人能手接高速原子嗎？

高能粒子對於人體組織的透穿能力其實是空間探索學科中的一個熱門話題，它還有個專業的描述方式叫，透穿深度劑量（Percentage depth-dose，PDD）

不是你想的那個PDD

它描述對於類人體組織，高能粒子穿透到不同深度的數密度分布。研究方式是實驗和模擬，去看高能粒子能不能透穿到傷及內臟的地步。

Ann 2014 Biological Effects of Space Radiation and Development of Effective Countermeasures

所以顯而易見——

人是可以手接高速原子的！

但是會有內傷！！

因為在宇宙里沒有大氣層和磁層保護就是會有各種高能射線，包括高能粒子和高能電磁輻射。所以為了保護英勇的空間探索的航天員們才有了這個學科。

為了了解高能粒子粒子透穿能力的概念性，可以看一下這一張圖：

這圖說的是幾種能量的質子，可以透穿到什麼深度。

可以看到不同能量的粒子有不同的PDD分布。一個比較明顯的特徵就是，注入粒子的能量越大穿透性越強，~10MeV量級的高能粒子，能穿透皮膚軟組織。只有40MeV 的粒子無法穿透顱骨，超過150MeV的粒子可以透穿整個頭。另外一個規律就是特定能量的質子束流的PDD都有個吸收峰，所有粒子基本都沉降在吸收峰之前。

從這個簡單的模擬可以看出來：

想要有99%的把握「抓住」150MeV能量的粒子，需要15cm的類人體組織

掐指一算

我胖乎乎的手

展平手掌

如果質子束粒子沿著手指方向入射的話

我是可以「抓住」質子的！

但是質子沿著掌心入射的話，就無法保證大部分質子沉降在組織內。

但是，從圖中也可以看到，不管能量是高是低，在0附近的PDD密度分布也不是0，所以質子在即使是穿過很薄的一個薄層，受到能量很大的粒子的轟擊也會有粒子沉積的機率。也就是說即使是非常接近光速的高能粒子0.99999c那種，也是有一定機率被手掌「抓住」。

稍微一算：質子的凈質能是984MeV，簡單算一下所以50MeV的質子大概是0.3倍光速，150MeV的質子大概是0.5倍光速，算是亞相對論性粒子。

經過上面的討論，一個非常顯而易見的結論是：

高能粒子可以輕而易舉「注入」人體組織

甚至穿透。

這種高能粒子的輻照，在一些時候，有可能是對人體有害甚至是致命的。因為這些高能射線所攜帶的能量可以輕而易舉地破壞DNA結構，從而導致一系列其他後果。

在地面上，地球有磁層和大氣層保護，高能帶電粒子和X射電無法到達地面。但是在空間探索項目中，英勇的太空人要進行太空行走，離開太空艙的時候，就相當於沐浴在來自太陽和宇宙射線里。

這個時候就需要研究，如何做防護，對於太空人來說才是安全的。

這裡有一張宇宙射線對於太空人的潛在危害示意圖：

裡面標記了太空人在受到宇宙射線輻射之後可能產生的後果，包含：白內障，神經衰弱，主要臟器癌症，皮膚問題，骨質下降，生殖系統問題，循環系統衰退等等。

劇烈可怕。。。

所以在把人送上去之前搞清楚高能粒子劑量對人安全不安全非常重要。

NASA有一個「人類研究項目」

（Human Research Program ，HRP）專門研究在高能粒子流環境複雜的太空里的輻射劑量以及防護措施。主要研究內容如下圖：

包含：太陽活動變化，防護盾的設計，尋找合適的風險評估方式，個體易感人群鑑定，藥物防治輻射，運動恢復。

誒，真的

人類能走進太空真不容易

致敬從事航天研究的一線工作人員和航天員們!

1 完

1

參考文獻：

[1]Ann 2014 Biological Effects of Space Radiation and Development of Effective Countermeasures

[2]Sayyed et al 2014 Evaluation of energy deposition and secondary particle production in proton therapy of brain using a slab head phantom

[3]Jeffery et al 2014 Space Radiation: The Number One Risk to Astronaut Health beyond Low Earth Orbit

[4]NASA reports 2018 Health Effects from Space Radiation

撰稿：張沛錦

美編：麥李婷

來源：石頭科普工作室

編輯：Kun

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