质子致生物辐射效应初步实验研究

在长期载人航天中,空间辐射对人体是一种严重的威胁。宇宙辐射源(天然空间电离辐射源)主要是银河宇宙射线和随机发生的太阳粒子辐射(质子事件)。银河宇宙射线的主要成分是约占84.3%的质子,约占14.4%的α粒子及约占1.3%的重离子。质子具有高传能线密度(LET),与低LET(如电子、X射线和γ射线)辐射相比,具有较高的相对生物学效应(RBE),能诱发DNA分子中出现更多的双链断裂,从而更有效的杀伤细胞、更易诱发突变或改变细胞的生长特性。航天辐射防护剂的使用是宇航员个体防护必不可少的部分,研制高效低副作用的航天辐射防护剂是未来载人航天辐…     

质子致DNA链断裂损伤的DNA浓度效应研究

在空间辐射环境中，辐射源主要是银河宇宙射线（GCR）和随机发生的太阳粒子辐射（质子事件）。其中以质子含量最为丰富，其次为α粒子和少量其它更重的离子。已有的模型计算结果表明，在飞往火星的路途中，宇航员身体内的每个细胞每几天就会被1个质子击中。     

质子致DNA链断裂损伤的剂量效应研究

质子作为一种高传能线密度（LET）的辐射，具有能量沉积与局部剂量远大于低LET辐射（如X射线、γ射线和电子束等）的特点，通过物质时有完全不同的径迹结构，能够更有效的诱发DNA发生双链断裂，产生更多的不能修复性损伤，引起细胞的转化和死亡以及癌的发生等较高的相对生物效应（RBE）。在DNA分子水平上研究质子致生物损伤的机理，深入了解其辐射特点及危害程度，并研究相应的防护途径十分重要，     

空间辐射剂量测量简介

重点介绍了三方面内容,一是空间辐射的主要来源:银河宇宙射线、太阳粒子事件、带电粒子被地球磁场捕获形成的捕获辐射以及它们与地球大气层相互作用而形成的次级粒子辐射;二是主要辐射成分对剂量的贡献;三是空间辐射的测量方法:常用的被动式和主动式探测器,比较了它们的优缺点.     

基于染色体畸变的细胞存活模型研究

为评估质子和重离子的辐射生物效应，建立了基于染色体畸变的细胞存活机理模型。开发了纳剂量生物物理蒙特卡罗模拟程序（NASIC）的DNA损伤修复模块，用于模拟不同射线类型、不同传能线密度（LET）辐射所致细胞核内染色体畸变产额。在分析辐射所致染色体畸变产额规律的基础上，建立了基于染色体畸变的细胞存活机理模型，并根据细胞存活实验数据拟合模型参数。以V79细胞为例，对于X射线和不同LET的质子，细胞存活分数的模型计算值与实验数据符合得很好，相关系数为0.985 3。采用⁴He离子的实验数据对模型及参数进行了验证，模型计算值与实验数据的相关系数为0.931 1。可见，模型能较好地区分不同射线类型、不同LET辐射在细胞致死效应上的差异。     

利用重离子束开展半导体器件单粒子效应的探讨

讨论了利用重离子研究宇航半导体器件单粒子效应（ＳＥＥ）时应重视的几个问题，即空间辐射环境中的重离子，粒子辐射对半导体器件的影响和利用重离子束进行ＳＥＥ测试，以及重离子和质子在器件单粒子效应研究中的关系，最后介绍单粒子翻转重离子显微学。     

65 nm工艺SRAM低能质子单粒子翻转错误率预估

质子单粒子效应是纳米工艺集成电路空间应用面临的主要辐射问题之一。本文开展了一款商业级65 nm工艺4 M×18 bit随机静态存储器（SRAM）质子单粒子翻转实验研究。针对地球同步轨道、低地球轨道，使用Space Radiation 7.0程序，预估了低能质子、高能质子和重离子引起的错误率。错误率预估分析结果表明，不同轨道及环境模型下低能质子错误率占总错误率的比例范围为1%~86%，其中太阳质子事件、地球俘获带等环境模型中低能质子单粒子翻转引起的错误率占主导，建议空间应用的元器件对低能质子不敏感。     

空间粒子辐射LET谱的中低轨道卫星实测结果及误差分析

某中轨道卫星上搭载的传能线密度（LET）谱探测器首次实现了我国中轨道自主搭载粒子辐射LET谱的探测。本文对LET谱探测器进行了介绍，对ΔE-E望远镜测量LET谱方法进行了评价，给出了该探测方法引入的测量误差。对LET谱探测结果与低轨LET进行了比对分析，研究结果为了解中低轨LET谱特征提供了参考。     

空间单粒子效应加速器模拟试验技术及应用

空间环境中存在大量的高能粒子，单个高能粒子穿过航天器壳体轰击到电子器件，引发器件逻辑状态翻转、功能异常等单粒子效应，进而影响航天器的可靠运行和任务达成。基于地面加速器辐照试验模拟空间单粒子效应是评估电子器件在空间应用时发生单粒子错误风险的重要手段，只有其抗单粒子效应的指标符合宇航应用要求的器件才能在航天器中使用。航天器面临的空间辐射粒子主要是重离子和质子，它们诱发的单粒子效应也最为显著。开展宇航器件单粒子效应地面模拟试验主要依托重离子加速器和质子加速器，为满足单粒子试验需求，需要研发大面积束流扩束及均匀化、高精度束流快速诊断等技术，以及满足大批量试验任务需求的高效试验终端，重点介绍中国原子能科学研究院的基于加速器的重离子单粒子效应模拟试验技术、质子单粒子效应模拟试验技术和用于器件辐射损伤敏感区识别的重离子微束技术，以及上述技术在宇航器件单粒子效应风险评估中的应用。     

重离子单粒子效应实验研究

在HI—l3串列加速器上建立了对微电子器件进行单粒子效应模拟实验的辐照和检测技术。利用该Q3D磁谱仪获得种类和能量单一、强度分布均匀且足够弱的重离子辐照源，利用散射室内的半导体探测器和焦面上的位置灵敏半导体探测器监测辐照离子。用该装置和技术测量了在8个传能线密度(LET)值的重离子辐照下引起的几个存储器器件的单粒子翻转（SEI）截面o(L)。从测得的o(L)——LET曲线，结合空间重离子和质子辐照环境模型以及离子与微电子器件相互作用模型计算，预言了器件在空间的单粒子翻转率。     

硼中子俘获治疗药物BPA的合成及生物分布

硼中子俘获疗法（BNCT）是一种新型的放疗方法，它是将与肿瘤有特异性亲合力的加B化合物（硼携带剂）注入人体，经中子束局部照射使聚集在肿瘤组织中的10B与热中子发生核反应，生成Li与α粒子，这些粒子均属高传能线密度（LET）射线，具有能量高和射程短的特点，其运动空间内发生的电离反应可杀伤吸收硼化物的瘤细胞及与之相邻的细胞，而对正常组织的损害甚小。     

4～400 MeV宇宙线质子对近月空间轨道γ能谱中湮灭辐射的贡献

为进一步明确月球表面湮灭辐射的主要来源和影响机理，构建了轨道γ能谱仪中湮灭辐射特征峰定量分析模型，采用GEANT4模拟不同能量质子轰击月岩诱发γ射线微分能谱，并以“嫦娥一号”高能粒子探测器(Chang’e-1 High-energy Particle Detector,CE1-HPD)数据作为输入项，计算了宇宙射线中4～400 MeV质子在月表5种典型岩石中诱发湮灭辐射的特征峰信息。在对“嫦娥一号”γ能谱仪(Chang’e-1 Gamma-ray Spectrometer,CE1-GRS)获取的0.511 MeV特征峰进行本底扣除和天然放射性核素影响剥离后，与4～400 MeV质子诱发湮灭辐射结果进行比较。研究结果表明：级联簇射产生湮灭辐射的概率与入射质子能量呈正相关，在4～400 MeV能量范围内，典型月岩的成分差异对诱发湮灭辐射的影响不明显。虽然该能量段质子的注量率较高，但由于其能量较低，无法有效地通过级联簇射形成正电子，最终导致湮灭辐射贡献率较低，仅为(1.97±0.66)×10^-4。     

辐射防护的生物学基础

作为辐射防护生物学基础的放射生物学效应，近年来有了很大进展。本文第一部分扼要的回顾并展望了这方面的三个重点：小剂量（低剂量率）照射效应及其危险的评估；辐射致癌研究的发展，包括：靶分子、单细胞起源、发展的多阶段、肿瘤的相关基因及辐射致癌的特性；遗传效应，以多因素疾患为重点，介绍了突变份额的概念及应用。第二部分是本实验室的研究工作，以α粒子照射诱发的不同细胞（ＳＨＥ，大鼠气管上皮细胞，人支气管上皮细胞等）恶性转化为模型，研究了恶转过程中，细胞的生物学特征，染色体畸变规律，癌基因、抑癌基因的变异与正负调控，以及通过差异显示分析探索与恶转相关的新基因，并应用临床肺癌标本进行了基因的分析。实验中已克隆到２４个与α粒子诱发恶性转化的相关ｃＤＮＡ片断，其中１３个为新的，已登录到ＧｅｎＢａｎｋ，初步找到一个３．５ｋｂ的新基因，正在进一步研究中。     

一种多阳极电离室的研制

地球辐射带、太阳宇宙线和银河宇宙线发射出来的质子、电子和各种重带电粒子所产生的强空间电离辐射对飞行器和电子元器件造成很大损伤。在诸多粒子中，最主要的成分是能量小于400Mev的质子，它对器件的损伤强度主要取决于它在单位质量靶物质中沉积的能量，即吸收剂量。     

低剂量辐射效应--辐射防护的基础

低剂量辐射对生物体效应展现出多样性，而且不同LET辐射源的效应差异明显，很难通过大剂量效应中推导。低剂量辐射的健康危害主要是远期致癌风险性，而早期效应随辐射品质、剂量、剂量率以及受照个体的不同会有不同的表现形式，突出的有三个方面：1）细胞在接受一次几个eGy低剂量预照射后，能够对随后大剂量辐照损伤产生一定的防护作用，这种作用被称为适应性反应，或单次低剂量整体照射产生的免疫刺激效应；2）单次低剂量辐照所产生的单位剂量的急性损伤效应比大剂量的更大，这被称为低剂量辐射超敏感性，其剂量大小通常在0．2～0．5Gy的范围内；3）旁效应，是指发生在照射细胞周围的未受照细胞中的生物效应，该效应会导致高于预测值的辐射损伤效应。低剂量辐射的这些多样性效应给辐射防护实践带来了新的思考。     

空间环境和质子对水稻的诱变效应

利用返回式卫星搭载5个水稻品种的干种子进行空间诱变处理,以及用不同能量、剂量的质子辐射水稻干种子,研究其诱变效应。结果表明,空间环境对根尖细胞染色体有一定的致畸作用,能促进根尖细胞的有丝分裂活动,空间飞行中的水稻染色体畸变细胞率极显著高于地面对照组。与γ射线和质子处理比较,空间环境对染色体的致畸效应较低,而有丝分裂指数极显著高于质子和γ射线处理。空间环境对水稻M_1代幼苗的损伤效应亦低于质子和γ射线。空间环境和质子在M_2代能诱发较高频率的叶绿素缺失、株高和抽穗期突变,其有益性状突变的频率高于γ辐照的。     

γ射线诱发细胞程序性死亡的时间及剂量效应研究

通过对辐射所致程序性细胞死亡（ＰＣＤ）的研究，揭示了射线诱发小鼠胸腺细胞ＰＣＤ生成的时间及剂量效应规律，采用不同的检测ＰＣＤ方法（ＤＮＡ片段分析法及流式细胞术），比较了不同组织的辐射敏感性差异，结果表明，照射后４～６ｈ诱发胸腺细胞ＰＣＤ生成最多。不同剂量照射，照后６ｈ取胸腺，发现２０Ｇｙ时胸腺细胞ＰＣＤ生成最多，脾，胸腺对辐射影响，小剂量（１Ｇｙ）即可检测ＰＣＤ形成；而心脏，大脑，肾对射线不敏感，     

65 nm工艺SRAM低能质子单粒子翻转实验研究

基于北京HI-13串列加速器质子源及技术改进工作,获得2～15 MeV低能质子束流。针对商业级65 nm工艺4M×18 bit大容量随机静态存储器（SRAM）,开展了质子单粒子翻转实验研究。实验结果表明,低能质子通过直接电离机制可在存储器中引起显著的单粒子翻转,其翻转截面较核反应机制引起的翻转截面大2～3个数量级。结合实验数据分析了质子翻转机制、LET值及射程、临界电荷及空间软错误率等,分析结果表明,实验器件翻转临界电荷约为0.97 fC,而低能质子超过高能质子成为质子软错误率的主要贡献因素。     

12C6+离子束照射不同肿瘤细胞显示重离子治疗癌症的明显优势

通过观察两种人恶性肿瘤细胞(人肝癌细胞SMMC-7721和人黑色素瘤细胞A375)对高LET12C6 离子和γ射线辐照的敏感性及其差异,考察重离子治疗肿瘤的可行性及优势.以这两种体外培养的来源于人体不同组织的具有高辐射抗性的恶性肿瘤细胞为实验对象,分别进行12C6 和γ射线0-6Gy内不同剂量点的单次和分次照射,采用克隆存活法统计细胞的存活分数.结果显示,无论是单次还是分次照射,12C6 照射后两种细胞的存活分数均明显低于γ射线照射,而且两种细胞的辐射敏感性差异明显降低,同时分次照射细胞的存活分数没有明显提高.结果表明,高LET重离子照射对肿瘤细胞能明显提高杀伤能力,同时降低了不同细胞辐射敏感性的差异且导致细胞低的修复.以上特点与重离子剂量深度分布相结合,使得重离子在治疗肿瘤时具有特殊的优势.     

仓鼠V79细胞对加速碳离子的辐照致死效应

分别测定了传能线密度（LET）为125．5、200、700keV／μm碳离子辐照仓鼠V79细胞的存活曲线,由存活曲线确定了上述3种碳离子辐照时V79细胞的失活截面依次为7．86±0．17、10．44±1．11、32．32±3．58μm2。以V79细胞对60Coγ射线的存活响应为参考值,给出了对应于上述3种碳离子照射周％、20％、50％、80％存活水平下的相对生物学效应（RBE）,结果表明125．5keV／μm碳离子的RBE值在各个存活水平下都为最大。提示：以存活为生物学终点的RBE最大值在LET值小于200keV／μm的碳离子辐照时出现。