宇宙辐射对民航飞行影响

王馨悦

【摘 要】高空大气环境复杂，高空中的宇宙辐射强度较地面高。宇宙辐射会引起人体不良反应，威胁身体健康。针对当前民用航空发展趋势，对中高空宇宙辐射强度和影响航线飞行过程中宇宙辐射强度的原因进行分析。通过总结航线飞行的相关数据来研究不同航线的辐射及其可能对飞行人员造成的健康隐患。并根据现行的CCAR-121中的相关规定，研究在当前条件下，航线飞行时宇宙辐射会对飞行人员造成的最不利影响。降低航线上的飞行人员受到宇宙辐射的危害。

【关键词】飞行机组；辐射；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

地球作为宇宙的一个微小的组成部分，无时无刻不处在宇宙射线的沐浴之下。宇宙射线就是一些带有穿透能力的微小粒子。这些具有穿透力的微小粒子或来自于遥远的宇宙，或来自于给予光芒的太阳，或是地球靠自身引力捕获。它们穿过层层阻碍最终只有极少部分能够携带部分剩余的能量照射在地球表面生活的各种生物的身上。尽管绝大部分的射线已经被阻隔在外，但是地球表面的生物时时刻刻都是处在射线的照射之下。太空环境下，宇宙辐射强度超过人体能够接受的额范围，会导致人类无法正常生存。而地面的宇宙辐射却在人类可以接受的范围之内，那么处于太空和地面之间的大气环境中的宇宙辐射强度是否会对人类健康造成威胁，需要进一步的探讨。

1 航线飞行的宇宙辐射

宇宙辐射主要包括三种类型：银河宇宙射线，太阳宇宙射线及地球辐射带。银河宇宙射线的带电粒子具有高能量、低通量特点，其来源为太阳系以外的宇宙空间。太阳宇宙射线是太阳耀斑爆发期间发射出的大量高能量的粒子流，其中绝大部分的粒子为质子。地球磁场捕获了大量的高能带电粒子，内辐射带主要由质子和电子组成，外辐射主要由电子和低能质子组成[1]。

宇宙辐射在到达地球表面的过程中会被大幅削弱。導致宇宙辐射大幅削弱的原因在于，地球表面覆盖着三层有效的保护层：即电离层、大气层和地球磁场。宇宙辐射在穿过这三层保护层的过程中会被反射、散射或吸收、以及偏离运动轨迹。对民航飞行阶段的辐射强度测量在部分文献中已经有所涉猎[2]，本文根据文献中已测定的结果，收集比对不同航线往返过程中的辐射强度数据。

2 辐射强度对比及对人体影响

对于同一条往返航线而言，空中飞行过程中所经过区域的地磁纬度纬度相同，但是通过表1中对比可以看出，其中子剂量率和总剂量率的差别较大。根据表1中的测量值可以得出：巡航期间海拔高度越高，其飞行过程中的中子剂量率和总剂量率越大。

对于同一巡航高度的航线而言，不同航线上的中子剂量率和总剂量率也不相同。表1中安克雷奇-上海及安克雷奇-纽约两条航线飞行过程中，其巡航高度均为11315米，但是两条航线的中子剂量率分为别为1.710（mSv/1000h）和1.067（mSv/1000h），两者相差0.653（mSv/1000h）。两者的总剂量分别为4.211（mSv/1000h）和2.958（mSv/1000h），两者相差1.253（mSv/1000h）。中子剂量率和总剂量率相差分别为61%和42%。两条航线的飞行过程中所处高度一致，因此经比较可得出两条航线经过的地理位置上的差别是造成辐射强度相差较大的原因。经表1数据比较发现，由于地磁纬度越高地磁场屏蔽外来射线的能力越差，导致高地磁纬度地区的航线将承受更高强度的辐射剂量。由此可知，飞行过程中接收到的中子剂量和总剂量与地磁纬度有关，地磁纬度增高其中子剂量和总剂量随之增加。

表1中在北京-上海、北京-纽约、安克雷奇-上海及安克雷奇-纽约四条往返航线上飞行的航班上，虽然飞行高度及飞行过程中受到的辐射剂量率不一致，但是其接受到的中子剂量在总剂量中的占比是保持不变的。由此可见，中子剂量在总剂量所占比例与飞行高度并无关联。根据表1中各个航线的比较，中子剂量占比按高低依次排序为哥本哈根—北京、北京—斯图哥尔摩、纽约—安克雷奇、北京—纽约、上海—安克雷奇、北京—上海。由排序可以看出，中子剂量所占比例与地磁纬度有关，地磁纬度越高，中子剂量占比有所增加。endprint

辐射对人体的危害分为外照射伤害和内照射伤害。在航线飞行过程中，飞行人员位于航空器内部。航空器为飞行人员提供了外部的保护，使穿透能力弱的射线无法穿透航空器外壳给飞行人员造成伤害。因此在考虑飞行过程中的宇宙辐射影响时，仅考虑能够穿透航空器外壳的射线带来的危害。宇宙辐射中的γ射线穿透力极强，可以穿透几米厚的铅版。在航线飞行时，会对人体产生外照射性伤害；中子是重子类，其穿透性强，在飞行过程中同样会对人体产生外照射性伤害。通过上文辐射剂量率的对比，可以发现，高度、地磁纬度越高其中子剂量率越高，对人体造成的危害也就越大。制定航班过程中应考虑高高度、高地磁纬度航线对人体造成的辐射伤害。

3 讨论

对于人体来说，根据接受到剂量的多少可以分为确定性效应和非确定性效应。超过一定阈值的辐射剂量会对人体产生确定性效应，并且吸收剂量超过此阈值后会导致多种病变。目前能够确定的病变包括：白内障、皮肤灼伤、造血抑制、骨髓综合症、肠道综合症及放射性肺炎等器官损伤[3]。还会造成人体免疫功能下降，多种类型的DNA分子损伤、遗传效应及心理效应等不良影响[4]。辐射已经确定为是致癌的确定因素[5]，且癌症潜伏期长，对健康危害性极大并难以治愈。为此，需要针对航线上宇宙辐射可能对人体造成的危害进行讨论。

经测定，10KM以上的高空其辐射强度是地面的100多倍[6]，且通过表1得出结论可以发现，高度越高其辐射剂量率也增强。根据飞行过程中飞行人员受到辐射强度，国际辐射防护委员会已经将涡喷飞行人员受到的宇宙辐射照射划分为职业受照。国际辐射防护委员会建议五年内飞行人员受到平均辐射剂量限值为20mSv/year，超过此限值会对飞行人员的身体健康造成比较显著的负面影响。同时，国际辐射防护委员为确保公众的身体健康，建议五年内公众受到平均辐射剂量限值为1mSv/year。此阈值明显远低于职业受照人群的辐射剂量限值。从对人体伤害角度出发，超出国际辐射防护委员会规定的公众受照限值范围的辐射，即为过量辐射。超过公众受照限值的辐射剂量会对人体健康造成隐患。因此，需要对飞行人员在飞行过程受到的宇宙辐射强度，将飞行人员可能受到的辐射伤害降低。

研究表明，公众受到自然本底的辐射剂量平均为2.4mSv/year[3]，飞行人员年平均受到辐射剂量需在自然本底基础上加上飞行过程中受到的附加辐射剂量。可以此计算在辐射剂量限值范围内的最大飞行小时。

T（max）=[E（l）-e（n）]/d （1）

其中T（max）为最大飞行小时数，E（l）为辐射剂量限值，e（n）为自然本底辐射剂量，d为辐射剂量率。

以辐射剂量最大的北京-纽约航线为例，其辐射率为7.827Sv/1000h，自然本底为2.4Sv/year。为保证飞行人员受到辐射剂量在飞行人员辐射剂量限值范围内，即20mSv/year范围内，经计算得到飞行人员年飞行小时数不应超过2，249小时。若飞行高度、航线的地磁纬度增大则飞行过程中受到的辐射剂量也会增大。由此可见，为保证飞行人员受到的辐射剂量在阈值范围内，高地磁纬度纬度、高海拔的航线年运行小时数时间应相应减少。

CCAR121规章中规定大型飞机公共航空运输飞行机飞行人员的飞行时间：飞行机组成员的年执勤时间不得超过1000小时；客舱乘务员的年执勤时间不得超过1200小时。按照规章安排飞行人员执勤，可以保证飞行人员受到的辐射剂量在可几首的范围内。但是根据规章要求，客舱乘务人员可执勤时间高于飞行机组成员。从而客舱乘务人员在航线飞行中受到的辐射剂量将高于飞行机组成员，导致宇宙辐射对客舱乘务人员的影响也更大。

由于高度对辐射剂量率的影响很大，巡航阶段海拔位置较高，是受到辐射剂量集中的阶段。对于国内航线而言，我国国内航线的航程一般较短，巡航時间一般在90分钟以内，受到的辐射剂量有限。且我国国土范围虽然跨越了较大的经纬度，但是整体位于地磁纬度偏低的位置，因此国内航线受到的中子辐射剂量和总辐射剂量率都较低。在法规规定的执勤时间内，执行国内航线的飞行人员受到的年辐射剂量不会超出国际辐射防护委员会为飞行人员规定阈值范围。反之，国际航线，尤其是高地磁纬度的航线，其受到的辐射剂量较高，其中中子辐射剂量所占比值也较大。对飞行人员的身体伤害也会随之增强。

3 结论

由上文可得出结论，我国飞行人员按照121规章的执勤时间执行航班飞行时不会造成辐射事故，但是飞行人员受到的辐射剂量远高于正常居民受到的辐射剂量，对身体健康有负面影响。且执行高地磁纬度地区的国际航班受到的辐射危害大于国内航班。为减少飞行人员在执勤过程中累积受到的辐射剂量，可以考虑为飞行人员尤其是客舱乘务员安排国际和国内混合的航线执勤计划。

【参考文献】

[1]容超凡，陈军，王志.空间辐射剂量学浅谈[J].辐射防护通讯，2004，24（1）：5-10

[2]葛盛秋，温静，王其亮，等.民航飞机座舱中宇宙辐射中子剂量与飞行高度和地磁纬度关系探讨[J].中华航空航天医学杂志，1998，9（3）.

[3]周平坤.核辐射对人体的生物学危害及医学防护基本原则[J].首都医科大学学报，2011，32（2）：171-176.

[4]Kennedy AR，Todd P.Biological countermeasures in space radiation health Gravitat Space[J].Biol Bull，2003，16（2）：37-44.

[5]周平坤，霍艳英，吴德昌.辐射致癌效应与机制[J].辐射防护通讯，2007，27（1）：7-12.

[6]RVINE D，DAVIES DM.British airway flight deck mortality study.1950-1992[J]. Aviat Space Environ Mde，1999，70（6）：548-555.

[责任编辑：田吉捷]endprint