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Biophysik

, Volume 5, Issue 4, pp 315–326 | Cite as

Die galaktische Strahlendosis im freien Planetenraum

  • Hermann J. Schaefer
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Zusammenfassung

Für Raumfahrtunternehmungen der Zukunft, deren Dauer sich auf Monate oder Jahre belaufen kann, muß nicht nur die akute Strahlengefährdung der Astronauten durch solare Protonen nach großen Eruptionen oder durch in den Strahlengürteln gespeicherte Elektronen und Protonen, sondern auch die chronische Strahleneinwirkung der normalen kosmischen oder galaktischen Strahlung berücksichtigt werden. Der galaktische Strahlenspiegel im Planetenraum zeigte eine gegenläufige Abhängigkeit von der Sonnenaktivität. Das heißt, er ist am höchsten im Sonnenminimum, da dann die blenkende Wirkung der turbulenten Magnetfelder des von der Sonne in den Raum ausgestoßenen Wasserstoffplasmas (sog.Sonnenwind) am geringsten ist.

In erster Näherung kann die galaktische Dosisleistung aus Messungen des Höhenprofils der Gesamtionisation in der Atmosphäre bestimmt werden. Diese Abschätzung erlaubt aber keine Bückschlüsse auf den linearen Energietransfer (LET) der verschiedenen primären und sekundären Komponenten, die die Gesamtionisation erzeugen. Andererseits sind die Komponenten der Primärstrahlung und ihre Energiespektren gut genug bekannt, um für ihren Anteil an der Gesamtionisation die LET-Spektren und Äquivalenzdosen leicht bestimmen zu können. Schwieriger ist eine theoretische LET-Analyse der Sekundärstrahlen. Da der größte Teil der Primärstrahlung aus Teilchen extrem hoher Energie besteht, ist die Erzeugung von Mesonen entscheidend für die Sekundärstrahlung verantwortlich. Die Wirkungsquerschnitte und anderen Parameter für diese Reaktion sind aber für eine zuverlässige quantitative Behandlung des Problems nicht genau genug bekannt. Dies Fehlen genauer Daten ist besonders schwerwiegend im Falle der Neutronen, da deren Dosisanteil einen QF von 10 für die Bestimmung der Äquivalenzdosis verlangt. Versucht man dennoch vorsichtige Abschätzungen, so erhält man für hemisphärischen Strahleneinfall (2 pi-Geometrie) bei Sonnenminimum eineabsorbierte Dosis von 40 millirad/24 h und eineÄquivalenzdosis von 124 millirem/24h. In dieser Abschätzung sind die sog.Microbeams der schweren Kerne, die im Gewebe durch dasBragg-Maximum ihrer LET-Kurve gehen, nicht in besonderer Weise berücksichtigt. Ihr Beitrag zur Gesamtdosis ist lediglich mit einem QF von 20 angerechnet. In Wirklichkeit ist aber über die Wirksamkeit vonMicrobeams für Spätschädigungen nach mittleren und kleinen protrahierten Dosen nichts bekannt. Übereinstimmung scheint nur bezüglich der negativen Feststellung zu bestehen, daß die normalen dosimetrischen Vorstellungen und Maßeinheiten auf diese Art der Bestrahlung nicht anwendbar sind.

Sieht man von dem grundsätzlich unbekannten Phänomen derMicrobeams ab, so ergibt eine vorsichtige Übertragung der an Versuchstieren beobachteten Verkürzung der normalen Lebensdauer nach Bestrahlung einerseits mit Neutronen und andererseits mit Röntgen- und Gamma-Strahlen auf den Menschen eine Lebensverkürzung um etwa 25% der im genannten galaktischen Strahlenspiegel zugebrachten Zeit.

Galactic radiation exposure in free interplanetary space

Summary

For manned space flights of the future, which might extend over months or years, not only acute radiation hazards to the astronaut from solar protons or from trapped protons and electrons in the radiation belt, but also chronic effects from the normal galactic radiation have to be considered. Galactic radiation in interplanetary space is anticorrelated to solar activity. It is highest at solar minimum because the deflecting effect of turbulent magnetic fields created by the solar hydrogen plasma is missing.

In first approximation, the galactic radiation level can be established from the altitude profile of the total ionization in the atmosphere. However, this estimate does not allow conclusions as to the linear energy transfer (LET) of the various primary and secondary components. Merely the components of the primary radiation are well investigated with regard to their respective energy spectra and their share in the total ionization can be assessed accurately. An LET analysis of the secondary radiation is more difficult. Since the bulk of the primary radiation is made up of particles of extremely high energy, meson production is the predominant factor in the build-up of secondary radiation. Knowledge on interaction cross sections and other parameters is incomplete. This is especially unfortunate with regard to the neutron component bec use of theQuality Factor (QF) of 10 for conversion fromabsolute doses todose equivalents. A conservative estimatea leads, for hemispherical incidence (2 pi geometry), to anabsorbed dose of 40 millirad/24 h and adose equivalent of 124 millirem/24 h at solar minimum. This estimate does not consider the so-calledmicrobeam effects of heavy nuclei reaching theBragg Peak in tissue. Their contribution to the total dose equivalent is entered merely summarily by using a QF of 20. Little is known on the effectiveness ofmicrobeam irradiation for late damage from medium and low protracted exposures. Agreement seems to exist only on the negative statement that normal dosimetric concepts and units are not applicable to this type of radiation exposure.

Disregarding the basically unexplained phenomenon ofmicrobeams one arrives, from a conservative transfer of animal data with neutrons and X- or gamma-rays to man, at an abbreviation of life time of about 25% of the total exposure time for the highest galatic radiation level.

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Literatur

  1. 1.
    Alsmiller, R. G.: The nucleon meson cascade and shielding. Science 157, 1399 (1967).Google Scholar
  2. 2.
    Balasubrahmanyan, V. K., E. Boldt, andR. A. R. Palmeira: Solar modulation of galactic cosmic rays. J. Geophys. Res.72, 27 (1967).Google Scholar
  3. 3.
    Biswas, S., andC. E. Fichtel Nuclear composition and rigidity spectra of solar cosmic rays. Astrophysical J.139, 941 (1964).Google Scholar
  4. 4.
    Comstock, G. M., C. Y. Fan, andJ. A. Simpson: Ahundances and energy spectra of galactic cosmic-ray nuclei above 20 Mev per nuclear in the nuclear charge range 2 ≤Z ≤ 26. Astrophysical J.146, 51 (1966).Google Scholar
  5. 5.
    Fowler, P. H., R. A. Adams, V. G. Cowen, andJ. M. Kidd: The charge spectrum of very heavy cosmic ray nuclei. Proc. roy. Soc. A.301, 39 (1967).Google Scholar
  6. 6.
    Neher, H. V., andH. R. Anderson: Cosmic rays at balloon altitudes and the solar cycle. J. Geophys. Res.67, 1309 (1962).Google Scholar
  7. 7.
    Gloeckler, G., andJ. R. Jokipii: Low-energy cosmic-ray modulation related to observed interplanetary magnetic field irregularities. Phys. Rev. Letters17, 203 (1966).Google Scholar
  8. 8.
    O'Gallagher, J. J., andJ. A. Simpson: The heliocentric intensity gradient of cosmic-ray protons and helium during minimum solar modulation. Astrophysical J.147, 819 (1967).Google Scholar
  9. 9.
    Recommendations of the International Commission on Radiological Protection: Radiation Protection. ICRP Publication 9. New York: Pergamon Press 1966.Google Scholar
  10. 10.
    Report of the RBE Committee to the International Commissions on Radiological Protection and on Radiological Units and Measurements. Hlth Phys.9, 357 (1963).Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 1969

Authors and Affiliations

  • Hermann J. Schaefer
    • 1
  1. 1.Naval Aerospace Medical InstitutePensacolaUSA

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