Promieniowanie podczas lotu samolotem

Moc dawki promieniowania kosmicznego rośnie wraz z wysokością nad poziomem morza.  Mieszkańcy rejonów górskich otrzymują większe dawki niż mieszkańcy nizin. Samoloty pasażerskie latają na wysokości 9000-14000 m, gdzie moc dawki wynosi nieraz i 3-5 µSv/h.  Jeszcze wyższe wysokości - i moce dawki - osiągają samoloty naddźwiękowe.

Uwaga - rysunek uwzględnia tylko promieniowanie kosmiczne, stąd tak niska moc dawki na poziomie morza.
Źródło

Natężenie promieniowania kosmicznego waha się w zależności od aktywności Słońca [LINK], jak również od szerokości geograficznej - mniejsze jest w pobliżu równika, większe w okolicach biegunów.  Z kolei pora dnia nie ma wpływu na natężenie promieniowania, czego dowiodły badania podczas zaćmienia Księżyca:

https://spaceweatherarchive.com/2015/10/27/flying-at-night-doesnt-protect-you-from-cosmic-rays/

Narażenie na promieniowanie kosmiczne podczas lotu nie stanowi poważnego problemu nawet w przypadku kilkukrotnych przelotów w ciągu roku. Aby otrzymać taką dawkę, jaką otrzymujemy podczas roku od promieniowania naturalnego, należałoby lecieć z Poznania do Chicago 14 razy, albo z Poznania do Warszawy... 1265 razy. Zatem przeloty krótkodystansowe mają pomijalny wpływ, jeżeli chodzi o przyjętą dawkę promieniowania. Organizm dobrze znosi niewielkie dawki promieniowania, jeżeli tylko były podawane z przerwami, w czasie których może naprawić powstałe uszkodzenia, które przy mniejszych dawkach są nieznaczne czy wręcz na granicy wykrywalności. Nawet duże dawki, podawane z przerwami, nie są tak szkodliwe, jak podawane ciągle, czego dowiodły doświadczenia na zwierzętach. Bardziej narażony jest personel linii powietrznych z racji większej liczby godzin spędzanych w powietrzu w skali roku. Powoduje to konieczność kontroli dozymetrycznej pracowników, choć, jak pokazały badania, ekspozycja na promieniowanie kosmiczne nie przekłada się na zwiększone występowanie chorób nowotworowych. Więcej na ten temat TUTAJ 

Źródło

Dla porównania, na orbitalnej stacji kosmicznej moc dawki dochodzi do aż 200 µSv/h (20 mR/h), choć również podlega wahaniom. Wbrew pozorom silny wiatr słoneczny zmniejsza moc dawki od promieniowania kosmicznego, gdyż odpycha naładowane cząstki lecące w kierunku Ziemi. Zagrożenie skutkami późnymi od skumulowanej dawki promieniowania jest istotnym problemem zdrowotnym u astronautów. Przeprowadzano nawet badania na specjalnych fantomach umieszczanych na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Widzimy tutaj czujniki w różnych punktach "ciała" fantomu - na głowie, piersi, pasie i w palcach dłoni.

 

Źródło

Podobne badania przeprowadzali Rosjanie podczas projektu "Matrioszka" za pomocą dozymetrów Jaxa-Padles (kombinowany dozymetr śladowy i termoluminescencyjny - LINK]:

Źródło

Przykładowy wynik pomiaru na fantomie - największa dawka to 0,21 mGy (210 µGy) na dobę, czyli 8,75 µGy/h, najmniejsza 0,14 mGy (140 µGy), czyli 5,84 µGy/h. Pomiar w grejach oznacza dawkę pochłoniętą bez uwzględnienia biologicznego działania promieniowania (należałoby przemnożyć przez odpowiedni współczynnik QF, jednak promieniowanie kosmiczne ma dość złożone widmo):

Źródło 

A jaką dawkę przyjęli pierwsi ludzie w kosmosie? Opierając się na publikacji "Kto, kiedy dlaczego" tom I (wyd. III popr. i uzup., Warszawa 1964, s. 458) mogę przytoczyć dane dla kosmonautów radzieckich:

• Jurij Gagarin - 1 mR, czas lotu 108 minut, moc dawki 0,55 mR/h (~5,5 µSv/h)
• Herman Titow - 10 mR, czas lotu 25 godzin i 18 minut, moc dawki 0,4 mR/h (~4 µSv/h), jego orbita była o 50 km niższa niż Gagarina
• Andrijan Nikołajew - 30 mR, czas lotu 3 doby, 22 godziny i 22 minuty, moc dawki  0,31 mR/h (~3 µSv/h)
• Pawieł Popowicz - 40 mR, czas lotu 2 doby, 22 godziny i 56 minut, moc dawki 0,56 mR/h (~ 5,6 µSv/h)

W powyższych obliczeniach przyjąłem dla uproszczenia, że moc dawki nie zmienia się wraz z fazą lotu, choć jak wiadomo, podczas startu i lądowania będzie odpowiednio niższa. Etap ten trwa jednak dość krótko w porównaniu z całym lotem orbitalnym, można więc go pominąć. Zaokrągliłem też czas lotu do pełnych godzin i przyjąłem uproszczony przelicznik z milirentgenów na mikrosiwerty (1 mR = 10 µSv). Ponieważ rentgen jest jednostką dawki ekspozycyjnej promieniowania gamma i rentgenowskiego, dlatego też podana dawka nie uwzględnia innych rodzajów emisji obecnych w promieniowaniu kosmicznym, np. protonów i neutronów. 

Jako ciekawostkę przytoczę "dopuszczalną" dawkę podaną w cytowanym artykule rzędu 0,3 R na tydzień. Jest to 300 mR, czyli aż 3000 µSv (3 mSv). Taką dawkę otrzymujemy w Polsce przez rok od wszystkich źródeł (naturalnych i sztucznych). Osoby niezatrudnione przy promieniowaniu mogą otrzymać jedynie dodatkowy 1 mSv, zaś zatrudnione 20, wyjątkowo 50. Więcej na ten temat w notce o bezpiecznym poziomie promieniowania [LINK].

***

Wracając na wysokości przelotowe samolotów pasażerskich - z tego co wiem, raczej nie ma problemu z wniesieniem dozymetru na pokład samolotu, zatem jeśli posiadacie odpowiedni sprzęt, możecie sami zmierzyć moc dawki podczas lotu. Szczególnie przydatne są liczniki logujące wynik pomiaru w ustalonych odstępach czasu, np. Radiatex MRD-2 czy Gamma Scout. Wówczas możemy zarejestrować wzrost mocy dawki przy wznoszeniu oraz spadek przy podchodzeniu do lądowania, a następnie zgrać wyniki na komputer i zrobić wykres. Poniżej kilka przykładów pomiarów podczas lotu, dokonywanych różnymi przyrządami dozymetrycznymi.

Pomiar Gamma Scoutem: 4,75 µSv/h

Heathkit RM-4 (SEI Monitor 4) - 0,2 mR/h (2 µSv/h):

Stary dobry Pripyat (czarna wersja, czyli zakłady "Arsenal"), pomiar max 4,14 µSv/h:

Znowu Pripyat, tylko z zakładów "Polaron" (źródło - Vimeo) - 3,8 µSv/h:

Stary amerykański miernik Ludlum Survey Meter 19 series 8, na filmie porównano wskazania z wysokością lotu, aczkolwiek przyrząd ustawiony jest na najniższy zakres (do 0,25 µSv/h) i na nim pokazuje wartość maksymalną. Jednocześnie w pobliżu licznika widać radziecki wysokościomierz z farbą świecącą:

Terra-P - 4,40 µSv/h:, obok smartfon z aplikacją mierzącą prędkość:

Nowoczesny GQ-GMC-320 - 2,57 µSv/h

Biełła - jeden pomiar 1,78, drugi 2,27 µSv/h

Niezbyt udany RDX-DX1 - między 0,1 a 0,2 mR/h (1-2 µSv/h), niestety drobna skala na początku zakresu nie ułatwia odczytu:

Atom Simple do smartfonów (3,4 µSv/h w przeliczeniu z "dzikiej" jednostki, jaką są mikrorentgeny na godzinę - µR/h):

Porównanie promieniowania w Strefie wokół Czarnobyla i podczas lotu samolotem:

A tutaj reporter wracając z Japonii, gdzie robił materiał o elektrowniach jądrowych, zmierzył 3,5 µSv/h i się bardzo przestraszył. Komentarze niestety wyłączone.

Wyniki pomiarów logowane co 1 minutę na trasie Dublin-Kraków za pomocą dozymetru Radiatex MRD-2 przez Autora przyrządu. Wyraźnie widać wznoszenie przez ok. 12-13 minut do osiągnięcia wysokości przelotowej, następnie ustabilizowany wynik ok. 2,5 µSv/h i potem podchodzenie do lądowania:

Poniżej pomiar wykonany przez Michała (pozdrowienia!) za pomocą dozymetru Soeks podczas lotu nad północnym Bałtykiem. W czasie wznoszenia od poziomu morza do 6000 m wzrost mocy dawki jest nieznaczny - od tła 0,10 µSv/h do 1 µSv/h, dopiero od tej wysokości do przelotowej (10.000 m) zaczyna się skok nawet do 4 µSv/h:

I wreszcie pomiar Kolegi z forum Strefazero, dokonany za pomocą... DP-66! Przyrząd wzbudził zainteresowanie celników o tyle, że poprosili o sprawdzenie szczelności osłon w urządzeniu do prześwietlania bagażu. Osłony okazały się skuteczne, zaś wynik w czasie lotu na wysokości 11000 m przekroczył nieco najniższy zakres, czyli 0,5 mR/h,(5 µSv/h):

Jest to o tyle dobry znak, że jak widać, nawet duże wojskowe przyrządy, przy odrobinie dobrej woli pracowników lotniska, mogą być zabrane na pokład samolotu. Tym mniej problematyczne jest wnoszenie małych przyrządów rozmiarów Polarona czy Terry. Jak będę miał okazję do lotu, to spróbuję zabrać RK-67 lub RK-21.

***

Jeżeli dokonywaliście pomiarów podczas lotu i macie to udokumentowane, dajcie znać! Piszcie również, jeśli mieliście problemy z wnoszeniem sprzętu dozymetrycznego na pokład samolotu.