便攜式人類活動環境中氡氣監測仿生電子警犬

哈爾濱順邁學校 葛彥澤

便攜式人類活動環境中氡氣監測仿生電子警犬

哈爾濱順邁學校 葛彥澤

氡氣是人類患肺癌污染源，氡氣監測仿生電子警犬，本文利用鼻腔氡氣采集頭，犬身上氡氣采集吸附桶罩，二種采集合一，通過氡氣監測CPU處理器與氡氣報警控制器，仿生警犬眼發光、嘴發出犬叫聲、發射電子信號，警示氡氣已超出人類生存環境中危害健康的輻射數值，提醒人們遠離氡氣輻射地，該裝置攜帶方便、自備電源、易推廣應用。

便攜式；人類活動環境；氡氣監測；仿生電子警犬

氡氣廣泛的集聚在人們生活環境中的房屋室內和地下室及車庫，尤其是工程作業場地如：采礦山洞、地下煤礦坑道、交通隧道、城市地鐵通道，都是氡氣集聚區，這些區域的存在都會使得長期出入上述區域的人們受到氡氣的危害，從而埋下嚴重的生命安全隱患。但是我國針對便攜式氡氣探測裝置的研究仍舊處于相對空白的階段，尚沒有發現相關的伴隨人們生活和工作環境中，便于隨身攜帶的氡氣監測報警裝置技術，本文作者針對這一問題氡氣探測仿生電子警犬的思想，以期為我國未來氡氣的防護、檢測工作作出貢獻。

一、便攜式人類活動環境中氡氣監測仿生電子警犬的實驗背景

（一）氡氣的概述

氡是由放射性元素鐳衰變產生 , 鐳又是由放射性元素鈾衰變而來 , 鈾起了一個氡的永久源作用，是一種比空氣重7.5倍，無色無味的放射性氣體形式存在。它是由土壤、巖石、水、天然氣、建材等環境介質中的鐳-226衰變而成，并通過介質的空隙透析到空氣中。它的半衰期為3.85天，也就是說，一定數量的氡原子，經過3.85天后，由于放射性衰變，有一半氡原子變成釙、鉛、鉍等放射性金屬原子。這些金屬原子稱為氡子體。氡它沒有顏色，也沒有任何氣味。常溫下氡及子體在衰變時釋放出α、β、γ等射線，空氣中能形成放射性氣溶膠而污染空氣，很容易被呼吸系統截留，并在局部區域不斷累積。長期吸入高濃度氡最終可誘發肺癌。

（二）氡氣對人類健康的影響

氡對人體的脂肪有很高的親和力，氡能在脂肪組織、神經系統、網狀內皮系統和血液中廣泛分布，當人們吸入后，氡衰變過程產生的α粒子可在人的呼吸系統造成輻射損傷，最終誘發癌變。氡被WHO（世界衛生組織）公布為19種主要環境致癌物之一，且被國際癌癥研究機構列入室內主要致癌物。氡不僅會增加患癌尤其是肺癌、敗血癥等疾病的可能，而且會因為對人體細胞的機質性損傷帶來對子女甚至第三代的潛在傷害。

（三）氡氣的來源及其常見區域

目前我國室內常見的氡氣來源主要體現在如下幾個方面∶首先，來自于地下水，水中氡濃度達到104貝克／立方米時，是室內氡氣最為主要的氡氣來源；其次，來自于地下地基土壤，通過地表和墻體裂縫而進入室內；第三，來自于室外大氣，室外大氣中的氡會隨著室外空氣進入室內；第四，來源于室內天然氣的燃燒,，如果室內通風不好，其中的氡全部釋放到室內；最后，是來源于室內裝修用的建筑材料，如：礦渣磚、花崗巖、瓷磚、潔具等。其中，現在人們生活環境中的房屋室內和地下室及車庫，尤其是工程作業場地如：采礦山洞、地下煤礦坑道、交通隧道、城市地鐵通道，都是氡氣嚴重的聚區，甚至被稱為危害人類健康的重點潛在地。

對此，針對上述氡氣及其危害的相關問題，本文針對我國某城市居民進行調查，調查結果顯示，在進行目標抽樣的3個小區內，隨機抽取近300名小區居民進行有關是否了解“什么是氡氣？”、“氡氣對人體健康存在哪些危害？”等問題的社會調查中，近百分之83的居民不知道什么是氡氣，更不了解氡氣的存在會對人體造成什么樣不可逆轉的危害，由此，本文認為進行氡氣知識的普及和預防工作迫在眉睫。與此同時，本文通過網上搜索等方式進行當今市場背景下，是否有便攜式氡氣檢測警報裝置的搜尋工作，發現尚沒有相關的伴隨人們生活和工作環境中，便于隨身攜帶的氡氣監測報警裝置技術，由此，本文萌發了想要發明出一個輕便的，便于攜帶的，不占用空間、室內一個可愛的動物藝術造型擺設的氡氣監測報警裝置。從而設計一項具備實用性原則的同時，可以造福人類的研究，由此，針對便于隨身攜帶的氡氣監測報警裝置技術課題正式確立。

二、便攜式人類活動環境中氡氣監測仿生電子警犬的設計思路

（一）電子仿生警犬的設計思路

根據實際的監測需要，本文認為監測仿生電子警犬的設計應具備以下基本組件：其設計圖如圖1所示，包括電子警犬體1、頭部2、電子發光眼睛3、鼻部4、鼻腔氡氣采集頭5、嘴部6、揚聲器7、氡氣采集吸附桶罩10、天線14、電源輸入端15、電源開關K16、電源線17、氡氣監測CPU處理器18、氡氣報警控制器19、電子發射器20、氡氣采集管22、導線23構成，其特征是在電子警犬體1內，分別設有氡氣監測CPU處理器18、氡氣報警控制器19、電子發射器20，在頭部2，設有閃光報警的電子發光眼睛3，在鼻部4，設有鼻腔氡氣采集頭5，與氡氣采集管22連接一起，再送入氡氣監測CPU處理器18內，在嘴部6內，設有一個揚聲器7，在警犬上身8、警犬下身9上，安裝一個展開面積大的氡氣采集吸附桶罩10，在警犬臀部12的尾巴13上，設置一個天線14，在警犬臀部12，設有電源輸入端15，在警犬上身8，設有電源開關K16。

圖1 仿生電子警犬設計示意圖

所說的便攜式人類活動環境中氡氣監測電子警犬，其特征是在電子警犬體1的警犬上身8與警犬下身9上，設有若干個通氣孔21，把集聚在氡氣采集吸附桶罩上的氡氣，由通氣孔21送入氡氣監測CPU處理器18內，并通過通過電源線17，分別與氡氣監測CPU處理器18、電源開關K16、電源輸入端15構成電路。

（二）電子仿生警犬的制作過程

根據上述理論圖紙的設計，選用合適的制作組件后，進行有關氡氣檢測仿生電子警犬的制作過程如下：

1.在仿生電子警犬體內設有氡氣監測CPU處理器、氡氣報警控制器、電子發射器；

2.設閃光報警眼睛；

3.設鼻腔氡氣采集頭；

4.在嘴部內設有一個揚聲器；

5.氡氣采集吸附桶罩；

6.氡氣監測CPU處理器，通過導線與氡氣報警控制器、電子發射器、天線、電子發光眼睛、揚聲器連接一起。

（三）電子仿生警犬的監測系統的參數設計

1.測量范圍：(0.1—999)pCi/l（說明：1pCi/l=37Bq/m3）

2.工作溫度：7℃～35℃(45oF—95oF)

3.測量周期：1小時（可以按專門要求設置為4小時，8小時或24小時）

4.備用電池：一個12V電池可維持監測近20小時

5.裝置重量：

6.電子顯示：3位LED顯示

7.工作電壓：110V（AC220 V轉：AC 110V）

三、電子仿生警犬于人類活動環境中氡氣監測的實驗

（一）我國氡氣監測標準

截止2015年，我國先后頒布了七個《住房內氡濃度控制標準》。其中，針對I類民用建筑（例如，住宅、醫院、老年建筑、幼兒園、學校教室等）有關氡濃度的限量標準為≤200Bp/m3；Ⅱ類民用建筑（例如，辦公樓、商店、旅館、圖書館、展覽館、體育館、公共交通等候車室、餐廳、理發店等）有關氡濃度的限量標準≤400 Bp/m3。與此同時，在針對氡氣測量、檢測等環節規定“民用建筑工程及室內裝修工程的室內環境質量驗收，應在工程完工7天之內、工程交付使用前進行人類居住環境中有關氡氣含量的檢測工作，針對氡氣監測不符合國家限定標準的區域、室內環境質量驗收不合格的民用建筑工程，嚴禁投入使用。

（二）仿生電子警犬在實際環境監控過程中的應用試驗

為了檢驗仿生電子警犬在實際人類生活環境中氡氣監控過程中的使用效果，現設計如下實驗。實驗過程中，將仿生電子警犬于2017年7月至8月之間，在本地幾個居民小區進行定點投放，并按12個小時（24小時）兩個時段進行選擇性氡氣測試，其實驗結果如表1所示：

表1 仿生電子警犬氡氣監控測試結果

通過上述結果可知，在上述進行放生電子警犬進行氡氣監控的目標住戶區域內，只有一戶達到國家既定的安全環境標準，而大量存在于住戶生活環境周邊的便大都表現為氡氣放射α粒子（鐳衰變產物），這種物質最為接近人類生存環境中危害健康的輻射數值，長期的接觸會在很大一定程度上影響人們正常的身體健康情況，并會對生命質量埋下安全隱患。

（三）仿生電子警犬設計特征及其發展前景

便攜式人類活動環境中氡氣監測電子警犬，其特征是在電子警犬體的頭部設有電子發光眼睛，嘴部內設有揚聲器，在鼻部設有鼻腔氡氣采集頭，警犬上身安裝氡氣采集吸附桶罩，利用二種采集方式，把無味、無顏色放射性致肺癌的氡氣，通過氡氣監測CPU處理器與氡氣報警控制器，電子警犬眼發光、嘴發出犬叫聲、發射出無線電子信號，警示氡氣已超出人類生存環境《室內空氣質量標準》、《作業環境空氣質量標準》中危害人體健康的輻射數值。與此同時，該裝置結構簡單、體積小、攜帶方便、自備電源、可測出微量氡氣值，適用于居室內、地下商場、地下車庫，尤其是工程作業采礦山洞、煤礦坑道、山體隧道、地鐵通道的氡氣集聚高濃度區域，來提醒人們遠離氡氣輻射地。

四、結語

綜上所述，隨著人們生活水平的不斷提升，人們居住的環境問題逐漸成為了人們日常關注的重點。本文通過針對從事人們生活環境中氡氣監測的仿生電子警犬設計進行分析，認為就仿生電子警犬設計來說在很大程度上彌補了目前現有氡氣相關監測設備，體積大、市場價格高等不足，充分發揮了 便攜式人類活動環境中氡氣監測電子警犬體積小、價格低，攜帶方便等優勢，以期為我國未來提升人們生活、居住的環境做出貢獻。

葛彥澤（2000—），男，黑龍江哈爾濱人，現就讀于哈爾濱順邁學校。