第9回宇宙天気予報ユーザーズフォーラム

宇宙飛行士の放射線被ばく管理と宇宙天気予報
平成26年3月20日
宇宙航空研究開発機構
宇宙飛行士運用技術部
佐藤 勝
1

国際宇宙ステーション「きぼう」

今、こんな形で飛んでいます！！ 2

「きぼう」日本実験棟
船内保管室

船内実験室

ロボットアーム
10m

4.4m

エアロック

船外パレット11.2m

総重量４７トン

船外実験プラットフォーム
3日本人宇宙飛行士のISS長期滞在の計画
2009年

2010年

2011年

2012年

2013年

2014年

2015年

2016年

若田飛行士
第38次/第39次長期滞在

若田飛行士
第18次/第19次/第20次長期滞在
古川飛行士
第28次/第29次長期滞在

滞在中

2009年
3月16日打上（15Ａ）
7月31日帰還（2J/A）

完了

完了
野口飛行士
第22次/第23次長期滞在

2011年
6月8日打上（27S）
11月22日帰還（27S）

星出飛行士
第32次/第33次長期滞在

完了
2009年12月21日打上（21S）2010年6月2日帰還（21S）

山崎飛行士
STS-131完了

2013年
11月7日打上（37S)
5月14日帰還予定

油井飛行士
第48次/第49次長期滞在

油井飛行士
第44次/第45次長期滞在
完了

2010年
4月5日打上4月20日帰還2012年
7月15日打上（31S）
11月19日帰還（31S）

2016年6月頃打上
約半年間滞在予定（47S)

2015年6月頃打上（43S)
約半年間滞在予定

4低地球軌道の宇宙放射線環境 （高度300～500km）
３種類の一次宇宙線源があり、これらが船壁や搭載物を通過して船内へ入射する。

出典： JAXA 宇宙環境利用センター（JAXA ホームページ）

ISS : 地球の磁気により、よほど大きな太陽フレアでなければ被ばく線量に寄与しない。 5

ISSでの宇宙放射線の被ばく量
地上の自然放射線
1年間に2.4mSv（世界平均）

ISS: 0.02～0.04mSv/hr (0.5～ 1mSv / day)

【宇宙からの放射線】

ISS滞在中の1日当たりの放射線量は、地上での約半年分に相当
出典：JAEA「放射線に関わる基礎知識」より

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JAXAにおける線量制限値○宇宙飛行士の宇宙放射線被ばくの線量制限値は、国際放射線防護委員会（ICRP）の勧告をもとにJAXAで独自に設定（ICRP2007年勧告に基づき2013年6月に改正）
寄与生涯がん死亡確率（生涯にわたってがんで死亡する確率の放射線被ばくによる増加分）に基づき設定。

• 想定条件（初飛行後3年に1回搭乗）で 3 %程度• 宇宙飛行以外の被ばくを考慮しても 5 %未満（参考）職業被ばく限度では3.6 %（5年平均で20 mSv/年、単年で50 mSv/年、18-65歳就業で最大960mSvの被ばくが許容される。）

不可逆的な確定的影響を回避するため、実効線量制限値のみでは防護できない組織について、個別に制限値を設定。
影響発生のしきい値以下に管理。
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放射線被ばく量のイメージ （概要）
半数致死線量
短時間に3000～5000 mSv

実効線量（mSV）
1000

業務従事者の生涯に許容される被ばく線量（18～65歳就労：960 mSv）

業務従事者線量限度
20 mSv/年

胸部X線CT
6.9 mSv/回
胃の透視
0.6 mSv/回
胸部X線健診0.05 mSv/回JAXA規程 制限値
500～1000 mSv/生涯2009年度平均（実測）：0.3mGy/d ≒ 0.5mSv/d100
ISS半年滞在
90～180 mSv/回10（胸部X線CT 13～26回分）

1ｶﾞﾗﾊﾟﾘ町(ﾌﾞﾗｼﾞﾙ)
10 mSv/年

0.1

地上平均
2.4 mSv/年
東京-NY航空機
0.2 mSv/往復

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宇宙飛行士の放射線被ばく管理作業

飛行割当

飛行前

飛行前線量評価• 飛行前被ばく線量予測値の算定
宇宙飛行士へのリスク
説明
個人線量計（JaCPD*）の準備

飛行後

飛行中

打上

帰還

宇宙放射線環境モニタリング• 太陽フレア• 太陽粒子現象• 地磁気擾乱
• ISS内線量
飛行中線量評価• 飛行中個人線量評価（１回／週）

飛行割当前へ

飛行後線量評価• 個人線量計の解
析・評価
デブリーフィング
• 要改善事項の抽出
宇宙飛行士への結果
説明

異常時対応• 異常時予測値算定実施
船外活動（EVA）時・ EVA中の宇宙天気予報の入手
・ EVA前予測値算定
・ EVA中太陽ー地球圏の宇宙環境自動監視＊ JaCPD： JAXA Crew Passive Dosimeter9

宇宙飛行士の個人被ばく線量計（JaCPD）○宇宙飛行士の個人被ばく管理を行うため、船内・船外活動を通したフライト中、宇宙飛行士は常時個人被ばく線量計(*を携帯。
○宇宙飛行士のISSへの搭乗割り当ては、被ばく制限値（生涯実効線量制限値）に対して、過去の宇宙飛行等の被ばく線量の累積によって決定。

Muszaphar

若田Yi野口土井山崎星出古川○このため線量計には、高い測定精度が必要。

JaCPD

出典： JAXA 宇宙環境利用センター（第18回MSB資料 改変）＊ JaCPD： JAXA Crew Passive Dosimeter10宇宙放射線の飛跡（例）
宇宙放射線環境では、広いエネルギー領域の粒子線が、あらゆる方向から入射していることがわかる。
サービスモジュール船外に621日間搭載された
CR-39飛跡検出器 （宇宙での結果）

重粒子加速器HIMACで照射した
CR-39飛跡検出器 （地上での結果）

56Fe

12C

写真のサイズ： 270×370um
出典： JAXA
宇宙環境利用センター（第18回MSB資料）

宇宙放射線を56Fe ＋ 12C 粒子で模擬
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ISS滞在中の放射線被ばく管理運用
実線はオンライン、破線はオフラインを示す。

JAXA

ISS

放射線計測機器(TEPC、CPDS)

米国海洋大気庁（NOAA）

太陽-地球圏の宇宙環境データ

宇宙環境計測情報システム（SEES）

研究開発本部
宇宙環境Ｇ

健康管理責任者

太陽-地球圏の宇
宙環境警報ﾒｰﾙ

ISS放射線環境データ

・異常時の情報提供
・飛行前、EVA前の宇宙天気予報提供
・ 静穏時：週報
・ 放射線異常時：臨時報

被ばく管理担当者
・飛行士の日課／
スケジュール・ISS軌道データ
・宇宙天気予報NASA

インターネット
ISS放射線環境データ

宇宙放射線
被ばく管理システム

ISS放射線環境の警報ﾒｰﾙ

JAXA
フライトディレクタ

バイオドシメトリによる線量解析
一般向けに発出している宇宙天
気概況・予報（独）放射線医学総合研究所

ISS飛行線量算定結果（独）情報通信研究機構
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Space Environments & Effects System (SEES)
有人ミッション用に整備したweb page13

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宇宙環境異常時の定義
異常時のレベル
警戒（Alert）

定義

対処• NOAAがSPE※１（太陽粒子イベント ・ISS内の放射線量の確認（静止軌道上で10MeVを超える陽 ・地上側で放射線量のモニタ子数が10個／cm2・s・ster以上））
リングを継続の予報（警報）を出した場合
・ISS内放射線計測機器• SPEが発生した場合（TEPC）の動作状況確認• 地磁気嵐（Kp≧7）の場合

非常事態• ESPE※２が（高エネルギー太陽粒（Contingency）
子イベント（静止軌道上で100MeVを超える陽子数が1個／cm2・s・ster））が発生した場合・ISS内の放射線量を確認し、必要に応じ介入措置を実施（遮蔽の薄い箇所への立入制限等）
・100MeV 陽子が100PFUを超過した場合は、遮蔽の厚い場所への滞在を勧告※１：SPE （Solar Particle Event） ：10MeVを超える陽子が10個／cm2・s・ster以上※２：ESPE （Energetic SPE）
：100MeVを超える陽子が1個／cm2・s・ster以上（FLIGHT RULES SECTION B14 – SPACE ENVIRONMENT）

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若田ミッション時の宇宙環境異常（例）太陽フレアおよびESPEの発生状況（1/6～1/8)
X1.2フレア＃1943 (1/7)（日付・時刻はGMT）---：Xクラス（大規模）フレア閾値---：Mクラス（中規模）フレア閾値

参考： GOES衛星
太陽西側裏面でCME*１発生（8:00頃）（Geostationary Operational
Environmental Satellite）

X1.2フレアに伴い、CME発生

軌道： 静止軌道
GOES13: 西経 75度
GOES15: 西経135度

SPE Alert 継続期間
ESPE Contingency 継続期間
SPE Contingency with Action (>=100MeV対象)
SPE Alert （>=10MeV対象)
SPE Contingency Initiation (>=100MeV対象)*1：CME Coronal Mass Ejection 太陽コロナ質量放出現象

静止軌道上のX線強度の推移（上）、および高エネルギー陽子数の推移（下）（1/5-8）
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若田ミッション時の宇宙環境異常（例）
1月6日に高エネルギープロトン現象（ESPE)発生（日付・時刻はGMT）

参考： SDO衛星

SDO衛星画像： http://sdo.gsfc.nasa.gov/（Solar Dynamic Observatory）

軌道： 対地同期軌道（軌道傾斜角28.5度 高度36,000km）

1月6日のCME発生（下図参照）と、ほぼ同時刻の太陽表面の活動状況：
地球側からは、特筆すべき太陽X線フレアは観測されていない。（左から08:13, 08:29 09:58）

SDO衛星軌道の対地投影図
参考： SOHO衛星SOHO衛星画像http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime-images.html（Solar and Heliospheric Observatory）

軌道： L1 ハロー軌道（太陽－地球ラグランジュ点：L１）

1月6日に太陽西側「裏面」で発生した太陽コロナ質量放出現象（CME)
中心の○が太陽を示す。 （左から 08:18, 08:30 09:54）
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若田ミッション時の宇宙環境異常（例）
1月7日に高エネルギープロトン現象（ESPE)発生（日付・時刻はGMT）

SDO衛星画像：http://sdo.gsfc.nasa.gov/

地球方向

地球方向

地球方向

STEREO衛星画像 http://stereo.gsfc.nasa.gov/

1月7日に発生した大規模フレア（X1.2)
X線強度が、ほぼ最大に達した時刻（18:30)の極端紫外線画像。

1月7日のX1.2大規模フレアに伴い、地球方向に発生した、太陽コロナ質量放出現象(CME)。
STEREO衛星で観測。中心の○が太陽を示す。（左から18:24, 18:39, 19:39）

参考： STEREO衛星
軌道： 太陽周回軌道

上記「STEREO Ahead」は、左図赤で示すAのポイントから太陽方向を観察した画像。

（全てSTEREO WEBページより）

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Positions of STEREO A and B for 9-Jan-2014 03:00 UTこれまでの放射線被ばく管理での緊急対応
巨大太陽フレア発生例

2003年10月28日：
1975年以降3番目の規模である巨大フレア(X17)発生
このフレアにより、静止軌道で観測された高エネルギー粒子(10MeV)数は29,500pfu⇒ 宇宙飛行士の活動を制限し遮蔽効果の高い場所に退避
SOHO/ LASCO C3

MDI

活動領域：#10486

左：衛星MDI、右：SOHO衛星コロナグラフ（中央の目隠しの○部分が太陽）赤丸で囲った部分は、太陽から放出される粒子（Coronal Mass Ejection（CME); コロナ質量放出）の様子。
出典：Solar Monitor(左）、SOHO (ESA & NASA)（右）18

今後の太陽活動について
実測値

予測値

星出▽
▽若田
古川▽
野口▽

▽油井
▽大西

若田▽

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まとめ
（1）ISS軌道では、陽子（プロトン）、電子、重粒子が多い環境（2）宇宙飛行士の放射線被ばく管理は、生涯の被ばく線量制限値を、JAXA独自に設定し管理を実施（3）ISS滞在中の宇宙飛行士の放射線被ばく管理の運用では、太陽フレアによる高エネルギー陽子（プロトン）等を常に監視し、被ばく線量のモニタと異常時の対応を実施⇒ 太陽フレアの発生時期やフレアによる影響の度合い（陽子や電子の変化）に関する精度の高い予測手法の開発がの望まれる！
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