利用高原条件进行的宇宙射线辐射剂量先进测量技术研究

Plateau residents, aircraft crew and passengers and astronauts in space all face significantly higher cosmic radiation dose rates. This type of radiation exposure have been received more and more attention internationally in recent years. Some high mountain observatories or research stations started research on cosmic radiation dose measurement on ground, and some advanced methods developed by these researches have been used in civil aviation and manned space flight fields. The experimental sites will be selected in Yang-Bajin and Na-Qu districts (both in Tibet) in this project, so the advantages of high-altitude can be used. Thermo Luminescence Dosimeters, nuclear track detectors, bubble neutron dosimeters, CZT (Cadmium Zinc Telluride) detectors and plastic scintillator optical fiber detectors will be used to detect cosmic rays’ dose distribution in dosimetry phantoms(domestic Cheng-Du Phantom and foreign Jimmy Phantom). The organic and tissue dose equivalent and body's effective dose will be evaluated from measurement data. The results of the measurement and evaluation will be compared with the measurement data of foreign (Italy, et al.) corresponding data. The technologies of measuring plateau cosmic radiation dose by CZT detectors or plastic scintillator optical fiber detectors have not been seen in domestic and foreign magazines or journals. The personal dose monitoring technology based on CZT detectors have been used to astronauts in Shenzhou 7 - 11 (China) spacecraft and it is possible to use it in civil aviation field. The plastic scintillator optical fiber detectors also have the possible applications in the aeronautics and astronautics fields in the future.

高原居民、长途飞机乘员及太空中航天员均会受到需引起注意的宇宙射线照射。近年来，国际上对此类照射越来越重视，一些高原观测站或研究站开始在地面开展宇宙射线辐射剂量测量的研究，且建立的一些先进方法已应用到民航及载人航天领域。本项目则在西藏羊八井及那曲地区选择实验地点，依靠高海拔优势，利用剂量学人体模型（国产CDP模型及国外Jimmy模型）、热释光剂量计、核径迹探测器、中子气泡剂量计、CZT探测器、塑料闪烁体光纤探测器进行宇宙射线在体模内的剂量分布测量研究，并由测量结果评价器官及组织的当量剂量与人体有效剂量。测量与评价结果将与国外（意大利等）的相应数据进行比较。其中，利用CZT探头及塑料闪烁体光纤探测器进行高原宇宙射线剂量测量是尚未见国内外报道的技术。基于CZT的个人剂量测量技术已在我国神舟7-11号航天员身上使用，有向民航领域应用的可能。塑料闪烁体光纤探测器日后也有向航空及航天领域应用的可能。

本项研究的主要内容是利用多种探测器对置于高原的人体模型内的宇宙射线剂量分布进行测量，并进行剂量学分析。在此基础上，开发一套宇宙射线在人体模型内的剂量分布测量及分析技术，并对该技术进行初步试应用，为下一步开展高原辐射环境与人群健康和航空航天辐射剂量测量地面模拟相关研究提供前期研究经验和技术尝试。. 项目执行过程中，主要取得一下关键成果：(1)建立一套基于Corsika程序的宇宙线辐射模拟程序。利用该程序，对西藏自治区主要城市日喀则，那曲，拉萨羊八井镇，林芝等地宇宙线辐射次级粒子成分，能谱，流强等参数进行理论模拟；(2)研制一套基于BGO晶体和塑料闪烁体宇宙线辐射剂量测量装置，在羊八井完成闪烁体响应一致性和本底噪声测试，并尝试利用该探测器测量宇宙线次级粒子辐射流强；(3)利用固体核径迹探测器CR-39、热释光探测器），在羊八井宇宙线观测站对剂量学人体模型（国产CDP模型）内不同组织器官中子，γ剂量分布进行测量；(4)利用无线个人剂量仪，γ剂量率仪分别对西藏拉萨、羊八井、山西太原三地个人受宇宙线辐射剂量进行测量；(5)利用热释光探测器（TLD）分别对西藏羊八井、山西太原两地宇宙线中子背景辐射剂量进行测量；(6)开发了一套人体主要器官剂量估算软件，估算人体主要器官电子、中子、光子辐射剂量。目前已完成人晶状体辐射剂量估算部分，并利用该软件对西藏羊八井地区世居人群眼晶状体当量剂量估算及实验对比分析。. 除以上关键成果，还进行了其他一些有益的尝试：(1)探索其它宇宙线辐射背景监测技术，如利用YBJ-HA阵列地面探测器ED、地下探测器MD对宇宙线次级粒子电磁成分、μ子成分关键参数进行测量。利用单粒子计数方法对西藏那曲、羊八井宇宙线背景流强进行测量，开展超广角切伦科夫技术探测宇宙线研究探索，推进超广角切伦科夫望远镜研制工作；(2)尝试扩展宇宙线监测及其数据应用范围，如利用多功能气象站在小孜达坂、羊八井、那曲等地进行太阳可见光辐射和紫外辐射背景射监测，利用监测数据，开展新型二维防辐射材料试制、测试等。