宇宙放射線が火星旅行の課題
 放射線といえば、福島第一原発の事故であるが、ちょっと地球外に出れば、これまで人類が経験したことがないほどの、大量の宇宙線に宇宙飛行士はさらされることになる。これが将来の火星旅行では重要な課題になっている。

 いったいどうやって放射線は防いだらよいのだろうか?

 今回、放射線医学総合研究所(放医研)は12月27日、宇宙滞在中の宇宙放射線による被ばく線量を低減するとして、ウェットタオルを用いた実験を国際宇宙ステーション(ISS)にてロシア人宇宙飛行士の協力のもと行った結果、40%近い低減効果を得ることが実証されたと発表した。


 同成果は、放医研の小平聡研究基盤センター研究員ら、ロシア科学アカデミー生物医学問題研究所のVyacheslav Shurshakov研究部長ら、チェコ科学アカデミー原子核研究所のIva Ambrozova研究員らによるもの。詳細は宇宙科学専門誌「Advances in Space Research」オンライン版に掲載された。


 ウェットタオルで宇宙放射線の被ばく量を低減できる!?
 放射線医学総合研究所(放医研)は12月27日、宇宙滞在中の宇宙放射線による被ばく線量を低減するとして、ウェットタオルを用いた実験を国際宇宙ステーション(ISS)にてロシア人宇宙飛行士の協力のもと行った結果、40%近い低減効果を得ることが実証されたと発表した。

 同成果は、放医研の小平聡研究基盤センター研究員ら、ロシア科学アカデミー生物医学問題研究所のVyacheslav Shurshakov研究部長ら、チェコ科学アカデミー原子核研究所のIva Ambrozova研究員らによるもの。詳細は宇宙科学専門誌「Advances in Space Research」オンライン版に掲載された。

 宇宙は、太陽や銀河からやってくる重粒子線や中性子線、ガンマ線など多種多様の宇宙放射線が混在した複雑な放射線環境であり、宇宙空間で生活することは、そうした宇宙放射線に常にさらされることとなる。

 ISSの活動領域では地球自身が持つ磁場によって形成される地磁気によって、重粒子線などはある程度軽減されるものの、滞在している宇宙飛行士は単位時間当たり地上で受ける線量の100倍以上(1日あたり0.5~1mSv)を被ばくしており、その被ばく量の低減が求められていた。

 これまでの研究から、さまざまな素材や手法が考案されてきたものの、宇宙へ地上から持っていくには重量が重くなりすぎ、ロケットの積載量では対応できなかったり、宇宙放射線が遮へい材と反応して発生する2次的な放射線が人体へ余計に悪影響を及ぼしたりするなどの問題点があった。また、それらを解決する研究を行おうにも宇宙空間の複雑な放射線環境を地上で再現することは困難であり、将来的な月や火星での長期間の有人活動の実現に向けては、そうした課題を克服した被ばく線量の低減する手法の確立が求められていた。


 宇宙線遮蔽物質「水」
 今回、研究チームは、2次的な放射線が発生する割合が金属素材よりも小さく、さらに中性子線の遮へい効果にも優れている「水」を遮へい材として利用することを考え、入浴設備が無いISSで身体を拭くために大量に常備されているウェットタオルに着目。ウェットタオルを板状に積み重ねて作成した遮へい体(厚さ6.3 g/cm2)をISS内に設置し、その前後での放射線量測定を行った。

 具体的には、重粒子線などが混在した複雑な放射線環境において高精度に被ばく線量を評価することが可能な「受動型線量計」を用いて測定を行った。

 実施期間は2010年6月16日から同年11月26日までの約半年間で、ウェットタオルの遮へい体が有る6カ所と無い6カ所の合計12カ所で放射線量の測定を行い、遮へい体の有無による被ばく線量の変化を実測した。

 その結果、厚いガラス窓で遮蔽され、正確な結果を得られなかった4カ所を除いて、遮へいがない位置では一日当たり962μSvの線量値(4カ所の線量当量の平均値)であったのに対し、遮へいがある位置では一日当たり593μSvで、遮へい体の有無で線量値が大きく変化することが判明。

 遮へい体の有無に対応した各線量計の位置における遮へい率を計算し、その平均値をとった結果、ウェットタオル遮へい体による線量低減割合は37±7%(線量当量値)であることが実証されたほか、この結果はシミュレーション計算による推定結果(水中6.3g/cm2の厚さで34%の線量低減割合)とほぼ一致することが確認されたという。

 今回の成果について研究グループでは、すでにISSに搭載されている物資を遮へい材として利用できるため、すぐにても活用できるものとの考えを示しているほか、将来的な月面や火星などの長期間の有人ミッションを実施する上で、宇宙飛行士の安全性の向上につながるものとの期待を示している。

 各線量計の位置番号における一日当たりの線量当量値の変化(ウェットタオルによる遮へいがある位置は赤、遮へいがない位置は青)。黄色枠は宇宙空間を覗くために設置してある円形の厚いガラス窓がある場所で、その部分だけ特別に遮へいされている状態にある。

なお放医研では、この線量低減効果に関する実験については、宇宙航空研究開発機構(JAXA)と連携した実験も計画しているとしている(マイナビニュース 2013/12/27)


 放射線の種類と遮へい
 放射線は、物を透過する性質がありますが、どこまでも透過する訳ではありません。転んで病院に行き、レントゲンで検査を受けた結果、骨の部分は真っ白で、筋肉の部分はなんとなくぼやけている写真を見せられたことはありませんか? これは、レントゲン検査で受けた放射線が、筋肉の部分は半分位透過し感光紙に届いているのに対し、骨の部分はほとんど感光紙まで届かないために、明るさが異なる写真に仕上がっているのです。

 放射線には、アルファ(α)線、ベータ(β)線、ガンマ(γ)線、エックス(X)線、中性子線などの種類がありますが、それぞれの透過力がわかっています。適切な材料や厚さを選ぶことにより放射線は遮へいすることができるのです。泊発電所では、厚い鉄筋コンクリートで原子炉を囲むなど、放射線をしっかりと遮へいしています。

 アルファ(α)線: アルファ線は、高速で飛び出す陽子2個と中性子2個がひとまとめになった粒子です。この粒子はヘリウムの原子核と同じものでプラスの電気を持っています。アルファ線は紙1枚で、空気中ならば数センチメートルで止まってしまいます。

 ベータ(β)線: ベータ線は、原子核から飛び出してくる電子の流れであり、マイナスの電気を持っています。ベータ線は空気中では10メートル以上透過する場合がありますが、薄いアルミニウム等の金属板で遮へいすることができます。

 ガンマ(γ)線: ガンマ線は、電波や赤外線や可視光線などと同じ電磁波の一種です。アルファ線やベータ線が放出されたあとの原子核は、たいてい興奮状態になっており、興奮のエネルギーをガンマ線に変えて放出します。透過力はβ線よりも強く、重い物質である鉛や厚い鉄の板で遮へいすることができます。

 エックス(X)線: エックス線は、ガンマ線と同じ性質を持った電磁波の仲間です。波長は明確な限界はありませんが、波長の長い側は紫外線に接しており、短い側はガンマ線と重なっています。エックス線管と呼ばれる真空管で発生させることができます。エックス線の透過力はガンマ線に比べてやや小さくなっています。

 中性子線: 中性子の流れであり、1932年、チャドウィックがベリリウムという物質にアルファ線をぶつける実験によって発見しました。また、ウランなどの質量の大きい原子核が核分裂するときにも中性子線が飛び出してきます。中性子線の透過力は強く、鉄や鉛の板も突き抜けてしまいますが、逆に水のような軽い物質で遮へいすることができます。また、コンクリートには水を含んでおり、厚いコンクリートによっても遮へいできます。


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