北京
一项新研究发现，一种用于抵御辐射的防护背心未来或许能够保护宇航员免受太阳突发强烈辐射的伤害。距离最后一次阿波罗任务已经过去50多年，美国宇航局（NASA）的“阿尔忒弥斯”计划正准备让人类重返月球。要实现这一目标，首先必须保护宇航员免受太阳辐射的伤害，尤其是太阳风暴产生的强烈且难以预测的辐射。 由于重量限制，在整个航天器外覆盖一层足够厚、能够产生明显防护效果的辐射屏蔽材料仍然不切实际。不过，让宇航员穿上防护服装或许能够提供一定帮助。在这项新研究中，研究人员测试了一款名为AstroRad的防护背心。这款背心由以色列初创公司StemRad设计，并得到以色列航天局和航空航天巨头洛克希德·马丁的支持。其设计目的，是保护宇航员免受太阳爆发产生的太阳粒子事件（SPE）伤害。 “太空中的辐射是无法避免的，而一次重大的太阳粒子事件就可能显著增加宇航员一生罹患辐射诱发癌症的风险。”研究共同作者、StemRad CEO兼联合创始人Oren Milstein告诉Space.com，“如果能够大幅降低这部分风险，个人辐射防护装备对于未来的月球和火星任务可能尤其重要。” 在辐射防护方面，铅非常擅长阻挡X射线和伽马射线等有害辐射。不过，对于那些能够高速穿越太空、并对人体造成伤害的高能粒子，铅的防护效果反而没有那么理想。例如，当高速高能电子，也就是所谓的β粒子撞击高密度的铅原子时，可能引发一连串X射线，而这些X射线造成的伤害甚至可能超过β粒子本身。如果中子撞击铅原子，还可能从原子核中撞出大量中子，从而进一步加剧辐射影响。 AstroRad采用的则是一种富含氢元素的高密度塑料。在各种元素中，氢原子单位原子拥有最高的电子密度，这有助于形成致密的屏障，阻挡进入人体的高能粒子。同时，普通氢原子不含中子，因此当中子撞击氢原子时，也不会产生类似撞击铅原子后出现的危险中子喷流。此外，AstroRad所使用的塑料重量远低于铅，因此更适合用于制作可以穿戴的防护装备，也更加符合太空任务对重量的严格要求。 研究人员将数千根六边形硬质塑料棒像鱼鳞一样组合在一起，制成了一种柔性防护服装。每件背心的重量约为57磅，也就是26千克。研究人员之所以选择制作背心，而不是覆盖全身的防护服或头盔，是因为“不同器官和组织对辐射的敏感程度存在很大差异，因此对身体各个部位采用完全相同的屏蔽强度，并不是最有效的方法”。研究共同作者、StemRad太空探索首席科学家Jordan Houri告诉Space.com，“与此同时，全身防护服也会更加难以穿戴和活动。” AstroRad背心不同部位的屏蔽厚度，是根据其下方器官对辐射的敏感程度设计的。Houri表示，与将相同数量的屏蔽材料均匀分布在全身相比，这种针对不同器官进行重点防护的策略，可以额外降低约30%的人体辐射剂量。 研究人员在2022年底NASA无人驾驶“阿尔忒弥斯1号”月球任务期间测试了这款背心。他们使用了两个极其复杂的人体模型，也就是所谓的“人体仿真体”。这些人造躯干由密度与人体组织、骨骼和器官相近的塑料制成，并且每个模型内外都安装了超过5600个辐射传感器。两个仿真体均按照成年女性设计，因为此前研究发现，女性的乳房和卵巢尤其容易受到辐射损伤。“预计女性面临辐射诱发癌症的风险更高。”Milstein表示，“针对性辐射屏蔽有助于缩小男女宇航员之间的这种风险差距。” 由于两个仿真体模拟的是女性，因此研究人员也为它们取了女性名字：Zohar和Helga。“Helga是由德国航空航天中心提供的，这是一个传统的德国名字。”Milstein说，“Zohar则由以色列航天局提供，并通过一项面向公众的活动选出了这个名字。Zohar是一个传统的希伯来语名字，意思是‘光辉’，我们认为这个名字特别合适。” Zohar和Helga都乘坐NASA的“猎户座”飞船飞行。Zohar穿着AstroRad防护背心，而Helga没有穿。尽管“猎户座”飞船在为期26天的月球轨道往返任务中没有遭遇明显的太阳爆发，但研究人员可以根据两个仿真体穿越环绕地球的内范艾伦辐射带时所受到的辐射剂量，推算宇航员在太阳爆发期间可能遭遇的太阳辐射。 研究人员分析过去发生的太阳粒子事件后发现，AstroRad背心可以显著降低人体受到的辐射剂量。例如，对于1972年8月发生的一次太阳粒子事件，背心可以将辐射剂量降低近60%。“我们最初预计降低幅度会接近45%，所以第一次看到这个结果时，我们还以为必须回去检查是不是哪里出了错误。”Houri说，“但详细分析最终表明，AstroRad背心的防护效果确实超出了预期。”
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