Radiation Exposure of an Astronaut subject to Various Space Radiation Environments and Shielding Conditions

Radiation exposures of an astronaut during the space travels to the International Space Station(ISS) of the Soyuz and the Moon of the Apollo, were calculated considering the altitude, boarding time, period of stay, kinds of spaceships and space suits. The calculated radiation exposures decrease dramatically according to the thickness of the shielding by the wall of the spaceships and by the space suits. For the space travel to the ISS of Soyuz at Low Earth orbit, the thickness of the spaceship required to optimally reduce the radiation exposure is 3 cm. For the Extravehicle Mobility Unit(EMU) the exposures are minimized at 4 cm of the aluminized Mylar and 5 cm of the Demron, respectively. The aluminized Mylar showed better radiation shielding than the Demron which contains the high Z materials. The radiation exposures of an astronaut were $4.2\times10^{-6}$ Sv for the ISS travel and $4.3\times10^{-5}$ Sv for the Moon explore. The high concentration of the high energy proton flux at the surface of the Moon results in high radiation exposure. The calculation scheme and results of this study can be used in the design of the shielding performance of a spaceship and space suits.

다양한 우주방사선 환경과 차폐 조건에서 우주인이 받는 방사선 피폭량

소유즈 우주선의 국제우주정거장(ISS) 여행 및 아폴로 우주선의 달 탐사 여행 시 우주인이 받는 방사선 피폭량을 계산하였다. 우주여행 시나리오에 따라 고도, 탑승 및 체류시간, 우주선과 우주복의 재질 및 두께 등을 고려하였다. 계산결과 우주선체와 우주복의 두께가 증가함에 따라 피폭량이 급격하게 감소하였다. 저궤도환경에서 소유즈 우주선의 국제우주정거장 여행 시 최적으로 줄이기 위한 우주선의 두께는 3 cm였다. 선외우주복에 대한 우주인의 피폭치를 계산한 결과, Mylar 재질은 4 cm 이상, Demron 재질은 5 cm 이상에서 피폭량이 평탄해졌다. 알루미늄이 코팅된 Mylar 재질이 고원자번호로 구성된 Demron 재질보다 차폐성능이 우수하였다. 국제우주정거장 여행 시 방사선 총 피폭량은 $4.2\times10^{-6}$ Sv이며, 달 탐사에서 우주인의 방사선 총 피폭량은 $4.3\times10^{-5}$ Sv였다. 한편 아폴로 우주선을 탑승한 우주인의 피폭량이 달 근처에서 높았는데 그 이유는 우주방사선이 달표면의 입자와 충돌하여 2차 중성자와 양성자가 방출되어 달 표면에 방사능이 많기 때문이다. 본 연구의 계산절차와 결과는 우주선과 우주복의 차폐해석에 활용될 수 있을 것이다.