航天员不同姿态及体型对其空间辐射器官剂量分布影响的研究

空间辐射是载人航天中不可避免的主要有害环境因素之一。我国的空间站项目已经立项，嫦娥工程拉开了登月的序幕，随着我国载人航天事业的发展，航天员在太空停留的时间将越来越长。长期空间飞行期间，航天员遭遇太阳粒子事件的概率大大增加，如何更好的预估航天员所受到的空间辐射剂量，对空间辐射危险进行评价以及研究空间辐射防护方法是载人航天必须解决的问题。.本项目通过建立可调整姿态及体型的人体模型，结合Monte Carlo方法，研究不同能量质子各向同性照射条件下，航天员不同体型及姿态对其器官剂量分布的影响。通过航天员不同体型对其器官剂量分布影响的研究，为建立航天员空间辐射安全评价系统选取合适的标准人体模型提供数据支持；通过航天员不同姿态对其器官剂量分布影响的研究，可以为遭遇太阳粒子事件时，航天员如何调整姿态以减少关键器官的辐射剂量提供基础数据，提出应急状态下航天员进行自我防护的方法。

本项目建立了参数可调的单连通的基于非均匀有理B样条（Non-Uniform Rational B-Splines，NURBS）的三维曲面模型，并根据需求通过改变控制网格、控制顶点、节点向量、权重因子等数学物理参数对NURBS曲面进行调整和变形，建立了5个基本符合中国航天员体征特点的不同体型和不同姿态的辐射剂量计算人体模型（模型1—身高166cm，体重53.582Kg，直立姿态；模型2—身高170cm，体重56.742Kg，直立姿态；模型3—身高175cm，体重61.830Kg，直立姿态；模型4—身高170cm，体重57.970Kg，屈体姿态；模型5—身高170cm，体重57.768Kg，屈体姿态）。然后将NURBS模型转化为小体积元模型，并依此建立了可用于组织和器官剂量计算的数据库，编写了蒙特卡罗程序，模拟质子在人体中的输运过程，计算了各向同性入射条件下，0~500MeV质子在5个人体模型各组织和器官中的剂量分布情况。最后结合1972年8月和1989年10月的两个典型太阳质子事件能谱，分析了在太阳质子事件爆发期间，航天员姿态变化对其组织和器官剂量分布的影响。.研究结果表明：在空间辐射环境下，在基本符合中国航天员体征特点范围内，体型差异对航天员各组织和器官剂量分布的影响不大，因此，在后续空间辐射剂量学和空间辐射防护等研究领域，我们可以依据中国航天员的平均体征参数，建立标准的中国航天员空间辐射剂量计算人体模型，从而为我国航天员空间辐射安全评价系统的建立提供了数据支持，并且奠定了技术基础；在太阳质子事件爆发期间，试图通过改变航天员姿态，以减少航天员关键组织和器官的辐射剂量，对航天员进行空间辐射防护的方法不可行，因此，为了保证长期载人飞行和星际飞行期间遭遇太阳质子事件时航天员的应急辐射安全，我们需要进一步研究更加合理有效的空间辐射防护方法，以确保航天员能够健康顺利地完成载人登月或者深空探索等任务。