詞】飛行機(jī)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(gè)微小的組成部分，無(wú)時(shí)無(wú)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(lái)自于遙遠(yuǎn)的宇宙，或來(lái)自于給予光芒的太陽(yáng)，或是地球靠自身引力捕獲。它們穿過(guò)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(jīng)被阻隔在外，但是地球表面的生物時(shí)時(shí)刻刻都是處在射線的照射之下。太空環(huán)境下，宇宙輻射強(qiáng)度超過(guò)人體能夠接受的額范圍，會(huì)導(dǎo)致人類無(wú)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(nèi)，那么處于太空和地面之間的大氣環(huán)境中的宇宙輻射強(qiáng)度是否會(huì)對(duì)人類健康造成威脅，需要進(jìn)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(yáng)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(diǎn)，其來(lái)源為太陽(yáng)系以外的宇宙空間。太陽(yáng)宇宙射線是太陽(yáng)耀斑爆發(fā)期間發(fā)射出的大量高能量的粒子流，其中絕大部分的粒子為質(zhì)子。地球磁場(chǎng)捕獲了大量的高能帶電粒子，內(nèi)輻射帶主要由質(zhì)子和電子組成，外輻射主要由電子和低能質(zhì)子組成[1]。

宇宙輻射在到達(dá)地球表面的過(guò)程中會(huì)被大幅削弱。導(dǎo)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(hù)層：即電離層、大氣層和地球磁場(chǎng)。宇宙輻射在穿過(guò)這三層保護(hù)層的過(guò)程中會(huì)被反射、散射或吸收、以及偏離運(yùn)動(dòng)軌跡。對(duì)民航飛行階段的輻射強(qiáng)度測(cè)量在部分文獻(xiàn)中已經(jīng)有所涉獵[2]，本文根據(jù)文獻(xiàn)中已測(cè)定的結(jié)果，收集比對(duì)不同航線往返過(guò)程中的輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

2 輻射強(qiáng)度對(duì)比及對(duì)人體影響

對(duì)于同一條往返航線而言，空中飛行過(guò)程中所經(jīng)過(guò)區(qū)域的地磁緯度緯度相同，但是通過(guò)表1中對(duì)比可以看出，其中子劑量率和總劑量率的差別較大。根據(jù)表1中的測(cè)量值可以得出：巡航期間海拔高度越高，其飛行過(guò)程中的中子劑量率和總劑量率越大。

對(duì)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(guò)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(guò)程中所處高度一致，因此經(jīng)比較可得出兩條航線經(jīng)過(guò)的地理位置上的差別是造成輻射強(qiáng)度相差較大的原因。經(jīng)表1數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，由于地磁緯度越高地磁場(chǎng)屏蔽外來(lái)射線的能力越差，導(dǎo)致高地磁緯度地區(qū)的航線將承受更高強(qiáng)度的輻射劑量。由此可知，飛行過(guò)程中接收到的中子劑量和總劑量與地磁緯度有關(guān)，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(guò)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(jiàn)，中子劑量在總劑量所占比例與飛行高度并無(wú)關(guān)聯(lián)。根據(jù)表1中各個(gè)航線的比較，中子劑量占比按高低依次排序?yàn)楦绫竟本⒈本箞D哥爾摩、紐約—安克雷奇、北京—紐約、上?！部死灼妗⒈本虾?。由排序可以看出，中子劑量所占比例與地磁緯度有關(guān)，地磁緯度越高，中子劑量占比有所增加。endprint

輻射對(duì)人體的危害分為外照射傷害和內(nèi)照射傷害。在航線飛行過(guò)程中，飛行人員位于航空器內(nèi)部。航空器為飛行人員提供了外部的保護(hù)，使穿透能力弱的射線無(wú)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(guò)程中的宇宙輻射影響時(shí)，僅考慮能夠穿透航空器外殼的射線帶來(lái)的危害。宇宙輻射中的γ射線穿透力極強(qiáng)，可以穿透幾米厚的鉛版。在航線飛行時(shí)，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生外照射性傷害；中子是重子類，其穿透性強(qiáng)，在飛行過(guò)程中同樣會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生外照射性傷害。通過(guò)上文輻射劑量率的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，高度、地磁緯度越高其中子劑量率越高，對(duì)人體造成的危害也就越大。制定航班過(guò)程中應(yīng)考慮高高度、高地磁緯度航線對(duì)人體造成的輻射傷害。

3 討論

對(duì)于人體來(lái)說(shuō)，根據(jù)接受到劑量的多少可以分為確定性效應(yīng)和非確定性效應(yīng)。超過(guò)一定閾值的輻射劑量會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生確定性效應(yīng)，并且吸收劑量超過(guò)此閾值后會(huì)導(dǎo)致多種病變。目前能夠確定的病變包括：白內(nèi)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(huì)造成人體免疫功能下降，多種類型的DNA分子損傷、遺傳效應(yīng)及心理效應(yīng)等不良影響[4]。輻射已經(jīng)確定為是致癌的確定因素[5]，且癌癥潛伏期長(zhǎng)，對(duì)健康危害性極大并難以治愈。為此，需要針對(duì)航線上宇宙輻射可能對(duì)人體造成的危害進(jìn)行討論。

經(jīng)測(cè)定，10KM以上的高空其輻射強(qiáng)度是地面的100多倍[6]，且通過(guò)表1得出結(jié)論可以發(fā)現(xiàn)，高度越高其輻射劑量率也增強(qiáng)。根據(jù)飛行過(guò)程中飛行人員受到輻射強(qiáng)度，國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)已經(jīng)將渦噴飛行人員受到的宇宙輻射照射劃分為職業(yè)受照。國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)建議五年內(nèi)飛行人員受到平均輻射劑量限值為20mSv/year，超過(guò)此限值會(huì)對(duì)飛行人員的身體健康造成比較顯著的負(fù)面影響。同時(shí)，國(guó)際輻射防護(hù)委員為確保公眾的身體健康，建議五年內(nèi)公眾受到平均輻射劑量限值為1mSv/year。此閾值明顯遠(yuǎn)低于職業(yè)受照人群的輻射劑量限值。從對(duì)人體傷害角度出發(fā)，超出國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)規(guī)定的公眾受照限值范圍的輻射，即為過(guò)量輻射。超過(guò)公眾受照限值的輻射劑量會(huì)對(duì)人體健康造成隱患。因此，需要對(duì)飛行人員在飛行過(guò)程受到的宇宙輻射強(qiáng)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(chǔ)上加上飛行過(guò)程中受到的附加輻射劑量?？梢源擞?jì)算在輻射劑量限值范圍內(nèi)的最大飛行小時(shí)。

T（max）=[E（l）-e（n）]/d （1）

其中T（max）為最大飛行小時(shí)數(shù)，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(nèi)，即20mSv/year范圍內(nèi)，經(jīng)計(jì)算得到飛行人員年飛行小時(shí)數(shù)不應(yīng)超過(guò)2，249小時(shí)。若飛行高度、航線的地磁緯度增大則飛行過(guò)程中受到的輻射劑量也會(huì)增大。由此可見(jiàn)，為保證飛行人員受到的輻射劑量在閾值范圍內(nèi)，高地磁緯度緯度、高海拔的航線年運(yùn)行小時(shí)數(shù)時(shí)間應(yīng)相應(yīng)減少。

CCAR121規(guī)章中規(guī)定大型飛機(jī)公共航空運(yùn)輸飛行機(jī)飛行人員的飛行時(shí)間：飛行機(jī)組成員的年執(zhí)勤時(shí)間不得超過(guò)1000小時(shí)；客艙乘務(wù)員的年執(zhí)勤時(shí)間不得超過(guò)1200小時(shí)。按照規(guī)章安排飛行人員執(zhí)勤，可以保證飛行人員受到的輻射劑量在可幾首的范圍內(nèi)。但是根據(jù)規(guī)章要求，客艙乘務(wù)人員可執(zhí)勤時(shí)間高于飛行機(jī)組成員。從而客艙乘務(wù)人員在航線飛行中受到的輻射劑量將高于飛行機(jī)組成員，導(dǎo)致宇宙輻射對(duì)客艙乘務(wù)人員的影響也更大。

由于高度對(duì)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(duì)于國(guó)內(nèi)航線而言，我國(guó)國(guó)內(nèi)航線的航程一般較短，巡航時(shí)間一般在90分鐘以內(nèi)，受到的輻射劑量有限。且我國(guó)國(guó)土范圍雖然跨越了較大的經(jīng)緯度，但是整體位于地磁緯度偏低的位置，因此國(guó)內(nèi)航線受到的中子輻射劑量和總輻射劑量率都較低。在法規(guī)規(guī)定的執(zhí)勤時(shí)間內(nèi)，執(zhí)行國(guó)內(nèi)航線的飛行人員受到的年輻射劑量不會(huì)超出國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)為飛行人員規(guī)定閾值范圍。反之，國(guó)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(duì)飛行人員的身體傷害也會(huì)隨之增強(qiáng)。

3 結(jié)論

由上文可得出結(jié)論，我國(guó)飛行人員按照121規(guī)章的執(zhí)勤時(shí)間執(zhí)行航班飛行時(shí)不會(huì)造成輻射事故，但是飛行人員受到的輻射劑量遠(yuǎn)高于正常居民受到的輻射劑量，對(duì)身體健康有負(fù)面影響。且執(zhí)行高地磁緯度地區(qū)的國(guó)際航班受到的輻射危害大于國(guó)內(nèi)航班。為減少飛行人員在執(zhí)勤過(guò)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(wù)員安排國(guó)際和國(guó)內(nèi)混合的航線執(zhí)勤計(jì)劃。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]endprint