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“坐飛機(jī)會(huì)受到輻射嗎？”這是很多人都很關(guān)心的問題，目前大多數(shù)國(guó)家都將空勤人員列入職業(yè)受照人群進(jìn)行輻射劑量管理，航空輻射劑量的大小除了與航線有關(guān)外，也與空間天氣的狀況有關(guān)，本文將分析航空輻射產(chǎn)生的原因，以及空間天氣對(duì)航空輻射的影響。

早在1911年，奧地利物理學(xué)家赫斯（Hess，1883-1964年）就通過探空氣球發(fā)現(xiàn)了宇宙射線。但宇宙射線對(duì)航空飛行人員的影響一直缺乏系統(tǒng)的研究，直到1991年，國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)（ICRP）建議將空勤人員列入職業(yè)受照人群，這一問題才引起重視。

2002年6月1日, 我國(guó)頒布實(shí)施了《空勤人員宇宙輻射控制標(biāo)準(zhǔn)》，其中規(guī)定：空勤人員職業(yè)照射有效劑量不得超過20mSv/年, 女性空勤人員從發(fā)現(xiàn)妊娠之日起，在孕期余下的時(shí)間內(nèi)應(yīng)采取補(bǔ)充的控制措施，使其腹部表面（下軀干）累積接受的劑量不超過1mSv。

航空輻射是由宇宙射線造成的，宇宙射線包括來自太陽系以外的銀河宇宙線和太陽爆發(fā)產(chǎn)生的太陽宇宙線（也稱為太陽質(zhì)子事件）。宇宙射線中的粒子被稱為初級(jí)粒子，主要是質(zhì)子、少量的氦和極少的其它重核離子。由于地球覆蓋著厚厚的大氣，初級(jí)粒子撞擊大氣的原子核后產(chǎn)生一些質(zhì)子、中子、輕子及光子（γ 射線）。這些次級(jí)粒子再重復(fù)作用產(chǎn)生更多次級(jí)粒子，直到平均能量等于某些臨界值，次級(jí)粒子的數(shù)目達(dá)到最大值，在此之后粒子逐漸衰變或被大氣吸收，使次級(jí)粒子的數(shù)目逐漸下降，這種反應(yīng)稱為“空氣簇射”。航空飛行高度的輻射劑量主要是由次級(jí)粒子產(chǎn)生，其中中子產(chǎn)生的劑量占總劑量的50%以上。

圖1  宇宙射線進(jìn)入大氣層引起“空氣簇射”示意圖

（圖片來自https://phys.org/newman/gfx/news/hires/15-scientistspr.jpg）

宇宙輻射劑量的大小首先是跟高度有關(guān)，在海平面高度宇宙輻射產(chǎn)生的劑量大約為0.03μSv/h（注：1mSv＝1000μSv），大概占地面天然輻射劑量的15%（其余由巖石、土壤、空氣等所含的放射性物質(zhì)產(chǎn)生）。而在8～12km的航空飛行高度，宇宙輻射劑量達(dá)到1～6μSv/h。協(xié)和號(hào)超音速飛機(jī)的巡航高度為18000米，幾乎是普通飛機(jī)的2倍，它受到的宇宙輻射劑量是普通飛機(jī)的2～3倍。

圖2  協(xié)和號(hào)超音速飛機(jī)

（圖片來自http://a1.att.hudong.com/40/19/01300000244643122567192664556.jpg）

由于宇宙射線的成份主要是帶電粒子，它們必然要受到地球磁場(chǎng)的影響而向兩極方向偏移，所以赤道附近的宇宙射線強(qiáng)度較兩極低，相同高度極區(qū)的輻射強(qiáng)度比赤道處大約高一倍以上。，因此穿越和靠近極區(qū)的航線上受到的輻射劑量相對(duì)較高。

航空輻射除了與航線有關(guān)外，還與空間天氣的狀況有關(guān)，太陽爆發(fā)引起的地面宇宙線增強(qiáng)事件會(huì)導(dǎo)致航空輻射的突然增強(qiáng)，而長(zhǎng)期的航空輻射變化則與太陽活動(dòng)水平有關(guān)。

地面宇宙線增強(qiáng)事件（GLE）經(jīng)常發(fā)生在強(qiáng)太陽爆發(fā)活動(dòng)期間，GLE事件發(fā)生時(shí)，分布在全球的地面宇宙線觀測(cè)站會(huì)同時(shí)觀測(cè)到宇宙線強(qiáng)度突然增強(qiáng)的現(xiàn)象。GLE事件是由太陽質(zhì)子事件引起的，大多數(shù)太陽質(zhì)子事件中高能粒子的最高能量在500MeV以下，地面的宇宙臺(tái)站幾乎觀測(cè)不到響應(yīng)，對(duì)航空高度輻射環(huán)境的影響也很小，只有個(gè)別事件的粒子中包含較多能量超過500MeV的高能粒子，才會(huì)引起GLE事件。

圖3  2005年1月20日的GLE事件

人類有觀測(cè)以來，最強(qiáng)的GLE事件發(fā)生在1956年2月23日，根據(jù)估算，該事件期間乘坐一次從巴黎飛往舊金山的航班受到的輻射劑量為3mSv，差不多是正常情況下劑量的50倍，最近一次強(qiáng)GLE事件發(fā)生在2005年1月20日，該事件是1956年之后近50年內(nèi)最強(qiáng)的一次，根據(jù)文獻(xiàn)給出的估計(jì)，該事件期間巴黎飛往舊金山航線上受到的劑量為0.36mSv。而人類已知的最強(qiáng)太陽高能粒子爆發(fā)事件是發(fā)生在1856年的卡林頓事件，據(jù)估算該事件期間一架普通商業(yè)客機(jī)飛越極地8小時(shí)旅行受到的劑量將達(dá)到20mSv，該劑量是ICRP建議普通公眾每天暴露于輻射的劑量限值的20倍。

強(qiáng)GLE事件只是小概率事件，在太陽平靜期間，航空輻射主要來自銀河宇宙線的貢獻(xiàn)。銀河宇宙線來自太陽系以外，它們的起源仍是未解之謎，目前普遍認(rèn)為它們可能來自超新星爆發(fā)，或來自遙遠(yuǎn)的活動(dòng)星系。銀河宇宙線的強(qiáng)度主要受太陽活動(dòng)的影響，太陽活動(dòng)水平增加時(shí)，由于太陽磁場(chǎng)和太陽風(fēng)增強(qiáng)的影響，到達(dá)地球的宇宙輻射會(huì)降低。反之，如果太陽活動(dòng)水平下降，宇宙輻射則會(huì)增強(qiáng)。

目前人類還無法預(yù)測(cè)太陽活動(dòng)水平的長(zhǎng)期變化，但從太陽活動(dòng)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)看，太陽活動(dòng)除了11年的周期變化，可能還存在更大時(shí)間尺度上的周期變化，有研究學(xué)者認(rèn)為，從人類進(jìn)入航天時(shí)代以來，太陽活動(dòng)一直處于比較活躍的太陽活動(dòng)極大期，持續(xù)時(shí)間已經(jīng)超過了歷史上的平均極大期時(shí)間，應(yīng)該很快會(huì)結(jié)束，未來60年有可能逐步進(jìn)入極小期，太陽長(zhǎng)期活動(dòng)水平可能下降，而宇宙輻射強(qiáng)度則可能會(huì)超過人類有觀測(cè)以來的水平，如果實(shí)際情況確實(shí)如此，現(xiàn)有的航空輻射安全標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估防護(hù)方法可能都得重新制定。 

圖4  太陽黑子數(shù)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)

(圖片來自https://www.skybrary.aero/images/thumb/f/f2/MSSN_2.jpg/500px-MSSN_2.jpg)