便携式人类活动环境中氡气监测仿生电子警犬

哈尔滨顺迈学校 葛彦泽

便携式人类活动环境中氡气监测仿生电子警犬

哈尔滨顺迈学校 葛彦泽

氡气是人类患肺癌污染源，氡气监测仿生电子警犬，本文利用鼻腔氡气采集头，犬身上氡气采集吸附桶罩，二种采集合一，通过氡气监测CPU处理器与氡气报警控制器，仿生警犬眼发光、嘴发出犬叫声、发射电子信号，警示氡气已超出人类生存环境中危害健康的辐射数值，提醒人们远离氡气辐射地，该装置携带方便、自备电源、易推广应用。

便携式；人类活动环境；氡气监测；仿生电子警犬

氡气广泛的集聚在人们生活环境中的房屋室内和地下室及车库，尤其是工程作业场地如：采矿山洞、地下煤矿坑道、交通隧道、城市地铁通道，都是氡气集聚区，这些区域的存在都会使得长期出入上述区域的人们受到氡气的危害，从而埋下严重的生命安全隐患。但是我国针对便携式氡气探测装置的研究仍旧处于相对空白的阶段，尚没有发现相关的伴随人们生活和工作环境中，便于随身携带的氡气监测报警装置技术，本文作者针对这一问题氡气探测仿生电子警犬的思想，以期为我国未来氡气的防护、检测工作作出贡献。

一、便携式人类活动环境中氡气监测仿生电子警犬的实验背景

（一）氡气的概述

氡是由放射性元素镭衰变产生 , 镭又是由放射性元素铀衰变而来 , 铀起了一个氡的永久源作用，是一种比空气重7.5倍，无色无味的放射性气体形式存在。它是由土壤、岩石、水、天然气、建材等环境介质中的镭-226衰变而成，并通过介质的空隙透析到空气中。它的半衰期为3.85天，也就是说，一定数量的氡原子，经过3.85天后，由于放射性衰变，有一半氡原子变成钋、铅、铋等放射性金属原子。这些金属原子称为氡子体。氡它没有颜色，也没有任何气味。常温下氡及子体在衰变时释放出α、β、γ等射线，空气中能形成放射性气溶胶而污染空气，很容易被呼吸系统截留，并在局部区域不断累积。长期吸入高浓度氡最终可诱发肺癌。

（二）氡气对人类健康的影响

氡对人体的脂肪有很高的亲和力，氡能在脂肪组织、神经系统、网状内皮系统和血液中广泛分布，当人们吸入后，氡衰变过程产生的α粒子可在人的呼吸系统造成辐射损伤，最终诱发癌变。氡被WHO（世界卫生组织）公布为19种主要环境致癌物之一，且被国际癌症研究机构列入室内主要致癌物。氡不仅会增加患癌尤其是肺癌、败血症等疾病的可能，而且会因为对人体细胞的机质性损伤带来对子女甚至第三代的潜在伤害。

（三）氡气的来源及其常见区域

目前我国室内常见的氡气来源主要体现在如下几个方面∶首先，来自于地下水，水中氡浓度达到104贝克／立方米时，是室内氡气最为主要的氡气来源；其次，来自于地下地基土壤，通过地表和墙体裂缝而进入室内；第三，来自于室外大气，室外大气中的氡会随着室外空气进入室内；第四，来源于室内天然气的燃烧,，如果室内通风不好，其中的氡全部释放到室内；最后，是来源于室内装修用的建筑材料，如：矿渣砖、花岗岩、瓷砖、洁具等。其中，现在人们生活环境中的房屋室内和地下室及车库，尤其是工程作业场地如：采矿山洞、地下煤矿坑道、交通隧道、城市地铁通道，都是氡气严重的聚区，甚至被称为危害人类健康的重点潜在地。

对此，针对上述氡气及其危害的相关问题，本文针对我国某城市居民进行调查，调查结果显示，在进行目标抽样的3个小区内，随机抽取近300名小区居民进行有关是否了解“什么是氡气？”、“氡气对人体健康存在哪些危害？”等问题的社会调查中，近百分之83的居民不知道什么是氡气，更不了解氡气的存在会对人体造成什么样不可逆转的危害，由此，本文认为进行氡气知识的普及和预防工作迫在眉睫。与此同时，本文通过网上搜索等方式进行当今市场背景下，是否有便携式氡气检测警报装置的搜寻工作，发现尚没有相关的伴随人们生活和工作环境中，便于随身携带的氡气监测报警装置技术，由此，本文萌发了想要发明出一个轻便的，便于携带的，不占用空间、室内一个可爱的动物艺术造型摆设的氡气监测报警装置。从而设计一项具备实用性原则的同时，可以造福人类的研究，由此，针对便于随身携带的氡气监测报警装置技术课题正式确立。

二、便携式人类活动环境中氡气监测仿生电子警犬的设计思路

（一）电子仿生警犬的设计思路

根据实际的监测需要，本文认为监测仿生电子警犬的设计应具备以下基本组件：其设计图如图1所示，包括电子警犬体1、头部2、电子发光眼睛3、鼻部4、鼻腔氡气采集头5、嘴部6、扬声器7、氡气采集吸附桶罩10、天线14、电源输入端15、电源开关K16、电源线17、氡气监测CPU处理器18、氡气报警控制器19、电子发射器20、氡气采集管22、导线23构成，其特征是在电子警犬体1内，分别设有氡气监测CPU处理器18、氡气报警控制器19、电子发射器20，在头部2，设有闪光报警的电子发光眼睛3，在鼻部4，设有鼻腔氡气采集头5，与氡气采集管22连接一起，再送入氡气监测CPU处理器18内，在嘴部6内，设有一个扬声器7，在警犬上身8、警犬下身9上，安装一个展开面积大的氡气采集吸附桶罩10，在警犬臀部12的尾巴13上，设置一个天线14，在警犬臀部12，设有电源输入端15，在警犬上身8，设有电源开关K16。

图1 仿生电子警犬设计示意图

所说的便携式人类活动环境中氡气监测电子警犬，其特征是在电子警犬体1的警犬上身8与警犬下身9上，设有若干个通气孔21，把集聚在氡气采集吸附桶罩上的氡气，由通气孔21送入氡气监测CPU处理器18内，并通过通过电源线17，分别与氡气监测CPU处理器18、电源开关K16、电源输入端15构成电路。

（二）电子仿生警犬的制作过程

根据上述理论图纸的设计，选用合适的制作组件后，进行有关氡气检测仿生电子警犬的制作过程如下：

1.在仿生电子警犬体内设有氡气监测CPU处理器、氡气报警控制器、电子发射器；

2.设闪光报警眼睛；

3.设鼻腔氡气采集头；

4.在嘴部内设有一个扬声器；

5.氡气采集吸附桶罩；

6.氡气监测CPU处理器，通过导线与氡气报警控制器、电子发射器、天线、电子发光眼睛、扬声器连接一起。

（三）电子仿生警犬的监测系统的参数设计

1.测量范围：(0.1—999)pCi/l（说明：1pCi/l=37Bq/m3）

2.工作温度：7℃～35℃(45ºF—95ºF)

3.测量周期：1小时（可以按专门要求设置为4小时，8小时或24小时）

4.备用电池：一个12V电池可维持监测近20小时

5.装置重量：

6.电子显示：3位LED显示

7.工作电压：110V（AC220 V转：AC 110V）

三、电子仿生警犬于人类活动环境中氡气监测的实验

（一）我国氡气监测标准

截止2015年，我国先后颁布了七个《住房内氡浓度控制标准》。其中，针对I类民用建筑（例如，住宅、医院、老年建筑、幼儿园、学校教室等）有关氡浓度的限量标准为≤200Bp/m³；Ⅱ类民用建筑（例如，办公楼、商店、旅馆、图书馆、展览馆、体育馆、公共交通等候车室、餐厅、理发店等）有关氡浓度的限量标准≤400 Bp/m³。与此同时，在针对氡气测量、检测等环节规定“民用建筑工程及室内装修工程的室内环境质量验收，应在工程完工7天之内、工程交付使用前进行人类居住环境中有关氡气含量的检测工作，针对氡气监测不符合国家限定标准的区域、室内环境质量验收不合格的民用建筑工程，严禁投入使用。

（二）仿生电子警犬在实际环境监控过程中的应用试验

为了检验仿生电子警犬在实际人类生活环境中氡气监控过程中的使用效果，现设计如下实验。实验过程中，将仿生电子警犬于2017年7月至8月之间，在本地几个居民小区进行定点投放，并按12个小时（24小时）两个时段进行选择性氡气测试，其实验结果如表1所示：

表1 仿生电子警犬氡气监控测试结果

通过上述结果可知，在上述进行放生电子警犬进行氡气监控的目标住户区域内，只有一户达到国家既定的安全环境标准，而大量存在于住户生活环境周边的便大都表现为氡气放射α粒子（镭衰变产物），这种物质最为接近人类生存环境中危害健康的辐射数值，长期的接触会在很大一定程度上影响人们正常的身体健康情况，并会对生命质量埋下安全隐患。

（三）仿生电子警犬设计特征及其发展前景

便携式人类活动环境中氡气监测电子警犬，其特征是在电子警犬体的头部设有电子发光眼睛，嘴部内设有扬声器，在鼻部设有鼻腔氡气采集头，警犬上身安装氡气采集吸附桶罩，利用二种采集方式，把无味、无颜色放射性致肺癌的氡气，通过氡气监测CPU处理器与氡气报警控制器，电子警犬眼发光、嘴发出犬叫声、发射出无线电子信号，警示氡气已超出人类生存环境《室内空气质量标准》、《作业环境空气质量标准》中危害人体健康的辐射数值。与此同时，该装置结构简单、体积小、携带方便、自备电源、可测出微量氡气值，适用于居室内、地下商场、地下车库，尤其是工程作业采矿山洞、煤矿坑道、山体隧道、地铁通道的氡气集聚高浓度区域，来提醒人们远离氡气辐射地。

四、结语

综上所述，随着人们生活水平的不断提升，人们居住的环境问题逐渐成为了人们日常关注的重点。本文通过针对从事人们生活环境中氡气监测的仿生电子警犬设计进行分析，认为就仿生电子警犬设计来说在很大程度上弥补了目前现有氡气相关监测设备，体积大、市场价格高等不足，充分发挥了 便携式人类活动环境中氡气监测电子警犬体积小、价格低，携带方便等优势，以期为我国未来提升人们生活、居住的环境做出贡献。

葛彦泽（2000—），男，黑龙江哈尔滨人，现就读于哈尔滨顺迈学校。