Astronauts are constantly exposed to space radiation at a low-dose rate during long-tenn stays in space. Therefore, it is important to determine correctly the biological effects of space radiation on human health. Space radiations contain various kinds of different energy particles, especially high linear energy transfer (LET) particles. Therefore, we have to study the relative biological effectiveness (RBE) of space radiation under microgravity environment which may change RBE from a stress for cells. Furthermore, the research about space radiation might give us useful information about birth and evolution of life on the earth. We also can realize the importance of preventing the ozone layer from depletion by use of exposure equipment to sunlight at International Space Station (ISS).
This study was performed by the policy research project of Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, which title is "Developing safety standards and management of space radiation on the polar route". In this research, total six experiments were performed using Korean commercial flights (B747). Three of those are on the polar route and the other three are on the north pacific route. Space radiation exposure measured on the polar route is the average 84.7 uSv. The simulation result using CARI-6M program gives 84.9 uSv, which is very similar to measured value. For the departure flight using the north pacific route, the measured space radiation is the average 74.4 uSv. It seems that is not so different to use the polar route or not for the return flight because the higher latitude effect causing the increase of space radiation is compensated by the shortened flight time effect causing decreasing space radiation exposure.
There has been increasing necessity of more precise prediction and measurements of aviation radiation in Korea. For our air crew and passengers' radiation safety, we develop our own radiation prediction model of KREAM. In this paper, we validate the KREAM model based on comparison with Liulin observations. During early three months of this year, we perform total 25 experiments to measure aviation radiation exposure using Liulin-6K in commercial flights. We found that KREAM's result is very well consistent with Liulin observation in general. NAIRAS shows mostly higher results than Liulin observation, while CARI-6M shows generally lower results than the observations. The percent error of KREAM compared with Liulin observation is 10.95%. In contrast, the error for NAIRAS is 43.38% and 22.03% for CARI-6M. We found that the increase of the altitude might cause sudden increase in radiation exposure, especially for the polar route. As more comprehensive and complete analysis is required to validate KREAM's reliability to use for the public service, we plan to expand these radiation measurements with Liulin and Tissue Equivalent Proportional Counter (TEPC) in the near future.
Cosmic radiation exposure of the flight crews in Korea has been managed by Radiation Safety Management around Living Life Act under Nuclear Safety and Security Commission. However, the domestic flight crews are excluded from the Act because of relatively low route dose exposure compared to that of international flight crews. But we found that the accumulated total annual dose of domestic flight crews is far from negligible because of relatively long total flight time and too many flights. In this study, to suggest the necessity of management of domestic flight crews' radiation exposure, we statistically analyzed domestic flight crew's accumulative annual dose by using cosmic radiation estimation models of the Civil Aviation Research Institute (CARI)-6M, Nowcast of Atmospheric Ionizing Radiation for Aviation Safety (NAIRAS), and Korean Radiation Exposure Assessment Model (KREAM) and compared with in-situ measurements of Liulin-6K LET spectrometer. As a result, the average exposure dose of domestic flight crews was found to be 0.5-0.8 mSv. We also expect that our result might provide the basis to include the domestic flight crews as radiation workers, not just international flight attendants.
We develop the tissue-equivalent proportional counter (TEPC) type's space radiation dosimeter to measure in-situ aviation radiation. That was originally developed as a payload of small satellite in the low-earth orbit. This dosimeter is based on a TEPC. It is made of an A-150 tissue-equivalent plastic shell of an internal diameter of 6 cm and a thickness of 0.3 cm. TEPC is filled with pure propane at 13.9 torrs to simulate a cell diameter of 2 ㎛. And the associated portable and low power electronics are also implemented. The verification experiments have been performed by the calibration experiments at ground level and compared with Liulin observation at aircraft altitude during the flight between Incheon airport (ICN) and John F. Kennedy airport (JFK). We found that the TEPC dosimeter can be used as a monitor for space radiation dosimeter at aviation altitude based on the verification with Liulin observation.
A newly designed Tissue Equivalent Proportional Counter (TEPC) has been developed for the CubeSat mission, SIGMA (Scientific cubesat with Instruments for Global Magnetic field and rAdiation) to investigate space radiation. In order to test the performance of the TEPC, we have performed heavy ion beam experiments with the Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba (HIMAC), Japan. In space, human cells can be exposed to complex radiation sources, such as X-ray, Gamma ray, energetic electrons, protons, neutrons and heavy charged particles in a huge range of energies. These generate much a larger range of Linear Energy Transfer (LET) than on the ground and cause unexpected effects on human cells. In order to measure a large range of LET, from 0.3 to $1,000keV/{\mu}m$, we developed a compact TEPC which measures ionized particles produced by collisions between radiation sources and tissue equivalent materials in the detector. By measuring LET spectra, we can easily derive the equivalent dose from the complicated space radiation field. In this HIMAC experiment, we successfully obtained the linearity response for the TEPC with Fe 500 MeV/u and C 290 MeV/u beams and demonstrated the performance of the active radiation detector.
It is well known that the space radiation dose over the polar route should be carefully considered especially when the space weather shows sudden disturbances such as CME and flares. The National Meteorological Satellite Center (NMSC) and Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) recently established a basis for a space radiation service for the public by developing a space radiation prediction model and heliocentric potential (HCP) prediction model. The HCP value is used as a critical input value of the CARI-6 and CARI-6M programs, which estimate the aviation route dose. The CARI-6/6M is the most widely used and confidential program that is officially provided by the U.S. Federal Aviation Administration (FAA). The HCP value is given one month late in the FAA official webpage, making it difficult to obtain real-time information on the aviation route dose. In order to overcome this limitation regarding time delay, we developed a HCP prediction model based on the sunspot number variation. In this paper, we focus on the purpose and process of our HCP prediction model development. Finally, we find the highest correlation coefficient of 0.9 between the monthly sunspot number and the HCP value with an eight month time shift.
Since the World Health Organization (WHO) officially announced a global pandemic on March 12, 2020, the aviation industry in the world has been experiencing difficulties for a long time. Meanwhile, the Ukraine war broke out in February, and from March 15, domestic airlines must operate air routes bypassing Russian airspace despite the longer flight time. Therefore, as the flight time increases, the cosmic radiation exposure dose of the crew members is also expected to increase. Here we compare the radiation exposure dose between the route doses for the eastern United States and Europe before and after the detour route usage. Through the comparison analysis, we tried to understand how cosmic radiation changes depending on the flight time and the latitude and which one contributes more. We expect that this study can be used for the policy update for the safety management of cosmic radiation for aircrews in Korea.
Journal of Satellite, Information and Communications
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v.8
no.1
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pp.23-30
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2013
In this study, we summarized the results of "Pre-study for the development of Polar route space radiation forecast model", funded by National Meteorological Satellite Center, Korea Meteorological Administration. We investigated the aviation space weather-related literature and the airline companies's operation manual associated with the space weather. We also identify the strengths and weaknesses of many pre-existing space radiation calculation programs, and find the potential to be improved. Until now, we don's have our own space radiation calculation program, so we need more improved space radiation calculation program which will be developed by ourselves. Currently most space radiation calculation programs cannot reflect temporary variations in the solar activities and the space weather. Here we analyzed the strengths and weaknesses of those programs, which are widely used in typical space radiation calculations. Finally to reflect the real-time space weather effects in the forecast model, we need to develop more precise forecast model. For that purpose, we suggest the following four steps: (1) at first, we have to choose the ground-based radiation dose calculation program, (2) we have to select a proper atmospheric model in aircraft altitude, (3) we combine the selected ground cosmic radiation dose calculation program and the selected atmospheric model, and finally (4)we have to reflect the real time space weather information and space weather forecast into the newly combined model.
There has been a rapid increase of the concern on the space radiation effect on pilots, crew and passengers at the commercial aircraft altitude (~ 10 km) recently. It is because domestic airline companies, Korean Air and Asiana Airlines have just begun operating the polar routes over the North Pole since 2006 and 2009 respectively. CARI-6 and CARI-6M are commonly used space radiation estimation programs which are provided officially by the U.S. federal aviation administration (FAA). In this paper, the route doses and the annual radiation doses for Korean pilots and cabin crew were estimated by using CARI-6M based on 2012 flight records. Also the modeling concept was developed for our own space radiation estimation program which is composed of GEANT4 and NRLMSIS00 models. The GEANT4 model is used to trace the incident particle transports in the atmosphere and the NRLMSIS00 model is used to get the background atmospheric densities of various neutral atoms at the aircraft altitude. Also presented are the results of simple integration tests of those models and the plan to include the space weather variations through the solar proton event (SPE) prediction model such as UMASEP and the galactic cosmic ray (GCR) prediction model such as Badhwar-O'Neill 2010.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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