空間輻射生物學是空間輻射作用於生物體所引起的各種生物學變化。它根據輻射防護的目的可分為確定性效應和隨機性效應兩類。確定性效應是基於大量細胞受照後被殺死，而又不能由活細胞的增殖來補償。該效應在照射劑量超過某一效應閾值時必然發生，表現為皮膚損傷、暫時性或永久性不育、眼晶體渾濁或白內障、造血機能低下以及一些生理系統出現功能障礙等臨床症狀。隨機性效應是基於單一細胞的變異，不存在效應的劑量閾值，而效應的發生幾率隨接受劑量的增加而增大，效應的嚴重程度與劑量無關。隨機性效應有兩大類，第一類發生在受照者體細胞內而誘發癌症；第二類發生在受照者生殖細胞內而引起後裔的遺傳疾患。空間輻射重離子的生物效應、高傳能線密度輻射的相對生物效能、空間輻射與其他航天因素的複合作用是空間輻射生物學效應研究的核心問題。空間輻射生物學效應與地面輻射生物學效應不同，一是空間輻射粒子能量更高、穿透力更強、局部沉積能量更多；二是空間輻射粒子種類繁多、能譜寬，而且還與其他空間環境因素，如微重力、高真空等協同作用，因此空間輻射效應更加複雜。對於空間輻射效應，一方面可研究其不良影響，為保障航天員身體健康和生命安全服務；另一方面也可利用其有利的影響，如篩選有利的基因突變，培育新的物種，如空間輻射育種。
基本介紹
- 中文名：空間輻射生物學
- 外文名：biological effect of space radiation
特點,防護,未來發展,
特點
空間輻射是在空間飛行中導致生物體損傷的主要因素之一。根據輻射來源不同，可把空間輻射分為三部分，銀河宇宙射線、太陽粒子事件和地磁場俘獲帶輻射。其中銀河宇宙射線由來自太陽系的粒子組成，其中98%是質子及更重的粒子，只有2%是電子和正電子；太陽粒子事件發射大量的帶電粒子如質子、氦核及更重的粒子，這些粒子的能量範圍一般在10～200 MeV；俘獲帶主要由質子和電子組成，也包括少量的其他粒子，如氦，碳和氧；人們一般把比氦粒子更重的粒子稱為高能重粒子，這三類輻射中，銀河宇宙射線中的高能重粒子所占的比例最大。與其他粒子和射線相比，高能重粒子具有更高的傳能線密度(Linear Energy Transfer，LET)，其相對生物學效應(Relative Biological Effects，RBE)要遠大於其他的粒子和射線。因此，高能重粒子是空間環境產生誘變效應的最主要因素，能夠造成基因組水平的不可恢復性損傷。
對空間飛行搭載的生物體而言，接受空間輻射的影響與如下三個因素有關：一是飛行高度。當飛行高度增加時，地球磁場強度下降，對輻射的禁止作用減弱，同時，飛行器穿過俘獲帶的頻率增加，所受輻射強度增加。二是太陽黑子活動周期。在高峰年和低峰年之問太陽粒子事件輻射強度差別顯著。三是受試生物體對輻射的敏感性不同也會造成對空間輻射產生不同的反應。對同一種受試生物在同一時間進行的空間飛行實驗中，其所受空間輻射的影響主要與飛行軌道的高度有關。
根據不同的飛行參數，其所接受的俘獲帶輻射劑量約為20 mSv/m。需要特別指出的是在南大西洋異常區(South Atlantic Anomaly)，內部質子輻射帶的邊緣可以下降到約400 km的高度，飛行器在該區域所接受的輻射可占地軌道輻射總劑量的90%。飛行器內部的輻射劑量除與飛行軌道參數有關外，還與禁止材料的禁止能力及產生次級輻射的能力有關。
深空飛行的軌道遠離地球磁場的保護及俘獲帶輻射的作用，因而認為與銀河宇宙射線和太陽粒子事件有關。其他行星表面的輻射與這些行星的自身磁場和大氣狀況相關。例如，月球所接受的輻射條件與地球類似，但其缺乏磁場，粒子或射線到達其表面引起二次輻射形成電離帶，產生輻射禁止作用；火星同樣缺乏磁場的保護，低能量粒子直接被大氣阻擋；木星強大的磁場俘獲電子，產生類似地球的俘獲帶。禁止材料為4 g/cm2的飛行器穿越木星俘獲帶時，監測到每天3 mSv的艙內輻射劑量。
防護
電離輻射生物學效應防護
空間電離輻射可對生物體帶來嚴重危害，為此，需要針對空間輻射對生物體的危害進行防護。對於空間站的航天員來說．由於需要在空間站長期駐留．會受到太陽宇宙射線、GCR、地球輻射帶等的高能帶電粒子帶來的輻射損傷。此外，對未來的深窄載人航天飛行而言，由於缺乏地球磁場的保護作用．且受輻射時間較長．輻射危害的可能性加大．必須解決輻射防護問題。
空間電離輻射生物學效應防護通常可以採用以下幾種措施。
(1)物理禁止防護
針對空間電離輻射生物學效應的物理禁止防護可以分為主動禁止和被動禁止。主動禁止防護是用強磁場使帶電粒子偏離弋行器．主動禁止目前的缺點是可靠性差。被動禁止主要是利用一定質量厚度的物質減弱或阻止一定能量的粒子輻射的質量禁止防護措施．利用飛行器、登月艙、居住艙或航天服的結構材料或其他防輻射材料對高能輻射粒子進行禁止。被動禁止的優點是技術簡單、可靠性高和造價低廉．缺點是會使飛行器等顯得笨重。
通過增加飛行器艙體厚度的被動防護方法將會增加飛行器的質量，這將對運載器帶來極大的挑戰。因此，可以通過建立容積較小的應急禁止室．利用飛行器艙內各種儀器設備、燃料、食物等物質進行科學布局，使各個方向上有大體均勻的質量禁止厚度．對航天員的若干重要器官進行局部防護等來實現塒空間生物的更好防護。
(2)輻射風險的監測與預警
對輻射風險進行監測和預警是實現空間輻射生物學效應的一種重要方法。呵以通過建立空間輻射風險性分析與預警模型和空間輻射劑量監測來實現。其空間輻射劑量監測包通過增加飛行器艙體厚度的被動防護方法將會增加飛行器的質量，這將對運載器帶來極大的挑戰。因此，可以通過建立容積較小的應急禁止室．利用飛行器艙內各種儀器設備、燃料、食物等物質進行科學布局，使各個方向上有大體均勻的質量禁止厚度．對航天員的若干重要器官進行局部防護等來實現塒空間生物的更好防護。
(3)輻射防護藥物
採用航天輻射防護藥物進行防護是航天員輻射防護的重要部分．研製高效低副作用的航天抗輻射藥物也是載人航天防護的重要方向。
輻射防護藥物可以分為抗輻射藥物和生物防護藥物兩類。抗輻射藥能降低輻射危害，但存在一定的毒副作用，且只有在大劑量輻射後才能發揮最大效果．如氨硫基類化合物、色氨類化合物等；生物防護藥物則是通過增強機體對外界不良因素的抵抗力．從而達到減輕輻射損傷的目的，優點是無毒副作用，如維生素類藥物和人參等中成藥物。
此外，研究也發現，通過對植物種子塗覆一層抗輻射材料，也可避免輻射對植物種子的輻射損傷，這可以用來研究非輻射效應對空問誘變育種的效應和機理。
目前，輻射防護藥物尚遠遠不能滿足航天員的需要．因此．需要加強針對質子、重離子、X射線和Y射線等輻射粒子具有良好防護效果、較低毒副作用的輻射防護藥物的研究。
(4)航天員的選拔
由於不同的生物個體對相同的輻射環境及劑量有著不同的敏感度，因此，可以從遺傳學和基因工程角度人手．研究耐受空間輻射、不易產生輻射生物學效應或輻射敏感性較低的篩選方法，作為航天員選拔的參考。
非電離輻射生物學效應防護
非電離輻射的危害程度與其強度和作用時間有關，人體接受的輻射劑量愈大．發病率越高．輻射損傷程度越嚴重。在航天活動中．非電離輻射劑量相對較小．易於防護。對其的防護一般包括制定安全容許標準和採取防護方法使受照射量低於安全容許標準。
(1)制定非電離輻射安全容許標準
制定紫外線輻射暴露容許標準，應考慮到眼睛和皮膚的急性損傷與長期損傷兩方面的危險。標準應當防止急性效應發生，並降低產生遠期效應的危險。紫外輻射產牛損傷的閾劑量與波長有很大的關係。對微波與短波等射頻輻射暴露容許標準的制定則需要考慮其致熱效應與非致熱效應。
(2)紫外線輻射防護
紫外光貫穿能力很弱，而且許多可見光透明的材料．對紅外線和紫外線都有強烈的吸收作用，如普通玻璃可以完全吸收紫外線和波長在2 000 nm以上的紅外線，閃此採用2 mm厚的普通玻璃即可禁止。當航天員出艙活動時，可以利用航天服或頭盜防護罩光學視窗鍍制濾光片實現對紫外線的反射。
(3)射頻輻射防護
射頻輻射防護可以從以下3個方面開展：一是儘量減少輻射體的泄漏並防止直接輻射航天員，航天員出艙活動時，應避免天線直接射向航天員，保持一定距離或者加強禁止設施；二是可採用防護服、防護眼鏡或防護罩對航天員或生物體進行防護；三是加強對航天員加強健康檢測，包括血象、眼科、心血管系統和腦電圖等。
未來發展
空間輻射環境對生物的輻射效應以及空間輻射與微重力等環境對生物的協同作用將對生物的性能帶來較大的影響。一方面，人們可以利用空間獨特的環境資源開展空間育種和生物改性，利用其有利的方面為人類謀福利；另一方面，對航天員等空間生物在軌期間，也要對空間輻射對生物的不利因素進行有效防護。為此，需要從以下幾個角度開展工作。
一是加強空間輻射環境及其與其他環境因素協同效應對牛物的作用機理研究，為空間育種、微生物改性及空間生物防護提供理論支持；
二是加強空間輻射生物學效應的地面模擬方法研究，對空間輻射及其與其他空間環境因素對生物的地面模擬等效性進行探討；
三是加強空間輻射生物飛行試驗技術研究，開發空問輻射牛物飛行試驗裝置；
四是針對空間輻射開展空間生物，尤其是航天員的輻射防護技術與防護方法研究．為生物的在軌安全提供防護手段和防護方法。
