隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來(lái)越多人選擇乘坐飛機(jī)出行，甚至出現(xiàn)了往來(lái)于東亞（如北京、首爾、東京）和北美東海岸（如紐約、華盛頓）飛越地球北極的航線以節(jié)省時(shí)間和燃料。不過(guò)我們?cè)谙硎茱w機(jī)便捷體驗(yàn)的同時(shí)，也要更加關(guān)注飛行期間受到的輻射問(wèn)題。

1912年赫斯乘坐氣球測(cè)量空氣放射性，發(fā)現(xiàn)宇宙線

從1912年奧地利科學(xué)家韋克多·赫斯(Victor Hess)通過(guò)探空氣球發(fā)現(xiàn)了宇宙線（Cosmic Rays）的存在，到1991年國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)（ICRP）建議將空勤人員列入職業(yè)受照人群進(jìn)行輻射劑量管理，公眾也越來(lái)越重視輻射問(wèn)題。那么正常飛行中的輻射劑量到底是多少呢？今天小編就帶大家一探究竟。

01

乘坐飛機(jī)時(shí)受到的輻射從何而來(lái)

首先和大家聊聊航空輻射的來(lái)源。

地球作為宇宙的一個(gè)微小組成部分，無(wú)時(shí)無(wú)刻不處在宇宙線的沐浴之下。宇宙線是一些帶有穿透能力的微小粒子。這些具有穿透力的微小粒子可以分為兩種類(lèi)型，一種來(lái)自于遙遠(yuǎn)的太陽(yáng)系外（銀河宇宙線），另一種來(lái)自于給予我們光芒的太陽(yáng)（太陽(yáng)高能粒子）。

空間中的輻射

銀河宇宙線是來(lái)源于太陽(yáng)系外并充斥在銀河系中的高能粒子。超新星遺跡中存在著大量的高能電子，是宇宙線高能電子的發(fā)源地。人們普遍設(shè)想超新星爆發(fā)及其遺跡會(huì)產(chǎn)生高能原子核。超新星爆炸激波可以加速宇宙線。本質(zhì)上，超新星就像巨大的天然粒子加速器。地球經(jīng)常暴露在銀河宇宙線下。

超新星爆發(fā)產(chǎn)生的遺跡

另一類(lèi)是太陽(yáng)高能粒子，它是太陽(yáng)風(fēng)暴時(shí)發(fā)射出的高能帶電粒子。通過(guò)空間或者地面的觀測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)高能粒子的通量會(huì)在幾十分鐘至數(shù)天內(nèi)突然劇烈增加，隨后逐漸衰減到背景水平，這種橡皮筋式的突然斷裂現(xiàn)象會(huì)釋放出巨大能量，由于太陽(yáng)高能粒子的絕大部分是質(zhì)子，又稱(chēng)為太陽(yáng)質(zhì)子事件。太陽(yáng)質(zhì)子事件在太陽(yáng)活動(dòng)活躍期發(fā)生的頻率較高。

日冕物質(zhì)拋射現(xiàn)象

宇宙線中的粒子被稱(chēng)為初級(jí)粒子，主要是質(zhì)子、少量的氦和極少的其它重核離子。由于地球覆蓋著厚厚的大氣，初級(jí)粒子撞擊大氣的原子核后產(chǎn)生一些質(zhì)子、中子、輕子及光子（γ射線）。這些次級(jí)粒子再重復(fù)作用產(chǎn)生更多次級(jí)粒子，直到平均能量等于某些臨界值，次級(jí)粒子的數(shù)目達(dá)到最大值，在此之后粒子逐漸衰變或被大氣吸收，使次級(jí)粒子的數(shù)目逐漸下降，這種反應(yīng)稱(chēng)為“空氣簇射”。航空飛行高度的輻射劑量主要是由次級(jí)粒子產(chǎn)生，其中中子產(chǎn)生的輻射劑量占總輻射劑量的50%以上。

空氣簇射的示意圖

02

宇宙線能到達(dá)地面觸及我們嗎

由于地球受到磁場(chǎng)的保護(hù)，使得帶電粒子在兩極之間反彈，形成兩個(gè)巨大的高能電子和高能質(zhì)子的甜甜圈狀帶。地球的磁場(chǎng)還可以偏轉(zhuǎn)一些宇宙線，從而保護(hù)我們免受太陽(yáng)風(fēng)暴的影響。

地球輻射帶示意圖

地球磁場(chǎng)保護(hù)地球

不過(guò)還有一些“溜進(jìn)”地球磁極大氣層中的宇宙線粒子可以產(chǎn)生令人炫目的多彩極光。這些高能粒子與大氣中的原子和分子碰撞并激發(fā)，產(chǎn)生光芒，形成極光。

飛行器捕獲到的南極極光

美國(guó)阿拉斯加極光

宇宙輻射是太陽(yáng)系外的初級(jí)光子和α粒子與地球大氣成分相互作用時(shí)產(chǎn)生的電離輻射。但這些輻射最終只有極少部分能夠攜帶部分剩余的能量照射在地球表面生活的各種生物的身上。

地球大氣吸收輻射

盡管絕大部分的射線已經(jīng)被阻隔在外，但是地球表面的生物時(shí)時(shí)刻刻都是處在射線的照射之下。太空環(huán)境下，宇宙輻射強(qiáng)度超過(guò)人體能夠接受的范圍，會(huì)導(dǎo)致人類(lèi)無(wú)法正常生存。而地面的宇宙輻射強(qiáng)度卻在人類(lèi)可以直接接受的范圍。

03

不同航線受到的輻射大小不同

宇宙線對(duì)人體的影響取決于吸收的量、粒子種類(lèi)、能量和特定的身體部位。一般采用生物學(xué)輻射計(jì)量單位西韋特（Sv）來(lái)衡量輻射的健康風(fēng)險(xiǎn)，1Sv意味著有5.5%的機(jī)會(huì)在以后的生活中最終發(fā)展為輻射引起的癌癥。通常認(rèn)為，世界上平均每個(gè)人受到的天然輻射的年平均有效劑量是2.4mSv，這些天然輻射包括宇宙射線、地表的電離輻射、通過(guò)飲食攝入的天然放射性核素和在室內(nèi)外吸入的放射性氡氣。

日常生活的輻射大小

我們生活中常見(jiàn)的一些輻射大小為：一次機(jī)場(chǎng)安檢為0.25μSv（1mSv=1000μSv）；一次越洋航班上的宇宙線輻射0.05mSv，太陽(yáng)活動(dòng)劇烈時(shí)能增加十倍，常年飛行的人員受到的輻射一年累計(jì)下來(lái)可以達(dá)到幾個(gè)mSv。

但就飛行來(lái)說(shuō)

不同的航線受到的輻射大小不同

1.首先是飛行的海拔高度和輻射水平之間存在關(guān)系。當(dāng)飛行高度越高，接觸到的輻射就越多。比如，一架飛行高度約為 7.5 公里的小型飛機(jī)，受到的輻射大約是海平面的10倍。如果是飛行高度為12公里跨洋遠(yuǎn)距大飛機(jī)，那么接受到的輻射量大約是海平面的40-50倍。

輻射和高度的關(guān)系

為什么在高海拔地區(qū)會(huì)受到更多的輻射？主要原因是當(dāng)我們更靠近宇宙輻射源時(shí)，宇宙線與地球之間保護(hù)我們大氣層就會(huì)越少。宇宙線碰撞空氣中的分子會(huì)使它們分裂成更小、能量更低的粒子。隨著這些粒子繼續(xù)分裂，它們到達(dá)地表時(shí)的能量就越來(lái)越少。因此，如果沒(méi)有足夠的大氣層來(lái)保護(hù)我們，那么我們受到的輻射就會(huì)更大。

2.除此之外，飛行所處的緯度也會(huì)影響輻射量。宇宙射線可以從各個(gè)方向襲擊地球，但我們?cè)诓煌暥仁艿降妮椛涫遣灰粯拥?。這與抵御宇宙射線的第二道防線——地球磁場(chǎng)有關(guān)。地球磁場(chǎng)就像一個(gè)盾牌，可以偏轉(zhuǎn)一些宇宙射線。由于磁場(chǎng)的形狀影響，在赤道處宇宙射線會(huì)垂直于磁場(chǎng)擊中大氣層，并且赤道附近的大氣層往往更厚一些，所以宇宙射線在赤道處受屏蔽作用最好。

輻射和緯度的關(guān)系

南北兩極幾乎沒(méi)有屏蔽。極地地區(qū)的宇宙輻射水平大約是赤道地區(qū)的兩倍。不過(guò)，生活在極地地區(qū)的人仍然受到大氣層的保護(hù)，免受大部分宇宙射線的影響。但是，極地地區(qū)飛行時(shí)所受到的輻射比赤道大。

就飛行來(lái)說(shuō)，不同的位置受到的輻射大小不同的：飛行的高空輻射比地面高，極地航班的輻射又要比非極地航班地方更高，更多的輻射確實(shí)會(huì)增加致癌風(fēng)險(xiǎn)。

不過(guò)大家不要慌，極區(qū)航線輻射雖然相對(duì)一般航線高但沒(méi)有超標(biāo)！有研究對(duì)極地和非極地的空勤人員所受輻射劑量做了個(gè)比較。統(tǒng)計(jì)顯示：極地空勤人員的年有效劑量是5.79mSv/a，非極地空勤人員的年有效劑量是2.14mSv/a。低于目前國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)設(shè)定的由于職業(yè)原因每年接受輻射的劑量限值（20mSv）。

結(jié)論：

北極航班確實(shí)會(huì)增加輻射接觸量，但不會(huì)構(gòu)成額外過(guò)量劑量，基本屬于正常航線飛行，不必產(chǎn)生心理恐慌。

圖片來(lái)源于相關(guān)網(wǎng)絡(luò)

參考文獻(xiàn)：

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