空间辐射环境对执行任务期的航天员产生健康风险,有可能会导致宇航员致癌。而空间辐射主要有三种来源:首先是地球俘获带（包含内辐射带与外辐射带）,内辐射带主要由电子组成,外辐射带主要由质子组成,能量高达几百兆电子伏特,其次太阳粒子事件和银河宇宙射线（Galactic Cosmic Rays,GCR）,这两种辐射源主要由高能质子和重离子（HZE）组成。NASA已经制定了辐射防护策略以限制风险,其中包括使用诸如屏蔽防护之类的对策,正确的风险评估取决于对航天器结构对入射空间辐射环境的屏蔽效果的准确评估。由于复杂的屏蔽几何结构起着重要作用,因此必须改进现有的输运程序以及计算人体组织内部的剂量沉积。航天器的计算机模拟通常用于显示航天器结构提供的等效剂量的减少。但是根据已发表的研究表明,增加屏蔽并不总是会导致等效剂量的减少。航天器发射要考虑发射成本,增加了屏蔽厚度相当于提高了航天器的重量。当这些高能粒子与航天器的结构和屏蔽材料相互作用时,高能质子和重离子会产生次级粒子,与初级入射粒子相比,次级粒子可能会造成更大的辐射生物损害,因此研究不同的次级粒子与物质相互作用对人体组织器官或者等效人体组织的吸收剂量及剂量当量至关重要。本论文主要讨论以下三个方面的内容,并得到了一些有价值的结论:1.基于Geant4计算程序建立了空间辐射环境高能粒子输运分析方法与工具,该工具能够分析单能和复合能谱的电子、质子、重离子入射航天器屏蔽模型后在舱内的次级辐射环境和剂量分布。通过积分的方法比较了四种材料的屏蔽性能,经过计算得出,无论是单能质子,阿尔法,氧离子,铁离子,穿过聚乙烯后水模体的吸收剂量最小,其次是水,碳钎维,穿过铝的吸收剂量值最大,从而说明四种材料的屏蔽性能依次为聚乙烯,水,碳钎维,铝最差。通过欧空局开发的用于空间辐射效应研究的GRAS（Geant4 Radiation Analysis for Space）软件包,计算了银河宇宙质子穿过圆柱体壳型与球壳型两种结构的空间舱产生的次级粒子能谱以及舱内ICRU（International Commission Radiological Units）球的剂量当量等物理信息,详细的比较了穿过等质量厚度的四种材料舱内的次级电子,光子,中子,质子,计算结果表明穿过聚乙烯生成的中子最少,其次是水,碳钎维,经过铝生成的中子通量最多,屏蔽材料为聚乙烯时,ICRU球的吸收剂量,剂量当量也是最小的。2.通过加速器试验方法验证了质子入射屏蔽材料后在等效人体组织内的深度剂量分布。现有的剂量深度分布测量主要是通过两种方法:一种是基于多薄层厚度的材料叠加,将数量较多的剂量片放置不同的夹层当中,材料被分割为多层,加工多层时会导致材料不规整,测量时缝隙里混入空气等因素的影响将导致测量结果产生较大的误差,另外一种方法是改变试验模体的厚度进行多次测量,测量程序繁琐,多次辐照,增加试验成本等缺点。而本文通过特制不同倾角的楔形材料辐照模体能实现一次性辐照即可得到整个模体的剂量深度分布,测量结果精确,可用于不同能量的质子,电子,光子等束流辐照材料的剂量深度分布测试,基于该结构的辐照模体,灵活,简易,适用于空间材料辐照效应的研究。计算时以面积计算分值来比较验证参数,计算值和测量值的偏差小于20%。对高能重离子的试验验证,采用和文献发表的测量值的比较方法,比较了C、O和Ne离子入射水模体的实验测量深度剂量分布值。其中有三种能量的C离子,三种能量的O离子,一种能量的Ne离子,计算结果和测量值符合较好,偏差小于20%。因而本实验建立的高能粒子输运分析方法是有效可用的。3.电离总剂量效应研究的辐照模拟源主要用⁶⁰Co辐照源,因而准确的测量钴源辐照室内不同位置的剂量十分重要,为此本文通过自制的一套钴源剂量测试装置标定了钴源三维剂量场以及使用薄膜剂量片测试了该钴源的剂量增强因子。应用该便携式测量装置标定钴源三维剂量场,携带方便,测量结果精确,可在钴源辐照室地面,不同高度,不同距离多角度测量,这对于提高电子元器件电离总剂量效应研究和抗辐射性能考核的准确性,推动总剂量效应试验方法和标准的完善,对保障航天器的运行安全、寿命都有重要的意义。