随着经济的快速发展，越来越多人选择乘坐飞机出行，甚至出现了往来于东亚（如北京、首尔、东京）和北美东海岸（如纽约、华盛顿）飞越地球北极的航线以节省时间和燃料。不过我们在享受飞机便捷体验的同时，也要更加关注飞行期间受到的辐射问题。
（图片来源：The New York Times）
从1912年奥地利科学家韦克多·赫斯（Victor Hess）通过探空气球发现了宇宙线（Cosmic Rays）的存在，到1991年国际辐射防护委员会（ICRP）建议将空勤人员列入职业受照人群进行辐射剂量管理，公众也越来越重视辐射问题。那么正常飞行中的辐射剂量到底是多少呢？今天小编就带大家一探究竟。
Part.1
乘坐飞机时受到的辐射从何而来
首先和大家聊聊航空辐射的来源。
地球作为宇宙的一个微小组成部分，无时无刻不处在宇宙线的沐浴之下。宇宙线是一些带有穿透能力的微小粒子。这些具有穿透力的微小粒子可以分为两种类型，一种来自于遥远的太阳系外（银河宇宙线），另一种来自于给予我们光芒的太阳（太阳高能粒子）。
（图片来源：L.Han /国际原子能机构）
银河宇宙线是来源于太阳系外并充斥在银河系中的高能粒子。超新星遗迹中存在着大量的高能电子，是宇宙线高能电子的发源地。人们普遍设想超新星爆发及其遗迹会产生高能原子核。超新星爆炸激波可以加速宇宙线。本质上，超新星就像巨大的天然粒子加速器。地球经常暴露在银河宇宙线下。
另一类是太阳高能粒子，它是太阳风暴时发射出的高能带电粒子。通过空间或者地面的观测，可以发现高能粒子的通量会在几十分钟至数天内突然剧烈增加，随后逐渐衰减到背景水平，这种橡皮筋式的突然断裂现象会释放出巨大能量，由于太阳高能粒子的绝大部分是质子，又称为太阳质子事件。太阳质子事件在太阳活动活跃期发生的频率较高。
（图片来源：ESA/NASA）
宇宙线中的粒子被称为初级粒子，主要是质子、少量的氦和极少的其它重核离子。由于地球覆盖着厚厚的大气，初级粒子撞击大气的原子核后产生一些质子、中子、轻子及光子（γ射线）。这些次级粒子再重复作用产生更多次级粒子，直到平均能量等于某些临界值，次级粒子的数目达到最大值，在此之后粒子逐渐衰变或被大气吸收，使次级粒子的数目逐渐下降，这种反应称为“空气簇射”。航空飞行高度的辐射剂量主要是由次级粒子产生，其中中子产生的辐射剂量占总辐射剂量的50%以上。
（图片来源：中科院高能物理研究所）
Part.2
宇宙线能到达地面触及我们吗？
由于地球受到磁场的保护，使得带电粒子在两极之间反弹，形成两个巨大的高能电子和高能质子的甜甜圈状带。地球的磁场还可以偏转一些宇宙线，从而保护我们免受太阳风暴的影响。
（ 图片来源：NASA）
地球磁场保护地球
（ 图片来源：NASA）
不过还有一些“溜进”地球磁极大气层中的宇宙线粒子可以产生令人炫目的多彩极光。这些高能粒子与大气中的原子和分子碰撞并激发，产生光芒，形成极光。
飞行器捕获到的南极极光
（ 图片来源：NASA）
宇宙辐射是太阳系外的初级光子和α粒子与地球大气成分相互作用时产生的电离辐射。但这些辐射最终只有极少部分能够携带部分剩余的能量照射在地球表面生活的各种生物的身上。
（ 图片来源：NASA）
尽管绝大部分的射线已经被阻隔在外，但是地球表面的生物时时刻刻都是处在射线的照射之下。太空环境下，宇宙辐射强度超过人体能够接受的范围，会导致人类无法正常生存。而地面的宇宙辐射强度却在人类可以直接接受的范围。
Part.3
不同航线受到的辐射大小不同
宇宙线对人体的影响取决于吸收的量、粒子种类、能量和特定的身体部位。一般采用生物学辐射计量单位西韦特（Sv）来衡量辐射的健康风险，1Sv意味着有5.5%的机会在以后的生活中最终发展为辐射引起的癌症。通常认为，世界上平均每个人受到的天然辐射的年平均有效剂量是2.4mSv，这些天然辐射包括宇宙射线、地表的电离辐射、通过饮食摄入的天然放射性核素和在室内外吸入的放射性氡气。
日常生活的辐射大小
我们生活中常见的一些辐射大小为：一次机场安检为0.25μSv（1mSv=1000μSv）；一次越洋航班上的宇宙线辐射0.05mSv，太阳活动剧烈时能增加十倍，常年飞行的人员受到的辐射一年累计下来可以达到几个mSv。
但就飞行来说
不同的航线受到的辐射大小不同
1。 首先是飞行的海拔高度和辐射水平之间存在关系。当飞行高度越高，接触到的辐射就越多。比如，一架飞行高度约为 7.5 公里的小型飞机，受到的辐射大约是海平面的10倍。如果是飞行高度为12公里跨洋远距大飞机，那么接受到的辐射量大约是海平面的40-50倍。
（图片来源：Spaceweather.com）
为什么在高海拔地区会受到更多的辐射？主要原因是当我们更靠近宇宙辐射源时，宇宙线与地球之间保护我们大气层就会越少。宇宙线碰撞空气中的分子会使它们分裂成更小、能量更低的粒子。随着这些粒子继续分裂，它们到达地表时的能量就越来越少。因此，如果没有足够的大气层来保护我们，那么我们受到的辐射就会更大。
2。 除此之外，飞行所处的纬度也会影响辐射量。宇宙射线可以从各个方向袭击地球，但我们在不同纬度受到的辐射是不一样的。这与抵御宇宙射线的第二道防线——地球磁场有关。地球磁场就像一个盾牌，可以偏转一些宇宙射线。由于磁场的形状影响，在赤道处宇宙射线会垂直于磁场击中大气层，并且赤道附近的大气层往往更厚一些，所以宇宙射线在赤道处受屏蔽作用最好。
（ 图片来源：NASA）
南北两极几乎没有屏蔽。极地地区的宇宙辐射水平大约是赤道地区的两倍。不过，生活在极地地区的人仍然受到大气层的保护，免受大部分宇宙射线的影响。但是，极地地区飞行时所受到的辐射比赤道大。
就飞行来说，不同的位置受到的辐射大小不同的：飞行的高空辐射比地面高，极地航班的辐射又要比非极地航班地方更高，更多的辐射确实会增加致癌风险。
不过大家不要慌，极区航线辐射虽然相对一般航线高但没有超标！有研究对极地和非极地的空勤人员所受辐射剂量做了个比较。统计显示：极地空勤人员的年有效剂量是5.79mSv/a，非极地空勤人员的年有效剂量是2.14mSv/a。低于目前国际原子能机构设定的由于职业原因每年接受辐射的剂量限值（20mSv）。
结论：
北极航班确实会增加辐射接触量，但不会构成额外过量剂量，基本属于正常航线飞行，不必产生心理恐慌。
参考文献：
[1]https：//www.zhihu.com/question/35397295/answer/62774228
[2]https：//www.guokr.com/article/436840
[3]王馨悦。 宇宙辐射对民航飞行影响[J]。 科技视界， 2017， 000（009）：156-157。
[4]拓飞， 姚永祥， 周炼，等。 极地与非极地航线空勤人员所受光子和中子宇宙辐射剂量比较[J]。 中华放射医学与防护杂志， 2010， 30（4）：469-471。
来源：中科院地质地球所
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