中国科学技术大学核医学物理研究所徐榭教授团队与地球和空间科学学院郭静楠教授团队合作，在空间生命科学领域权威期刊《Life Sciences in Space Research》上发表了题为“Assessment of lunar surface radiation risks and uncertainties using a full-chain Monte Carlo framework: From lunar radiation environment to dose”的学术论文。研究所23级博士研究生叶子睿（导师徐榭教授）与地空学院22级博士研究生刘柏良（导师郭静楠教授）为共同第一作者，郭静楠教授为通讯作者，论文作者还包括米善（Mikhail I. Dobynde）特任研究员和徐榭教授。论文于2026年6月在线发表，标志着月表辐射环境到人体剂量的全链路模拟及其不确定性量化研究取得重要进展。
随着载人重返月球和长期月表驻留任务的推进，空间辐射已成为影响航天员健康和任务安全的重要因素。月球缺乏地球大气层和全球性磁场的保护，航天员在月表不仅会受到来自深空的银河宇宙射线（Galactic Cosmic Rays，GCRs）照射，还会受到宇宙射线与月壤相互作用后产生的中子、质子、光子和电子等次级反照粒子照射。由于空间辐射具有粒子种类多、能量范围宽和线性能量传递（LET）高等特点，其剂量评估需要综合考虑宇宙射线源、月表环境、粒子输运、人体解剖结构和辐射危害模型等多个环节。不同研究在物理模型和生物学评价标准上的选择尚不统一，可能导致月表辐射风险评估结果出现较大差异。针对以上问题，研究团队构建了基于Geant4的全流程蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）模拟框架，将GCR粒子源、月表反照辐射响应模型与国际放射防护委员会（ICRP）成年男性和成年女性参考人体模相结合，实现了从深空粒子能谱到器官剂量、有效剂量响应的完整计算，并完成了不确定度分析和响应函数数据库构建。研究通过以下关键步骤实现：
1.月表辐射环境建模：采用BON-20模型获得Z = 1-28的GCR能谱，并结合米善特任研究员与郭静楠教授团队开发的月球辐射环境与剂量模型REDMoon获得月表的次级反照中子、质子、光子和电子能谱。研究覆盖1964年至2025年五个以上的太阳活动周期，可分析不同太阳活动水平下月表辐射环境的长期变化。
2.人体模型剂量计算：将来自月表上方深空的初级GCR粒子和来自下方月壤的次级反照粒子分别作为粒子源，考虑无屏蔽和1 g/cm2的铝屏蔽条件，模拟辐射粒子在ICRP成年男性和女性参考人体模型中的输运与能量沉积，计算各辐射敏感器官的吸收剂量、剂量当量及全身有效剂量。
3.剂量响应函数构建：针对不同种类和不同能量的初级及次级粒子，预先计算粒子注量到体模各剂量组分的转换系数，建立月表辐射剂量响应函数数据库。在获得指定任务时期的粒子能谱后，仅需将能谱与响应函数进行卷积或矩阵运算，即可快速得到相应情况的人体剂量，以避免针对不同任务条件反复执行耗时的MC模拟。
4.剂量不确定性分析：分别比较月表环境模拟和人体内粒子输运所采用的不同Geant4物理模型，并分析两种LET计算方法、两种有效剂量计算模型（ICRP-60与NASA空间癌症风险模型NSCR-2012），以及男性和女性体模解剖结构差异对剂量结果的影响，从而对全链路MC计算中的不确定性来源进行定量评估。
图1.月表辐射环境的粒子能谱。左图为太阳活动低谷期不同种类初级银河宇宙射线的能谱，右图为宇宙射线与月壤相互作用产生的次级反照中子、质子、光子和电子能谱
研究结果显示，月表有效剂量率与太阳活动强度呈显著负相关：太阳活动较弱时，月表辐射剂量升高。采用ICRP-60模型、在不同太阳活动阶段及不同物理模型组合下，无屏蔽条件下的有效剂量率约为118—354 mSv/year；增加1 g/cm2铝屏蔽后，有效剂量率约为110—327 mSv/year，较无屏蔽条件降低约6%—9%。不确定性分析表明，物理模型及LET计算方法的选择可使有效剂量结果产生约8%—15%的变化，其中月表辐射环境重建所采用的物理模型带来的变化约为2%—5%；与ICRP-60模型相比，采用NSCR-2012模型计算的有效剂量增加约2%—10%。成年男性和女性体模在部分粒子能量区间表现出较为明显的剂量响应差异，但在完整银河宇宙射线宽能谱下积分后，两种人体模型的组织加权剂量差异小于1%，并随太阳活动周期呈现小幅周期性变化。这些结果说明，物理输运和放射生物学评估模型是影响月表任务风险评估结果不确定性的主要因素。
图2. 1964—2025年不同太阳活动时期的月表有效剂量率及其不确定性。上部两个图为无额外屏蔽条件，下部两个图为1 g/cm2铝屏蔽条件；途中颜色填充范围表示采用不同物理模型、LET计算方法和放射生物学模型计算剂量产生的变化
本研究建立的响应函数数据库可用于特定太阳活动时期和月表任务条件下的宇航员辐射剂量快速计算，并对辐射风险评估中的主要不确定性来源进行了系统分解，为载人月球探测任务的驻留时间规划、屏蔽方案评价和辐射防护标准研究提供了计算工具和数据参考。研究结果同时表明，不同机构所采用的物理模型和放射生物学标准仍需验证和统一，以提高评估结果的可比性和可靠性。
该工作是核医学物理研究所徐榭教授课题组与地球和空间科学学院郭静楠教授团队在深空辐射研究方向合作取得的阶段性成果。本研究结合双方团队在空间辐射环境探测和建模方面、MC辐射剂量计算和人体计算模型方面的研究基础和技术积累，体现了空间科学与医学物理的交叉融合。双方将继续发挥各自优势，进一步推进深空辐射健康风险评估和辐射防护研究，为未来载人深空探测提供技术支持。本研究获国家自然科学基金项目（42521007、12275372、42188101、42474221、W2433101）、安徽省重点研究与开发计划（2023s07020020）以及科工委核技术研发项目（HJSYF2025(22)）的支持，由衷感谢。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.lssr.2026.06.006
