宇宙飛行における電離放射線の影響

宇宙飛行士は、国際宇宙ステーション（ISS）での6か月間のミッション中に約72ミリシーベルト（mSv）に被ばくします。しかし、より長い3年間の火星ミッションでは、宇宙飛行士が1,000mSvを超える放射線に被ばくする可能性があります。地球の磁場による保護がなければ、被ばく率は劇的に増加します。^{[1] [2] [検証失敗]}電離放射線によるがんのリスクは、100mSv以上の放射線量で十分に文書化されています。^{[1] [3] [4]}

関連する放射線影響研究では、広島と長崎の原爆爆発の生存者、原子炉作業員、治療用放射線治療を受けた患者が、同じく50～2,000mSvの範囲の低線エネルギー付与（LET）放射線（X線とガンマ線）を浴びていることが示されています。 ^[5]

宇宙飛行士は宇宙空間にいる間、主に高エネルギー陽子、ヘリウム原子核（アルファ粒子）、高原子番号イオン（HZEイオン）からなる放射線、および宇宙船の部品や組織からの核反応による二次放射線にさらされます。^[6]

分子、細胞、組織における電離パターンと、その結果生じる生物学的効果は、典型的な地球放射線（低LET放射線である X線とガンマ線）とは異なります。天の川銀河の外側からの銀河宇宙線（GCR）は、主に高エネルギー陽子と少量のHZEイオンで構成されています。^[6]

主なHZEイオン:

• 炭素（C）
• 酸素（O）
• マグネシウム（Mg）
• シリコン（Si）
• 鉄（Fe）

GCRエネルギースペクトルのピーク（中央エネルギーピークは最大1,000 MeV / amu）と原子核（エネルギーは最大10,000 MeV / amu）は線量当量に重要な寄与をする。^{[6] [7]}

惑星間旅行の大きな障害の1つは、放射線被曝によるがんのリスクです。この障害の最大の原因は、(1) がんリスク推定に関連する大きな不確実性、(2) シンプルで効果的な対策がないこと、(3) 対策の有効性を判断できないことです。^[6] これらのリスクを軽減するために最適化する必要がある運用パラメータには、次のものがあります。^[6]

• 宇宙ミッションの長さ
• 乗組員の年齢
• クルーセックス
• シールド
• 生物学的対抗手段

出典: ^[6]

• 宇宙放射線とX線の違いによる生物学的損傷への影響
• 宇宙における線量率に対するリスクの依存性は、DNA修復、細胞調節、組織反応の生物学に関連している。
• 太陽粒子現象（SPE）の予測
• 実験データから人間への外挿、および人間集団間の外挿
• 個人の放射線感受性要因（遺伝的、エピジェネティック、食事または「健康な労働者」の影響）

出典: ^[6]

• 銀河宇宙線環境に関するデータ
• 材料や組織を通した放射線の透過特性に関する遮蔽評価の物理学
• 微小重力が放射線に対する生物学的反応に与える影響
• 人間のデータにおけるエラー（統計、線量測定、記録の不正確さ）

がんリスクの推定に寄与する不確実性を伝播するための定量的手法が開発されている。微小重力が宇宙放射線に与える影響はまだ推定されていないが、小さいと予想される。しかし、微小重力はがんの進行を調節することが示されているため、微小重力と放射線の複合的な発がんへの影響についてさらに研究する必要がある。^{[8]酸素レベルの変化や}免疫機能障害ががんリスク に与える影響はほとんどわかっておらず、宇宙飛行中に大きな懸念となっている。^[6]

チェルノブイリ、原発現場、広島・長崎などで事故で放射線に被ばくした人々を対象にした研究が行われている。これらの研究では、12を超える組織部位でがん罹患率と死亡リスクの強力な証拠が示されている。研究対象となった成人の最大のリスクには、骨髄性白血病^[9]や急性リンパ性リンパ腫^[9]などの数種類の白血病のほか、肺、乳房、胃、結腸、膀胱、肝臓の腫瘍が含まれる。男女間の差異は、男性と女性のがんの自然発生率の違いによるものである可能性が非常に高い。もう1つの変数は、女性における乳がん、卵巣がん、肺がんの追加リスクである。^[10] また、加齢とともに放射線によるがんのリスクが低下するという証拠もあるが、30歳を超えるとどの程度低下するかは不明である。^[6]

高LET放射線が低LET放射線と同じ種類の腫瘍を引き起こすかどうかは不明ですが、違いがあることは予想されます。^[9]

高LET放射線の線量と、同じ生物学的効果を生み出すX線またはガンマ線の線量の比率は、相対生物学的効果（RBE）係数と呼ばれます。宇宙放射線にさらされた人間の腫瘍の種類は、低LET放射線にさらされた人間の腫瘍の種類とは異なります。これは、中性子でマウスを観察し、組織の種類と系統によってRBEが異なることを研究によって証明されています。 ^[9]

がんの測定された変化率は、限られた統計によって制限されています。Scientific Reportsに掲載された研究では、301人の米国宇宙飛行士と117人のソ連およびロシアの宇宙飛行士を調査しましたが、一般人口と比較してがんによる死亡率の測定可能な増加は見られませんでした。LiveScienceが報告しています。^{[11] [12]}

1998年に行われた以前の研究でも同様の結論が出ており、宇宙飛行士の癌は基準群と比較して統計的に有意な増加は見られなかった。^[13]

放射線リスクの許容レベルを設定するための様々なアプローチを以下にまとめる。^[14]

• 無制限の放射線リスク - NASA の管理者、宇宙飛行士の家族、そして納税者は、このアプローチを受け入れられないと考えるでしょう。
• 安全性の低い産業における職業上の死亡者数との比較 - 放射線に起因するがんによる死亡者数は、他のほとんどの職業上の死亡者数よりも少ない。現時点では、地上の職業上の安全性は過去 20 年間にわたって継続的に改善されているため、この比較は ISS の運用に非常に制限的となる。
• 一般人口の癌発生率との比較 - 放射線誘発癌による死亡による損失寿命年数は、一般人口の癌による死亡による損失寿命年数よりも大幅に長くなる可能性があります。一般人口の癌による死亡は、多くの場合、人生の後半（70 歳以上）に発生し、損失寿命年数も大幅に少なくなります。
• 被曝後 20 年間の線量倍増 - 労働者のキャリア中の他の職業上のリスクによる生命損失または背景癌死亡率に基づいてほぼ同等の比較を提供しますが、このアプローチでは、その後の人生における死亡率の影響の役割が否定されます。
• 地上作業員の限度の使用 - 地球上で設定されている基準と同等の基準点を提供し、宇宙飛行士が他のリスクに直面することを認識しています。ただし、地上作業員は線量限度をはるかに下回っており、主に低 LET 放射線にさらされているため、生物学的影響の不確実性は宇宙放射線の場合よりもはるかに小さくなります。

NCRP報告書第153号は、がんやその他の放射線リスクに関するより最近のレビューを提供しています。^[19]この報告書はまた、LEOを超えた放射線防護の推奨を行うために必要な情報を特定して説明し、放射線誘発性健康リスクに関する現在の証拠の包括的な要約を含み、将来の実験が必要な分野に関する推奨事項も示しています。^[14]

宇宙飛行士の放射線被曝限度は、そのキャリアを通じて致死性癌による被曝誘発性死亡リスク（REID）の3％を超えてはならない。NASAの方針では、この限度を超えないことを95％の信頼水準（CL）で保証する。これらの限度は、低軌道（LEO）のすべてのミッションと、180日未満の月面ミッションに適用される。^[20]米国では、成人労働者の法的職業被曝限度は、実効線量で年間50mSvに設定されている。^[21]

放射線被ばくとリスクの関係は、潜伏効果や性別による組織タイプ、感受性、寿命の違いにより、年齢と性別によって異なります。これらの関係は、NCRP ^[10]が推奨する方法と、より最近の放射線疫学情報^{[1] [20] [22]を使用して推定されています。}

合理的に達成可能な限り低く抑える(ALARA)原則は、宇宙飛行士の安全を確保するための法的要件です。ALARA の重要な機能は、宇宙飛行士が放射線の限界に近づかないようにし、そのような限界が「許容値」とみなされないようにすることです。ALARA は、がんやその他のリスク予測モデルに大きな不確実性があることを考えると、宇宙ミッションにとって特に重要です。宇宙飛行士が放射線にさらされるミッション プログラムや地上の職業手順では、ALARA を実装するための費用対効果の高い方法を見つける必要があります。^[20]

がんのリスクは放射線量測定と物理学的手法を用いて計算される。^[20]

NASA では放射線被曝限度を決定する目的で、致死的な癌の確率を以下のように計算しています。

1. 身体は感受性組織の集合に分割されており、各組織Tには癌リスクへの推定寄与度に応じて重みwTが割り当てられている。_[ ^20]
2. 各組織に照射される吸収線量Dγ_は測定線量測定から決定される。臓器への放射線リスクを推定する目的で、電離密度を特徴付ける量はLET（keV/μm）である。^[20]
3. LETの与えられた間隔LとΔLの間において、組織への線量当量リスク（単位はシーベルト） T、Hγ (L)は次のように計算される。ここで線質係数Q(L)は国際放射線防護委員会（ICRP）に従って得られる。^[20 _]
   ${\displaystyle H_{\gamma }(L)=Q(L)D_{\gamma }(L)}$
   
4. 線量に寄与するすべての種類の放射線による組織への平均リスクTは、 ^[20]で与えられる。または、Fγ (L)は_臓器を通過するLET=Lの粒子のフルエンスであるため、
   ${\displaystyle H_{\gamma}=\int D_{\gamma}(L)Q(L)dL}$
   ${\displaystyle D_{\gamma }(L)=LF_{\gamma }(L)}$
   ${\displaystyle H_{\gamma }=\int dLQ(L)F_{\gamma }(L)L}$
5. 実効線量は、組織加重係数wγ ^[20]_を用いて放射線の種類と組織の合計として使用される。
   ${\displaystyle E=\sum _{\gamma }w_{\gamma }H_{\gamma }}$
6. 期間tのミッションの場合、実効線量は時間の関数E(t)となり、ミッションiの実効線量は^[20]となる。
   ${\displaystyle E_{i}=\int E(t)dt}$
7. 実効線量は、日本の生存者データから放射線誘発死亡の死亡率を尺度化するために使用され、固形がんについては乗法および加法伝達モデルの平均、白血病については加法伝達モデルを適用し、背景がんおよび全死因死亡率に関する米国の人口データに基づく生命表手法を適用しています。線量-線量率効果係数（DDREF）は2と仮定されています。^[20]

宇宙飛行士の職業上の放射線被ばくNによる累積がん死亡リスク（%REID）は、生命表法を適用して求められ、%REIDの値が小さい場合、組織加重実効線量E _{i を}合計することで近似することができます。

${\displaystyle リスク=\sum _{i=1}^{N}E_{i}R_{0}(年齢_{i},性別)}$

ここでR0_は年齢と性別別の単位線量あたりの放射線死亡率である。^[20]

臓器線量計算では、NASAはビリングスらのモデル^[23]を使用して、人体の自己遮蔽を水等価質量近似で表しています。特にSPEの場合、車両の遮蔽に対する人体の向きがわかっている場合は、それを考慮するべきです^[24]

職業性癌リスクの信頼水準は、NPRCの報告書第126号（2014年3月8日アーカイブ、Wayback Machine）で指定された方法を使用して評価されています。^[20] これらの水準は、品質係数と空間線量測定の不確実性を考慮して修正されました。^{[1] [20] [25]}

95% 信頼水準を評価する際に考慮された不確実性は以下のとおりです。

• ヒト疫学データ、不確実性を含む
  • 疫学データの統計的限界
  • 被曝コホートの線量測定
  • 癌による死亡の誤分類を含む偏見、および
  • 集団間でのリスクの移転。
• 急性放射線被曝データを低線量および線量率放射線被曝にスケーリングするために使用される DDREF 係数。
• LET の関数としての放射線品質係数 (Q)。
• 宇宙線量測定

^{NCRP報告書第126号[26]}のいわゆる「未知の不確実性」はNASAによって無視されている。

二重不利益生命表アプローチは、放射線がん死亡リスクを測定するためにNPRC ^[10]が推奨しているものである。人口の年齢別死亡率は、放射線と他のすべての死因による競合リスクとともに、生涯にわたって追跡される。^{[27] [28]}

_{年齢a E}で実効線量Eを受ける均質な集団の場合、年齢aからa+1までの期間に死亡する確率は、すべての死因に対する背景死亡率M(a)と放射線がん死亡率m(E,a _E ,a)によって次のように表される。^[28]

${\displaystyle q(E,a_{E},a)={\frac {M(a)+m(E,a_{E},a)}{1+{\frac {1}{2}}\left[M(a)+m(E,a_{E},a)\right]}}}$

年齢a _Eでの曝露E後の年齢aまでの生存確率は、次の通りである: ^[28]

${\displaystyle S(E,a_{E},a)=\prod _{u=a_{E}}^{a-1}\left[1-q(E,a_{E},u)\right]}$

過剰生涯リスク（ELR - 被ばくした人ががんで死亡する確率の増加）は、被ばくしたグループと被ばくしていないグループの条件付き生存確率の差によって次のように定義されます。^[28]

${\displaystyle ELR=\sum _{a=a_{E}}^{\infty }\left[M(a)+m(E,a_{E},a)\right]S(E,a_{E},a)-\sum _{a=a_{E}}^{\infty }M(a)S(0,a_{E},a)}$

低LET放射線の場合、最小潜伏期間は10年とされることが多い。^[10] 高LET放射線の場合は別の仮定を考慮する必要がある。REID（集団内の個人が放射線被ばくによる癌で死亡する生涯リスク）は次のように定義される。^[28]

${\displaystyle REID=\sum _{a=a_{E}}^{\infty }m(E,a_{E},a)S(E,a_{E},a)}$

一般的に、REID の値は ELR の値を 10 ～ 20% 上回ります。

人口の平均余命損失（LLE）は次のように定義されます。^[28]

${\displaystyle LLE=\sum _{a=a_{E}}^{\infty }S(0,a_{E},a)-\sum _{a=a_{E}}^{\infty }S (E,a_{E},a)}$

曝露誘発性死亡による平均余命の損失（LLE-REID）は次のように定義される：^{[28] [29]}

${\displaystyle LLE-REID={\frac {LLE}{REID}}}$

低LET死亡率/シーベルトm _{i は}次のように表記される。

${\displaystyle m(E,a_{x},a)={\frac {m_{0}(E,a_{x},a)}{DDREF}}{\frac {x_{D}x_{s}x_{T}x_{B}}{x_{Dr}}}}$

ここで、m _{0 は}シーベルトあたりのベースライン死亡率であり、x _{α は}関連する確率分布関数（PDF） P(X _a )からサンプリングされた分位数（ランダム変数）である。^[30]

NCRPは報告書126において、急性低LETリスク予測に寄与する各因子について、以下の主観的PDFP (Xa ₎を定義している。 ^{[30] [31]}

1. P_{線量測定とは、}原爆爆風の生存者が受けた線量の推定におけるランダム誤差と系統的誤差のことです。
2. P_統計は、リスク係数r ₀の点推定における不確実性の分布です。
3. P_バイアスとは、がんによる死亡を過剰に報告したり、過少報告したりすることによって生じるバイアスのことです。
4. P_{転移とは、}放射線被曝後のがんリスクが日本人から米国人へ転移するかどうかの不確実性です。
5. P _{Dr は}、DDREF に具体化されている低線量および低線量率へのリスクの外挿に関する知識の不確実性です。

銀河宇宙線環境モデル、輸送コード、核相互作用断面積の精度により、NASAは長期宇宙ミッションで遭遇する可能性のある宇宙環境と臓器への被曝を予測することができます。放射線被曝の生物学的影響に関する知識の欠如は、リスク予測に関して大きな疑問を引き起こします。^[32]

宇宙ミッションにおける癌リスク予測は^{[32]によって発見されている。}

${\displaystyle m_{J}(E,a_{E},a)_{lJ}(E,a_{E},a)\int dL{\frac {dF}{dL}}LQ_{trial-J}(L)X_{LJ}}$

ここで、宇宙船遮蔽物の背後の組織加重LETスペクトルの予測値と放射線死亡率を畳み込んで、試験Jの率を形成します。 ${\displaystyle {\frac {dF}{dL}}}$

あるいは、各イオンjの粒子固有のエネルギースペクトルFj （E）_を使用することもできる^[32]

${\displaystyle m_{J}(E,a_{E},a)=m_{lJ}(E,a_{E},a)\sum _{j}(E)L(E)Q_{trial-J }(L(E))x_{LJ}}$。

これらの式のどちらかの結果がREIDの式に挿入されます。^[32]

関連する確率分布関数（PDF）は、複合確率分布関数P _cmb (x)にグループ化されます。これらのPDFは、正規形のリスク係数（線量測定、バイアス、統計的不確実性）に関連しています。十分な数の試行（約10 ⁵ ）が完了した後、REID推定の結果がビン化され、中央値と信頼区間が求められます。^[32]

カイ2乗^検定（ χ2 ）は_、 2つの別々のPDFが有意に異なるかどうかを判断するために使用されます（それぞれp1 （R _i）とp2 （R _i）と表記されます）。各p（R _i）は_分散のポアソン分布に従います。^[32]${\displaystyle {\sqrt {p(R_{i})}}}$

2つの分布間の分散を特徴付けるn自由度のχ2検定^{は[32]である。}

${\displaystyle \chi^{2}=\sum_{n}{\frac {\left[p_{1}(R_{n})-p_{2}(R_{n})\right]^{2}}{\sqrt {p_{1}^{2}(R_{n})+p_{2}^{2}(R_{n})}}}}$。

2つの分布が同じである確率P(ņχ ² )はχ ²が決定すると計算される。^[32]

年齢と性別に依存する単位線量あたりの死亡率に放射線品質係数を乗じてDDREFで減算したものが、生涯のがん死亡リスクの予測に使用されます。急性ガンマ線被ばくが推定されます。^[10] 放射線場内の各成分の影響の加法性も想定されます。

割合は、日本の原爆生存者から収集したデータを使用して概算されています。日本人から米国の人口にリスクを転嫁する際には、2 つの異なるモデルが考慮されます。

• 乗法伝達モ​​デル - 放射線リスクは自然発生的または背景的ながんリスクに比例すると仮定します。
• 加法伝達モデル - 放射線リスクは他のがんリスクとは独立して作用すると仮定します。

NCRPは、両方の方法からの部分的な寄与を含む混合モデルの使用を推奨している。^[10]

放射線死亡率は次のように定義されます。

${\displaystyle m(E,a_{E},a)=\left[ERR(a_{E},a)M_{c}(a)+(1-v)EAR(a_{E},a)\right]{\frac {\sum _{L}Q(L)F(L)L}{DDREF}}}$

どこ：

• ERR = シーベルトあたりの過剰相対リスク
• EAR = シーベルトあたりの過剰な追加リスク
• M _c (a) = 米国人口における性別および年齢別の癌死亡率
• F = 組織加重フルエンス
• L = LET
• v = 乗法リスク移転モデルと加法リスク移転モデルの仮定間の分数除算。固形がんの場合、v=1/2 と仮定され、白血病の場合、v=0 と仮定されます。

生物学的損傷のリスクを減らす効果的な対策を特定することは、宇宙研究者にとって依然として長期的な目標です。これらの対策は、長期間の月面ミッションにはおそらく必要ありませんが、^[3]火星やそれ以降の長期ミッションには必要になります。^[32] 2013年5月31日、NASAの科学者は、 2011年から2012年にかけて地球から火星へ移動中に火星科学実験室のRADによって検出された高エネルギー粒子放射線の量に基づいて、火星への有人ミッションには大きな放射線リスクが伴う可能性があると報告しました。^{[15] [16] [17] [18]}

電離放射線への被ばくを減らすための基本的な方法は3つあります。^[32]

• 放射線源からの距離を増やす
• 露出時間を短縮する
• シールド（物理的な障壁）

遮蔽は妥当な選択肢だが、現在の打ち上げ質量制限のため、法外な費用がかかる。また、リスク予測の現在の不確実性により、遮蔽の実際の利点を判断することができない。放射線の影響を軽減するための薬物や栄養補助食品、乗組員の選択などの戦略は、放射線への曝露と放射線の影響を軽減するための実行可能な選択肢として評価されている。遮蔽は、太陽粒子イベントに対する効果的な保護手段である。^[33] GCRからの遮蔽に関しては、高エネルギー放射線は非常に透過性が高く、放射線遮蔽の有効性は、使用される材料の原子構成に依存する。^[32]

抗酸化物質は放射線障害や酸素中毒（活性酸素種の形成）による損傷を防ぐのに効果的に使用されますが、抗酸化物質は特定の形態の細胞死（アポトーシス）から細胞を救う働きをするため、腫瘍の成長を引き起こす可能性のある損傷した細胞からは保護できない可能性があります。^[32]

物質による遮蔽は銀河宇宙線に対しては効果的だが、薄い遮蔽は二次放射線量の増加により、一部の高エネルギー放射線に対してはむしろ問題を悪化させる可能性がある。^[34]例えば、国際宇宙ステーションのアルミニウム壁は、放射線被曝量を実質的に減少させると考えられている。しかし、惑星間空間では、薄いアルミニウム遮蔽は放射線被曝量を実質的に増加させると考えられており、二次放射線を遮断するにはより厚い遮蔽が必要となる。^{[35] [36]}

宇宙放射線遮蔽の研究には、研究対象の遮蔽材料に加えて、組織または水相当の遮蔽も含める必要があります。この観察結果は、敏感な臓器の平均的な組織自己遮蔽が約 10 cm であること、および低エネルギー陽子、ヘリウム、重イオンなどの組織で生成される二次放射線は線エネルギー付与(LET) が高く、GCR による全体的な生物学的損傷に大きく寄与 (>25%) していることに注目すると容易に理解できます。アルミニウム、ポリエチレン、液体水素、またはその他の遮蔽材料の研究には、一次放射線と二次放射線に対するそれらの複合効果に加えて、組織で生成される二次放射線を制限する能力を含める必要があります。

計画されている人類の惑星間宇宙飛行に対するこの放射線災害の影響を軽減するためのいくつかの戦略が研究されています。

• 宇宙船はアルミニウムではなく水素を豊富に含むプラスチックで作ることができる。^[37]
• 質量と材料の遮蔽:
  • 燃料としてよく使用される液体水素は、比較的優れた遮蔽効果を発揮する一方で、二次放射線のレベルは比較的低い傾向があります。そのため、燃料は乗組員の周囲に一種の遮蔽として機能するように配置できます。ただし、燃料が航空機によって消費されるにつれて、乗組員の遮蔽効果は低下します。
  • 淡水や廃水は遮蔽に寄与する可能性がある。^[38]
  • 小惑星は遮蔽物として機能する可能性がある。^{[39] [40]}
• ガンマ線に対する帯電グラフェンをベースにした光活性放射線シールド。吸収パラメータは負電荷の蓄積によって制御できます。^[41]
• 荷電放射線粒子の磁気偏向および/または静電反発は、純粋な従来の質量遮蔽の仮説的な代替手段として研究されている。理論的には、5メートルのトーラスに必要な電力は、単純な純粋な静電遮蔽（宇宙電子によって放電されすぎる）の場合の10GWを超えるが、ハイブリッド設計を使用することで10キロワット（kW）程度に低下する 。 ^[35]しかし、このような複雑なアクティブ遮蔽は試されたことがなく、実用性や実用性は物質遮蔽よりも不確実である。^[35]

太陽陽子事象に対する保護策も必要となるだろう。太陽陽子事象は、数ヶ月や数年ではなく、数時間や数日で乗組員を死に至らしめるレベルまで放射量を増加させる可能性がある。潜在的な緩和策としては、宇宙船の給水設備の背後や特に厚い壁を備えた小さな居住空間を設けることや、地球の磁気圏が提供する保護環境への脱出オプションを提供することなどがある。アポロ計画では、両方の戦略を組み合わせて採用された。SPE の確認を受けた宇宙飛行士は、月着陸船よりも厚いアルミニウム壁を持つ司令船に移動し、その後地球に戻る。後に、アポロに搭載された機器による測定から、司令船は乗組員の重大な傷害を防ぐのに十分な遮蔽を提供していたことが判明した。^[要出典]

これらの戦略のいずれも、現在のところ、ペイロードの質量に対する現在の打ち上げ価格（約 10,000 ドル/kg）での制限に適合しながら、十分であることが知られている保護方法を提供していません。シカゴ大学名誉教授のユージン・パーカーなどの科学者は、この問題がすぐに解決できるとは楽観視していません。^{[ 42]パッシブ質量シールドの場合、必要な量は、経済性の変化（仮想的な}非ロケット宇宙打ち上げや地球外資源の使用など）なしに宇宙に安価に持ち上げるには重すぎる可能性があります。適度な大きさの乗員室には数百トンにもなります。例えば、NASAの野心的な大型宇宙ステーションの設計研究では、1平方メートルあたり4トンの遮蔽で年間2.5mSv（不確実性±2倍）まで放射線被曝を減らすことが想定されていたが、これは地球上の人口密集地帯で自然放射線量が高い地域での数十ミリシーベルト以上の放射線被曝よりも低いが、そのレベルの軽減に必要な質量が現実的であると考えられたのは、まず月質量ドライバーを建造して物質を打ち上げる必要があったためである。^[34]

能動的な遮蔽方法としては、受動的な遮蔽よりも質量が小さいものがいくつか考えられているが、まだ推測の域を出ない。^{[35] [43] [44]}惑星間空間の奥深くにある厚い遮蔽材を最も深く貫通する放射線の種類は、GeV の正電荷を帯びた原子核であるため、反発する静電場が提案されているが、これにはプラズマの不安定性や、深宇宙の電子によって電荷が中和されないように常に加速器に必要な電力などの問題がある。^[45]より一般的な提案は、超伝導体（またはプラズマ電流）によって生成される磁気遮蔽である。この提案の難点の 1 つは、コンパクトなシステムの場合、有人宇宙船の周囲に最大 20テスラの磁場が必要になる可能性があることで、これはMRI装置の数テスラよりも高い。このような高い磁場は MRI 患者に頭痛や偏頭痛を引き起こす可能性があり、このような磁場への長時間の曝露については研究されていない。対向する電磁石の設計により、宇宙船の乗組員区画の磁場を打ち消すことができるかもしれないが、より多くの質量が必要になる。磁場と静電場を組み合わせて宇宙船の総電荷をゼロにすることも可能です。このハイブリッド設計は理論的には問題を改善しますが、複雑で実現不可能な可能性があります。^[35]

不確実性の一因は、銀河宇宙線への人間の被曝の影響が定量的によくわかっていないことである。NASA宇宙放射線研究所は現在、生体に対する放射線の影響と防護シールドを研究している。

宇宙船を有害な宇宙放射線から守ることに重点を置いた受動的および能動的な放射線遮蔽方法とは別に、宇宙飛行士用のカスタマイズされた放射線防護服の設計にも大きな関心が寄せられています。このような放射線遮蔽方法が選択される理由は、受動的な遮蔽では、宇宙船に一定の厚さを加えると、宇宙船の質量が数千キログラム増加する可能性があるためです。^[46]この質量は打ち上げの制約を超え、数百万ドルの費用がかかります。

一方、能動的な放射線遮蔽法は、試験と実装の点ではまだ遠い将来の技術です。能動遮蔽と受動遮蔽を同時に使用する場合でも、着用可能な防護遮蔽は、特にSPEの健康への影響を軽減する上で有用である可能性があります。SPEは一般にGCR粒子よりも貫通力の低い粒子で構成されています。^[47]このタイプの防護具に提案されている材料は、ポリエチレンまたはその他の水素を多く含むポリマーであることが多いです。^[48]水も遮蔽材料として提案されています。着用可能な防護ソリューションの制限は、乗組員の容積内での動きなど、乗組員のニーズと人間工学的に適合する必要があることです。宇宙放射線に対する着用可能な防護を作成するための1つの試みは、イタリア宇宙機関によって行われました。そこでは、SPEの入射信号で再生水を充填できる衣服が提案されました。^[49]

イスラエル宇宙機関、StemRad、ロッキード・マーティンの共同プロジェクトであるAstroRadがISSでテストされた。この製品は人間工学的に適切な防護ベストとして設計されており、宇宙船内の嵐のシェルターと同程度にSPEによる実効線量を最小限に抑えることができる。^[50]また、睡眠などの日常的な活動中にミッション中に頻繁に使用することで、GCRの実効線量をわずかに減らす可能性もある。この放射線防護服は、選択的遮蔽法を使用してBFO、胃、肺、その他の内臓など、放射線に敏感な臓器のほとんどを保護し、質量ペナルティと打ち上げコストを削減します。^[要出典]

もう一つの研究分野は、放射線による損傷を修復する身体の自然な能力を高める薬剤の開発です。検討されている薬剤には、抗酸化作用のあるビタミンであるレチノイドや、細胞分裂を遅らせて身体に損傷を修復する時間を与え、有害な突然変異が繰り返されるのを防ぐ分子などがあります。^[要出典]

また、人体が宇宙旅行の条件に耐えられるのは、大幅な改良と修正によってのみである、という説もあります。技術的な解決策のように自然の基本法則に制約されるわけではありませんが、これは現在の医学の範疇をはるかに超えています。

宇宙飛行士が宇宙線にさらされると悪影響が出る可能性があるため、太陽活動は将来の宇宙旅行において重要な役割を果たす可能性がある。太陽活動が活発な時期には太陽系内の銀河宇宙線フラックスが低くなるため、太陽活動極大期に惑星間旅行を行えば、宇宙飛行士への平均被ばく線量を最小限に抑えられるはずである。^[要出典]

コロナ質量放出中のフォーブッシュ減少効果は銀河宇宙線のフラックスを一時的に低下させることはできるが、その効果の持続時間が短い（1～3日）ことと、CMEが危険な太陽陽子イベントを生成する確率が約1％であることから、CMEと一致するようにミッションをタイミングする有用性は限られている。[^要出典]

地球の放射線帯からの放射線量は、通常、放射線帯を避けるか、比較的速く通過する軌道を選択することで軽減されます。たとえば、傾斜角の小さい低地球軌道は、通常、内側の放射線帯より下になります。

地球-月系のラグランジュ点 L ₂ - L ₅の軌道は、およそ 3 分の 2 の時間、地球の磁気圏の保護外にあります。 ^{[引用が必要]}

地球-太陽系のラグランジュ点L ₁およびL ₃ - L ₅の軌道は、常に地球の磁気圏の保護外にあります。

低LET放射線によるがんリスクの予測モデルに関する証拠と更新は、以下の組織を含むいくつかの機関によって定期的に検討されている。^[20]

• 電離放射線の生物学的影響に関するNAS委員会
• 原子放射線の影響に関する国連科学委員会（UNSCEAR）
• ICRPは
• NCRPの

これらの委員会は、低 LET 放射線被ばくに適用されるがんリスクに関する新しい報告書を約 10 年ごとに発表しています。全体として、これらの委員会のさまざまな報告書間のがんリスクの推定値は、2 倍以内で一致します。ただし、5 mSv 未満の線量と低線量率放射線については、これらのデータの統計分析でよく使用される線形しきい値なし仮説をめぐる議論のため、論争が続いています。主要な報告書の中で最も新しい BEIR VII 報告書^[4]が、次のサブページで使用されています。低 LET がんの影響の証拠は、実験モデルでのみ利用可能な陽子、中性子、および HZE 核に関する情報によって補強される必要があります。このようなデータは、過去に NASA によって数回レビューされ、NCRP によってもレビューされています。^{[10] [20] [51] [52]}

• 低線エネルギー伝達放射線に関する疫学データ
• 陽子とHZE核に関する放射線生物学の証拠

• 宇宙飛行中の放射線被曝による中枢神経系への影響
• 線量測定
• 宇宙線による健康への脅威
• 放射線症候群
• 放射線防護

• Asaithamby, A; Uematsu, N; Chatterjee, A; Story, MD; Burma, S; Chen, DJ (2008 年 4 月)。「正常なヒト線維芽細胞における HZE 粒子誘発 DNA 二本鎖切断の修復」。放射線研究 。169 ( 4 ) : 437–46。Bibcode :2008RadR..169..437A。doi : 10.1667/RR1165.1。PMID 18363429。S2CID  731451。
• Chatterjee, A.; Borak, TH (2001). 「NASA​​ が支援する放射線健康研究センターにおける陽子と HZE 粒子の物理的および生物学的研究」(PDF) . Physica Medica . 17 (1): 59–66. PMID 11770539. 2006 年 5 月 13 日の オリジナル(PDF)からアーカイブ。2012 年6 月 5 日に閲覧。
• スナイダー、ケンドラ (2006 年 8 月)。「ワンツーパーティクルパンチは宇宙飛行士にとってより大きなリスクをもたらす」ブルックヘブン国立研究所。2012年6 月 6 日閲覧。
• Bucker, H; Facius, R (1981 年 9 月～ 10 月)。「宇宙飛行における HZE 粒子の役割: 宇宙飛行と地上実験の結果」。Acta Astronautica。8 ( 9–10): 1099–107。Bibcode :1981AcAau...8.1099B。doi : 10.1016 /0094-5765(81)90084-9。PMID 11543100  。
• 宇宙探査のための放射線遮蔽の評価委員会、航空宇宙工学委員会、工学および物理科学部門、全米アカデミー国立研究会議 (2008)。宇宙探査の新時代における宇宙放射線リスクの管理。ワシントン DC: 全米アカデミー出版。ISBN 978-0-309-11383-0。{{cite book}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
• 地球外環境の健康リスク

この記事には、アメリカ航空宇宙局 (National Aeronautics and Space Administration)の「宇宙探査ミッションにおける人間の健康とパフォーマンスのリスク(PDF)」 のパブリック ドメイン資料が組み込まれています。 （NASA SP-2009-3405）。