人能手接高速原子吗?

作者: 张沛锦

来源: 石头科普工作室

发布日期: 2020-04-16 10:11:18

本文讨论了高能粒子对人体组织的透穿能力,指出虽然人可以手接高速原子,但会有内伤。文章还探讨了在太空探索中,如何保护宇航员免受高能粒子的伤害,并介绍了NASA的相关研究项目。

对于人体组织的透穿能力其实是空间探索学科中的一个热门话题,它还有个专业的描述方式叫透穿深度剂量(Percentage depth-dose,PDD)。它描述对于类人体组织,高能粒子穿透到不同深度的数密度分布。研究方式是实验和模拟,去看高能粒子能不能透穿到伤及内脏的地步。

所以显而易见——人是手接高速原子的!但是会有内伤!因为在宇宙里没有大气层和磁层保护就是会有各种高能射线,包括高能粒子和高能电磁辐射。所以为了保护英勇的空间探索的航天员们才有了这个学科。

为了了解高能粒子粒子透穿能力的概念性,可以看一下这一张图:这图说的是几种能量的质子,可以透穿到什么深度。可以看到不同能量的粒子有不同的PDD分布。一个比较明显的特征就是,注入粒子的能量越大穿透性越强。

从这个简单的模拟可以看出来:想要有99%的把握“抓住”150MeV能量的粒子,需要15cm的类人体组织。掐指一算,我胖乎乎的手展平手掌,如果质子束粒子沿着手指方向入射的话,我是可以“抓住”质子的!但是质子沿着掌心入射的话,就无法保证大部分质子沉降在组织内。

经过上面的讨论,一个非常显而易见的结论是:高能粒子可以轻而易举“注入”人体组织甚至穿透。这种高能粒子的辐照,在一些时候,有可能是对人体有害甚至是致命的。因为这些高能射线所携带的能量可以轻而易举地破坏DNA结构,从而导致一系列其他后果。

在地面上,地球有磁层和大气层保护,高能带电粒子和X射电无法到达地面。但是在空间探索项目中,英勇的宇航员要进行太空行走,离开太空舱的时候,就相当于沐浴在来自太阳和宇宙射线里。这个时候就需要研究,如何做防护,对于宇航员来说才是安全的。

这里有一张宇宙射线对于宇航员的潜在危害示意图:里面标记了宇航员在受到宇宙射线辐射之后可能产生的后果,包含:白内障,神经衰弱,主要脏器癌症,皮肤问题,骨质下降,生殖系统问题,循环系统衰退等等。

NASA有一个“人类研究项目”(Human Research Program,HRP)专门研究在高能粒子流环境复杂的太空里的辐射剂量以及防护措施。主要研究内容如下图:包含:太阳活动变化,防护盾的设计,寻找合适的风险评估方式,个体易感人群鉴定,药物防治辐射,运动恢复。

诶,真的,人类能走进太空真不容易,致敬从事航天研究的一线工作人员和航天员们!

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