放射性分为天然放射性和人工放射性两类, 其中天然放射性包括宇宙射线、宇生放射性核素和地壳中的放射性核素。宇宙射线产生的剂量随着高度、纬度和太阳活动周期的相位而变化^[1], 且随海拔高度的增加而呈指数增加, 因此喷气飞机空勤人员受宇宙辐射的可能危害, 近些年来受到各方面的关注。1990年美国航空管理局明确规定将航空空勤人员所受的宇宙辐射作为职业照射, 并采用放射性工作人员的剂量限值。1990年国际放射防护委员会(ICRP)发表的第60号报告中明确将喷气飞机空勤人员所受宇宙辐射作为职业照射。我国从上世纪80年代开始进行宇宙辐射强度和剂量研究, 90年代初开展了我国大气中宇宙辐射强度随海拔高度和地磁纬度关系的研究, 为了保障空勤人员的辐射安全和健康, 也为了与国际上的发展趋势一致, 我国于2002年6月1日, 颁布实施了《空勤人员宇宙辐射控制标准》(GBZ140-2002)^[2], 这对于监测和评价空勤人员所受宇宙射线的辐射剂量, 保障空勤人员的身体健康具有极其重要的意义。标准对空勤人员所受照射的年有效剂量给出了明确的限值, 但具体某一时段、某一航线的飞行过程中, 所受剂量的确定是一个关键性的技术问题, 下面将加以重点介绍。

1 材料与方法

目前国外的一些研究机构和航空公司合作, 对航空飞行高度上的宇宙辐射进行了研究。包括对空勤人员所受的辐射剂量可通过计算机模拟程序来估算或通过在航班飞机上安装各种剂量仪, 对空勤人员的职业受照剂量进行监测。计算机模拟程序估算方法最常用的是美国航空管理局的CARI-6和欧洲环境健康研究中心等研发的EPCARD。通过各种剂量仪监测的方法包括。

1.1 被动式

(无源)探测器, 这些监测工作中无源探测器主要使用热释光探测器(TLD)和CR-39固体径迹探测器。

1.2 主动式

(有源)探测器, 包括:①组织等效正比计数器, 在空勤人员辐射剂量测量工作中广泛使用组织等效正比计数器(TEPC); ②电离室和³He计数管。③半导体探测器。对各种探测方法的测量数据与模式计算的数据比较列于表 1^[3]。

由表 1可知, 各种方法测量结果的离散度小于20%, 都比较适合于航空飞行高度辐射剂量的测量, 计算机模拟的结果也与测量结果有很好的符合度, 说明CARI-6和EPCARD能正确反映空勤人员和普通乘客所受辐射的剂量水平。由于计算机模拟程序估算成本低, 易于实现等特点, 可以广泛应用于各条航线, 因而在确定空勤人员受照剂量方面是最易推广和采用的方法。下面以CARI-6为例, 加以介绍。

1989年美国航空管理局首先公布了用CARI软件计算的各飞行航线的剂量, 2000年之后又公布了CARI-6和CARI- 6M。该软件考虑了海拔高度、地磁纬度以及太阳活动对宇宙辐射的影响, 以粒子流的理论模型和在大气层中与其他原子的相互作用理论为基础, 综合了飞行测量数据, 计算的人体有效剂量当量。软件中已存储了航空飞行高度范围内的三维剂量率曲线, 只需输入必要的飞行航线信息, 软件就会立刻计算出该航线的有效剂量。

2 结果

下面借助国内和国际两个航线的实例, 介绍CARI-6软件的估算过程。第一个实例是, 估算2000年全年从北京飞往上海航线的年平均有效剂量。首先点击CARI-6.EXE文件, 运行软件, 图 1所示的是软件的主菜单窗体界面。

选择 <2>进入飞行所受宇宙辐射选项, 软件显示飞行航线菜单, 第一步要在软件中建立新的飞行航线, 需给出新航线的文件名, 并按照提示依次输入以下参数:时间:00/2 000(月份上输入"00"表示估算2000年全年的平均有效剂量值, 如在月份上输入"01", 表示估算2000年1月的月平均有效剂量值); 起始机场代码:ZBAA (ICAO的北京机场代码, ICAO为 International Civil Aviation Organization的缩写); 目的机场代码:ZSSS (ICAO的上海机场代码); 飞行到巡航高度的段数:1(此段数指的是飞机飞行到指定巡航高度的次数, 本例中只有一个巡航高度, 所以此处段数为1);起飞时间:20min; 巡航高度:11 000m (36 089英尺); 巡航时间:75min; 降落时间:20min。以上参数输入完毕后, 软件自动返回到主菜单, 如图 1所示。新的航线建立之后, 再次选择 <2>进入飞行航线菜单, 按照相应菜单项的选择, 软件即可对以上航线中飞行所受的宇宙辐射剂量进行估算, 结果如图 2所示。从图中可知2000年的全年平均太阳中心电势为893MV, 北京飞往上海的该航线上2000年全年平均的, 每一次飞行所受的有效剂量为4.1μSv。

第二个实例是, 估算2000年全年从纽约飞往西雅图航线的年平均有效剂量。输入参数为:时间:00/2 000;起始机场代码:KJFK (ICAO的纽约机场代码); 目的机场代码:KSEA (ICAO的西雅图机场代码); 飞行到巡航高度的段数:2(该航线有两个巡航高度, 所以此处段数为2);起飞时间:29min; 第一巡航高度: 10 668m (35 000英尺); 巡航时间:99min; 第二巡航高度:11 887m (39 000英尺); 巡航时间:147min; 降落时间:17min。软件操作与第一个实例相同, 估算结果如图 3所示。从图中可知2000年的全年平均太阳中心电势为893MV, 纽约飞往西雅图的该航线上2000年全年平均的, 每一次飞行所受的有效剂量为25.5μSv。

由以上两个实例可知, 要进行某航线的剂量估算首先需了解该航线的具体信息, 如ICAO的机场代码、巡航高度、巡航时间、起飞和降落时间等信息。由于飞行期间所受宇宙辐射强度与太阳中心电势值的变化有关, 下面介绍利用CARI-6M计算2000年全年的太阳中心电势数值的变化结果, 如图 4所示。

3 讨论

尽管《空勤人员宇宙辐射控制标准》(GBZ140-2002)已发布多年, 但社会上仍时常出现有关空勤人员辐射防护管理方面的讨论, 有些讨论是源于对该标准内容的不了解所致, 因此对于该标准的宣贯和执行力度还需进一步加强。谈到标准的执行, 首先就需要准确地给出空勤人员在航空飞行中所受的辐射剂量, 这是一个关键的技术问题。一方面它是空勤人员自身非常关注的, 另一方面它也是按标准控制空勤人员受照剂量的要求。

航空空勤人员在日常生活和工作中, 可能同时受到其他辐射源照射, 因此在国标中将控制限值定为20mSv/a, 可为其他辐射源照射留有一定余地。在不考虑强太阳粒子事件的情况下, 假设一名空勤人员2000年在空中工作时间为1 000h (所飞行的航线为上面实例中北京到上海的航线, 其每一次飞行所受的有效剂量为4.1μSv, 则飞行中每小时的有效剂量为2.1μSv, 即4.1 ÷[(75+20+20)÷ 60]), 在工作以外有1 000h呆在上海地区(上海地区居民年有效剂量为603μSv^[4], 即0.069μSv/h), 另有6 760h呆在北京地区(北京地区居民年有效剂量为452μSv^[5], 即0.052μSv/h), 则可计算出这名空勤人员在2000年全年所受的剂量值^[6], 计算过程如式(1)所示。

(1)

根据该假设估算出的这名空勤人员的年有效剂量为2.5 mSv, 低于我国阳江天然高本底辐射地区居民的平均年有效剂量6.4mSv^[7]。从此过程可看出, 利用CARI-6软件估算某一航线上空勤人员的年总辐射剂量是可行的, 也是相对经济、方便的一种途径。但CARI-6软件所计算的剂量值是某一时段在考察航线或指定地理位置上受到的宇宙辐射有效剂量, 没有考虑太阳粒子事件以及其他因素的影响, 所以是一个剂量估算软件。而据估计在一次强太阳粒子事件发生期间(小时量级), 飞机上的空勤人员接受到的辐射剂量可能相当于他们一年所受的辐射剂量, 但是这种事件是不能被有效预测的, 当这样的事件发生时, 应该采取相应的空中管制, 调整航班或者推迟起飞时间, 对于在飞行途中的航班在空管部门的同意下, 可以降低飞行高度来尽量避免接受到高剂量的宇宙辐射。因此《空勤人员宇宙辐射控制标准》中要求, 对在飞行高度低于15km的航线上飞行的空勤人员, 可用计算机软件估算剂量; 对飞行高度大于15km的航线, 除用软件估算外, 机舱内应配备能预警宇宙辐射剂量率突然升高的主动式监测器, 必要时应在主动监测仪器监控下及时降低飞行高度, 以降低太阳耀斑引起的短时间内宇宙辐射强度的急剧增加。目前, 普通民航客机的巡航高度一般都不会超过15km, 只有少数公务机的高度可能达到15km。

由于CARI系列软件对飞行航线具有可预先研究性、应用范围广、快捷、方便等特点, 因此在估算空勤人员的职业受照方面, 具有大范围的推广和应用价值, 也是《空勤人员宇宙辐射控制标准》顺利执行的技术保障。同时, 从上面的计算实例也能看出, 航空飞行中确实会受到一定的宇宙辐射, 但其所受的剂量水平多数情况下, 还是在标准控制的范围内, 无论是空勤人员自身, 还是经常乘坐飞机出行的商旅人士, 都可利用CARI- 6软件, 估算一下自身所受的辐射剂量, 既可澄清不必要的争论, 又可让人们放心出行。