空間輻射防護技術課程內容探索與設計

劉云鵬　湯曉斌　龔頻　陳飛達

[摘 要] 空間輻射防護技術課程重點圍繞空間輻射環境、載人航天期間的空間電離輻射防護和監測、材料與器件的抗輻射加固技術等方面進行教學。該課程有助于完備核工程與核技術以及輻射防護和核安全的專業教學。著重對空間輻射防護技術課程的必要性以及課程內容進行探索與設計。

[關 鍵 詞] 空間輻射環境；載人航天；抗輻射加固

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）28-0163-01

一、引言

當前，各國的航天活動呈現蓬勃發展的景象，各國相繼制定或調整航天發展戰略、發展規劃和發展目標，航天事業在國家整體發展戰略中的地位與作用日益突出，航天活動對人類文明和社會進步的影響進一步增強。人類開展航天活動必然面臨復雜、惡劣的空間環境。空間環境是指航天器在軌道上運行時所遇到的自然環境和人為環境，包括：熱真空、電磁輻射、高能粒子輻射、等離子體、微流星體、空間碎片、行星大氣、磁場和引力場等。

空間輻射環境及其效應對航天員、航天器材料及器件等均存在潛在危害，為保證系統在輻射環境中具有較強的抗輻射損傷能力，并確保可靠完成規定任務，空間輻射防護已成為支撐航天活動順利實施的重要學科之一。因此，開展空間輻射防護技術的教學工作勢在必行。人類的航天活動已經開展了近六十年，但在空間輻射防護方面還知之甚少，因此，亟須培養該方面的人才。核科學旨在研究各種環境粒子與物質的相互作用機理及產生的效應，并利用這些機理和效應開展教學與研究。空間環境作為重要的輻射環境之一，是核學科必須開展的教學內容。因此，在進行核工程、核技術、輻射防護與核安全專業方面的課程設計時，需要將空間輻射防護技術列為其專業必修課或選修課。

通過對國內外空間輻射防護技術相關資料進行檢索，可以發現，該方面并沒有合適的教材可選用，因此亟須開展空間輻射防護技術課程內容的探索與設計。空間輻射環境主要是對人及航天器材料與器件造成威脅，空間輻射防護技術課程內容需要涉及載人航空的輻射防護與監測、空間抗輻射加固技術兩大塊內容。本文將分三部分內容進行空間輻射防護技術課程內容的探索與設計。

二、課程內容的探索與設計

（一）課程緒論介紹

空間輻射防護技術課程旨在讓學生了解并掌握載人航空的輻射防護技術與監測手段以及空間抗輻射加固技術。首先，介紹什么是空間輻射防護技術，為什么要設置這樣一門課程，讓學生明確該課程主要任務或目的。其次，對空間輻射環境類型做整體介紹。第三，概括性地介紹空間輻射環境對載人航天的輻射危險，涉及空間輻射生物學效應，航天員的輻射安全保障以及星際載人航天的輻射危險與防護。第四，概括性地介紹空間輻射損傷機制以及幾種典型的輻射效應，包括單粒子效應、電離總劑量效應、表面充放電效應、位移損傷效應等。

（二）載人航空的輻射防護與監測

講解空間輻射劑量學及生物學效應，包括空間輻射劑量學的涉及量和單位、空間輻射劑量的主動與被動測量方法、空間輻射的生物學效應特點、空間輻射生物學實驗研究。詳細講述空間輻射防護的劑量預估方法，包括空間輻射劑量預估的概念、空間電離輻射環境模型、人體組織劑量的計算。重點闡述載人航天的輻射防護知識，包括輻射防護的發展概況、危險分析與輻射防護、載人航天的輻射劑量限值、空間輻射防護方法、星際飛行的輻射防護以及載人航天輻射防護的實施。了解載人航天的輻射劑量監測，涉及載人航天的輻射監測要求、載人航天的輻射監測裝備、航天期間測量的輻射劑量等。簡單講述空間環境中的非電離輻射知識。

（三）空間抗輻射加固技術

課程內容應明確空間抗輻射加固技術的定義以及設計流程。該部分應較全面、系統地介紹抗輻射加固的基本理論、方法和典型應用，重點圍繞空間輻射環境下的輻射效應及抗輻射設計，詳細講授輻照試驗、抗輻射設計、輻射加固保證以及MOS工藝器件、二極管、雙晶體管、FPGA等典型器件的輻射損傷機制和輻射損傷效應。

三、結論

空間輻射防護技術重點圍繞空間輻射環境、載人航天期間的空間電離輻射防護和監測、材料與器件的抗輻射加固技術等方面進行教學。該課程將有助于本科生學生了解載人航天輻射防護與監測技術、空間抗輻射加固技術等領域的科學知識。

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