Monte Carlo track-structure simulation provides a near accurate description of the passage of charge particle in water as a surrogate for biological tissue. Radiation transport codes and Monte Carlo track-structure codes are widely used in radiation biophysics, dosimetry and microdosimetry, clinical radiotherapy, in space radiation program and accelerator design and research. Over the past decade the number of Monte Carlo track codes simulating a variety of different types of radiations has increased rapidly. In this paper we provide a review of recent progress in the development of particle track simulation for electron, low-energy light ions and finally the recent model development for the low-energy electron cross-sections in liquid water.

The health risks of space radiation are arguably the most serious challenge to space exploration, possibly preventing these missions due to safety concerns or increasing their costs to amounts beyond what would be acceptable. Radiation in space is substantially different from Earth: high-energy ($E$) and charge ($Z$) particles (HZE) provide the main contribution to the equivalent dose in deep space, whereas $\ensuremath{\gamma}$ rays and low-energy $\ensuremath{\alpha}$ particles are major contributors on Earth. This difference causes a high uncertainty on the estimated radiation health risk (including cancer and noncancer effects), and makes protection extremely difficult. In fact, shielding is very difficult in space: the very high energy of the cosmic rays and the severe mass constraints in spaceflight represent a serious hindrance to effective shielding. Here the physical basis of space radiation protection is described, including the most recent achievements in space radiation transport codes and shielding approaches. Although deterministic and Monte Carlo transport codes can now describe well the interaction of cosmic rays with matter, more accurate double-differential nuclear cross sections are needed to improve the codes. Energy deposition in biological molecules and related effects should also be developed to achieve accurate risk models for long-term exploratory missions. Passive shielding can be effective for solar particle events; however, it is limited for galactic cosmic rays (GCR). Active shielding would have to overcome challenging technical hurdles to protect against GCR. Thus, improved risk assessment and genetic and biomedical approaches are a more likely solution to GCR radiation protection issues.

We determined radiogenic and cosmogenic noble gases in a mudstone on the floor of Gale Crater. A K-Ar age of 4.21 ± 0.35 billion years represents a mixture of detrital and authigenic components and confirms the expected antiquity of rocks comprising the crater rim. Cosmic-ray-produced (3)He, (21)Ne, and (36)Ar yield concordant surface exposure ages of 78 ± 30 million years. Surface exposure occurred mainly in the present geomorphic setting rather than during primary erosion and transport. Our observations are consistent with mudstone deposition shortly after the Gale impact or possibly in a later event of rapid erosion and deposition. The mudstone remained buried until recent exposure by wind-driven scarp retreat. Sedimentary rocks exposed by this mechanism may thus offer the best potential for organic biomarker preservation against destruction by cosmic radiation.

Central nervous system (CNS) risks which include during space missions and lifetime risks due to space radiation exposure are of concern for long-term exploration missions to Mars or other destinations. Possible CNS risks during a mission are altered cognitive function, including detriments in short-term memory, reduced motor function, and behavioral changes, which may affect performance and human health. The late CNS risks are possible neurological disorders such as premature aging, and Alzheimer's disease (AD) or other dementia. Radiation safety requirements are intended to prevent all clinically significant acute risks. However the definition of clinically significant CNS risks and their dependences on dose, dose-rate and radiation quality is poorly understood at this time. For late CNS effects such as increased risk of AD, the occurrence of the disease is fatal with mean time from diagnosis of early stage AD to death about 8 years. Therefore if AD risk or other late CNS risks from space radiation occur at mission relevant doses, they would naturally be included in the overall acceptable risk of exposure induced death (REID) probability for space missions. Important progress has been made in understanding CNS risks due to space radiation exposure, however in general the doses used in experimental studies have been much higher than the annual galactic cosmic ray (GCR) dose (∼0.1 Gy/y at solar maximum and ∼0.2 Gy/y at solar minimum with less than 50% from HZE particles). In this report we summarize recent space radiobiology studies of CNS effects from particle accelerators simulating space radiation using experimental models, and make a critical assessment of their relevance relative to doses and dose-rates to be incurred on a Mars mission. Prospects for understanding dose, dose-rate and radiation quality dependencies of CNS effects and extrapolation to human risk assessments are described.

Astronauts on a mission to Mars would be exposed for up to 3 years to galactic cosmic rays (GCR) — made up of high-energy protons and high charge (Z) and energy (E) (HZE) nuclei. GCR exposure rate increases about three times as spacecraft venture out of Earth orbit into deep space where protection of the Earth's magnetosphere and solid body are lost. NASA's radiation standard limits astronaut exposures to a 3% risk of exposure induced death (REID) at the upper 95% confidence interval (CI) of the risk estimate. Fatal cancer risk has been considered the dominant risk for GCR, however recent epidemiological analysis of radiation risks for circulatory diseases allow for predictions of REID for circulatory diseases to be included with cancer risk predictions for space missions. Using NASA's models of risks and uncertainties, we predicted that central estimates for radiation induced mortality and morbidity could exceed 5% and 10% with upper 95% CI near 10% and 20%, respectively for a Mars mission. Additional risks to the central nervous system (CNS) and qualitative differences in the biological effects of GCR compared to terrestrial radiation may significantly increase these estimates, and will require new knowledge to evaluate.

Animal models reveal an unexpected sensitivity of mature neurons in the brain to the charged particles found in space.

Simple and complex clustered DNA damage represent the critical initial damage caused by radiation. In this paper, a multinomial probability model of clustered damage is developed with probabilities dependent on the energy imparted to DNA and surrounding water molecules. The model consists of four probabilities: (A) direct damage of sugar-phosphate moieties leading to SSB, (B) OH

Diabetes is a prevalent metabolic condition with substantial health and economic impacts. Therefore, effective and accessible indicators are essential for early detection and prevention. This study investigates the link between the waist-to-calf circumference ratio (WCR) and diabetes risk in a large cohort from the Longevity Check-Up (Lookup) 8+ Study. The present investigation is a retrospective cross-sectional study. Diabetes was defined either as self-reported diagnosis, or fasting plasma glucose equal to or greater than 126 mg/dL, or random plasma glucose equal to or greater than 200 mg/dL. The WCR was calculated by dividing waist circumference by calf circumference. A total population of 8900 participants (mean age 57.1 ± 14.8 years, 55% women) was included in the study. The prevalence of diabetes was 9.4%. Mean WCR displayed a significant trend (p for trend < 0.001), and the analysis of covariance (ANCOVA) revealed significant differences among the normal, pre-diabetes, diabetes groups. Unadjusted logistic regression showed a positive association between higher WCR and diabetes, which remained significant in the adjusted models. Receiver operating characteristic curve analysis indicated that WCR had a higher area under the curve compared to waist circumference alone, with cut-off values of 2.35 for men and 2.12 for women providing high sensitivity (91% for men, 92% for women) and specificity (74% for men, 75% for women). Our study introduces WCR as a novel, simple, and cost-effective anthropometric measure for identifying individuals at risk of diabetes, suitable for clinical use, especially in resource-limited settings.