Radiation safety in the Earth's atmosphere is of particular importance to our living environment, especially at aviation altitudes. Aviation radiation has been long known to originate primarily from the galactic and solar system: galactic cosmic rays and solar energetic protons. Recent flight measurements by the Automated Radiation Measurements for Aerospace Safety experiment have uncovered another potential source for aviation radiation: Relativistic Electron Precipitation (REP) from the Van Allen radiation belts. REP can induce radiation at aviation altitudes through bremsstrahlung X-ray production, which carries radiation down to the stratosphere and even the troposphere. In this study, using a suite of physics-based Monte Carlo models, we characterize the effective radiation dose produced at altitudes between ground and low-Earth-orbit by relativistic precipitation electrons with energies between 100 keV and 10 MeV. We produce a lookup table of atmospheric radiation production that calculates the expected radiation dose for a given precipitation flux, spectrum, and pitch angle distribution. This lookup table provides results that are consistent with X-ray measurements during radiation belt precipitation by balloon-borne instruments in the stratosphere, and can be directly used to convert space-borne measurements of precipitation fluxes into aviation radiation. This study represents our first attempt toward better understanding of REP's role in the atmospheric high-altitude radiation environment.

中文翻译：

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一种计算相对论电子降水产生的大气辐射的方法

地球大气中的辐射安全对我们的生活环境特别重要，尤其是在航空高度。众所周知，航空辐射主要来自银河系和太阳系：银河系宇宙射线和太阳高能质子。航空航天安全自动化辐射测量实验最近的飞行测量发现了航空辐射的另一个潜在来源：范艾伦辐射带的相对论电子降水 (REP)。REP 可以通过轫致辐射 X 射线产生在航空高度诱导辐射，将辐射向下带到平流层甚至对流层。在这项研究中，使用一套基于物理的蒙特卡罗模型，我们描述了能量在 100 keV 和 10 MeV 之间的相对论性降水电子在地面和低地球轨道之间的高度产生的有效辐射剂量。我们制作了一个大气辐射产生的查找表，用于计算给定降水通量、光谱和俯仰角分布的预期辐射剂量。该查找表提供的结果与平流层中气球携带仪器在辐射带降水过程中的 X 射线测量结果一致，可直接用于将星载降水通量测量结果转换为航空辐射。这项研究代表了我们首次尝试更好地了解 REP 在大气高空辐射环境中的作用。我们制作了一个大气辐射产生的查找表，用于计算给定降水通量、光谱和俯仰角分布的预期辐射剂量。该查找表提供的结果与平流层中气球携带仪器在辐射带降水过程中的 X 射线测量结果一致，可直接用于将星载降水通量测量结果转换为航空辐射。这项研究代表了我们首次尝试更好地了解 REP 在大气高空辐射环境中的作用。我们制作了一个大气辐射产生的查找表，用于计算给定降水通量、光谱和俯仰角分布的预期辐射剂量。该查找表提供的结果与平流层中气球携带仪器在辐射带降水过程中的 X 射线测量结果一致，可直接用于将星载降水通量测量结果转换为航空辐射。这项研究代表了我们首次尝试更好地了解 REP 在大气高空辐射环境中的作用。该查找表提供的结果与平流层中气球携带仪器在辐射带降水过程中的 X 射线测量结果一致，可直接用于将星载降水通量测量结果转换为航空辐射。这项研究代表了我们首次尝试更好地了解 REP 在大气高空辐射环境中的作用。该查找表提供的结果与平流层中气球携带仪器在辐射带降水过程中的 X 射线测量结果一致，可直接用于将星载降水通量测量结果转换为航空辐射。这项研究代表了我们首次尝试更好地了解 REP 在大气高空辐射环境中的作用。