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被动辐射屏蔽是设计综合解决方案的必要元素，以减轻长距离航行期间人类探索的辐射影响。 因此，理解和利用适合于太空飞行中的辐射屏蔽的材料的特性是重要的。 我们在这里介绍了 次空间测试结果，包括Kevlar和聚乙烯辐射屏蔽功能，包括直接测量背景基线（无屏蔽）。 在ALTEA-shield ESA赞助计划期间，在国际空间站（哥伦布模数）上进行测量。 这种材料的屏蔽能力首次在类似于深空环境的辐射环境中进行了测试，这得益于ALTEA系统的特点，该系统只允许选择国际空间站的高纬度轨道。 聚乙烯广泛用于空间辐射屏蔽，因此它是用于比较研究的优良基准材料。 在这项工作中，我们表明Kevlar具有与聚乙烯相当的辐射屏蔽性能，剂量率降低32±2％，剂量当量率降低55±4％（对于10 g / cm 2的屏蔽）。减轻辐射风险是人类探索深空的重要问题之一1 。 深空栖息地的辐射由银河宇宙线（GCR），与太阳活动相关的辐射，如太阳粒子事件（SPE），以及GCR和SPE与空间栖息地相互作用产生的二次辐射组成。船体和/或其他介入材料（如航天服或实验架）。 因此，了解材料的辐射屏蔽特征是朝向空间辐射对抗的集成解决方案迈出的重要一步，其中被动屏蔽将起主要作用。
这些研究的目标是将机组人员的辐射风险降低到合理可行的低水平（ALARA），直至空间辐射暴露风险与地球辐射风险相当的理想情况，不影响允许的任务持续时间。 由于这一目标仍然无法使用现有技术，未来的任务计划会考虑“额外的”辐射风险，这必须低于某个预先设定的阈值。对空间任务中使用的给定材料的辐射屏蔽性能的研究通常遵循三个主要步骤。 首先，通过蒙特卡罗模拟验证材料的屏蔽能力。 如果结果是有希望的，那么可以通过粒子加速器设备中的离子辐射来评估材料特性。 在这些测试中使用的离子预计是太空中丰富的离子。 ，仅对在前两个步骤中显示出 特性的材料进行空间表征。
低纬地球轨道（LEO）在高纬度地区的测量允许研究类似于深空轨道的辐射场，并使用正确的离子光谱来评估作为辐射屏蔽的材料特性。 然而，这些测量比基于地面的测量要求更多资源。 出于这个原因，他们需要对地面材料进行的初步表征（如上所述），并明确指出该材料确实是一个很有前景的候选材料。国际空间站（ISS）是这些空间辐射材料响应测试的 实验室。 即使在地球磁场的保护范围内，高纬度地区国际空间站内辐射环境的光谱也是外层空间辐射光谱2接近的可用复制品。
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屏蔽根据厚度降低辐射强度。 这是一种指数关系，随着相同的屏蔽材料切片的增加，效果逐渐减弱。 称为减半厚度的量用于计算。 例如，在具有十分之一厚度的填充污垢的防尘罩中的实际防护罩，其大约115厘米（3英尺9英寸）将伽马射线减少到其原始强度的1/1024（即1/2 10 ）。屏蔽材料的有效性通常随着其原子数（称为Z）而增加 ，除了中子屏蔽之外，中子屏蔽更容易被中子吸收剂和调节剂如硼化合物（例如硼酸 ， 镉 ， 碳和氢）分别屏蔽。
渐变Z屏蔽是由具有不同Z值（ 原子序数 ）的若干材料制成的层压板，设计用于防止电离辐射 。 与单材料屏蔽相比，相同质量的渐变Z屏蔽已经显示出将电子穿透减少超过60％。 [17]它通常用于基于的粒子探测器，具有以下几个优点：防止辐射损坏，降低探测器的背景噪音与单材料屏蔽相比质量更低设计各不相同，但通常涉及从高Z （通常是钽 ）到连续低Z元素（例如锡 ， 钢和铜 ）的梯度，通常以铝结尾。 有时甚至使用更轻的材料，例如聚丙烯或碳化硼 。 [18] [19]
在典型的渐变Z屏蔽中，高Z层有效地散射质子和电子。 它还吸收伽马射线，产生X射线荧光 。 每个后续层吸收先前材料的X射线荧光，终将能量减少到合适的水平。 每次能量的减少都会产生bre致辐射和俄歇电子 ，这些电子低于探测器的能量阈值。 一些设计还包括铝外层，其可能仅仅是的外壳。 作为生物屏蔽的材料的有效性与其散射和吸收的横截面有关 ，并且 近似与沿着辐射源和区域之间的视线插入的每单位面积的材料的总质量成比例。受到保护。 因此，屏蔽强度或“厚度”通常以g / cm 2为单位测量。 设法通过的辐射随着屏蔽的厚度呈指数下降。 在X射线设备中，具有X射线发生器的房间周围的墙壁可以包含铅板，或者石膏可以包含硫酸钡 。 操作员通过带铅玻璃屏幕观察目标，或者如果它们必须与目标保持在同一个房间，则戴上围裙 。
粒子辐射，粒子辐射由带电或中性粒子流组成，带电离子和亚原子基本粒子。 这包括核反应堆中的 太阳风 ， 宇宙辐射和中子通量 。α粒子 （ 氦 核 ）穿透力小。 甚至非常高能的α粒子也可以被一张纸挡住。β粒子 （ 电子 ）更具穿透力，但仍可被几毫米的铝吸收。 然而，在发射高能β粒子的情况下，屏蔽必须用低原子量材料完成， 例如 塑料 ， 木材 ， 水或丙烯酸玻璃（Plexiglas，Lucite）。 [20]这是为了减少Bre致辐射 X射线的产生。 在β+辐射（ 正电子 ）的情况下，来自电子 - 正电子湮灭反应的伽马辐射引起了额外的关注。
暴露于高能伽马辐射的直接危险是急性放射综合症（ARS） ，这是不可逆的骨髓损伤的结果。 选择性屏蔽的概念基于骨髓中发现的造血干细胞的再生潜力。 干细胞的再生质量使得仅需要保护足够的骨髓以在暴露后用未受影响的干细胞重新填充身体：类似的概念应用于造血干细胞移植（HSCT） ，这是患有患者的常见方法。白血病。 这种科学进步允许开发一类新的相对轻质的保护设备，其保护高浓度的骨髓以将急性放射综合征的造血亚综合征推迟到更高的剂量。一种技术是应用选择性屏蔽以保护存储在腹部区域中的臀部和其他放射敏感器官中的高浓度骨髓。 这使得 响应者能够以的方式在放射性环境中执行必要的任务。 经济合作与发展组织（经合组织）和核能机构（NEA）在2015年报告中公布了一个简要部分，概述了部分身体屏蔽的好处： 严重事故管理中的职业辐射防护 。
航天器辐射挑战，无人驾驶和无人驾驶航天器必须应对外太空的高辐射环境。 太阳和其他星系源发出的辐射，被困在辐射“带”中的辐射更危险，比地球上常见的X射线或正常宇宙辐射等辐射源强几百倍。 [25]当在太空中发现的强电离粒子撞击人体组织时，它可能导致细胞损伤并终导致癌症。通常的辐射防护方法是航天器和设备结构（通常是铝）的材料屏蔽，可能在人类太空飞行中增加聚乙烯，主要关注的是高能质子和宇宙射线离子。 在诸如木星任务或中地球轨道（MEO）等高电子剂量环境中的无人航天器上，使用高原子序数的材料进行额外屏蔽可能是有效的。 在长时间的载人任务中，可以利用液态氢燃料和水的良好屏蔽特性。美国宇航局太空辐射实验室利用粒子加速器产生质子束或重离子。 这些离子是宇宙源和太阳加速的典型离子。 离子束穿过一条100米（328英尺）的运输隧道，进入37平方米（400平方英尺）的屏蔽目标大厅。 在那里，他们击中目标，可能是生物样本或屏蔽材料。 [25]在2002年的NASA研究中，确定具有高氢含量的材料，例如聚乙烯 ，可以比金属（例如铝）更大程度地减少一次和二次辐射。 [26]这种“被动屏蔽”方法的问题在于材料中的辐射相互作用产生二次辐射。
有源屏蔽，即使用磁铁，高压或人造磁层来减慢或偏转辐射，已被认为可能以可行的方式对抗辐射。 到目前为止，有源屏蔽设备的设备，功率和重量的成本超过了它们的好处。 例如，有源辐射设备需要可居住的体积大小来容纳它，并且磁性和静电配置的强度通常不均匀，允许高能粒子穿透来自低强度部分的磁场和电场，如偶极子中的尖点地球磁场。 截至2012年，NASA正在研究超导磁体架构，以寻找潜在的有源屏蔽应用。
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