便攜式人類活動環(huán)境中氡氣監(jiān)測仿生電子警犬

哈爾濱順邁學(xué)校 葛彥澤

便攜式人類活動環(huán)境中氡氣監(jiān)測仿生電子警犬

哈爾濱順邁學(xué)校 葛彥澤

氡氣是人類患肺癌污染源，氡氣監(jiān)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(jiān)測CPU處理器與氡氣報警控制器，仿生警犬眼發(fā)光、嘴發(fā)出犬叫聲、發(fā)射電子信號，警示氡氣已超出人類生存環(huán)境中危害健康的輻射數(shù)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(yīng)用。

便攜式；人類活動環(huán)境；氡氣監(jiān)測；仿生電子警犬

氡氣廣泛的集聚在人們生活環(huán)境中的房屋室內(nèi)和地下室及車庫，尤其是工程作業(yè)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(qū)，這些區(qū)域的存在都會使得長期出入上述區(qū)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(fā)現(xiàn)相關(guān)的伴隨人們生活和工作環(huán)境中，便于隨身攜帶的氡氣監(jiān)測報警裝置技術(shù)，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(huán)境中氡氣監(jiān)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(chǎn)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(huán)境介質(zhì)中的鐳-226衰變而成，并通過介質(zhì)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(shù)量的氡原子，經(jīng)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(tǒng)截留，并在局部區(qū)域不斷累積。長期吸入高濃度氡最終可誘發(fā)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(jīng)系統(tǒng)、網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)和血液中廣泛分布，當人們吸入后，氡衰變過程產(chǎn)生的α粒子可在人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷，最終誘發(fā)癌變。氡被WHO（世界衛(wèi)生組織）公布為19種主要環(huán)境致癌物之一，且被國際癌癥研究機構(gòu)列入室內(nèi)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(zhì)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(qū)域

目前我國室內(nèi)常見的氡氣來源主要體現(xiàn)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(nèi)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(nèi)；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(nèi)；第四，來源于室內(nèi)天然氣的燃燒,，如果室內(nèi)通風(fēng)不好，其中的氡全部釋放到室內(nèi)；最后，是來源于室內(nèi)裝修用的建筑材料，如：礦渣磚、花崗巖、瓷磚、潔具等。其中，現(xiàn)在人們生活環(huán)境中的房屋室內(nèi)和地下室及車庫，尤其是工程作業(yè)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(qū)，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(guān)問題，本文針對我國某城市居民進行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示，在進行目標抽樣的3個小區(qū)內(nèi)，隨機抽取近300名小區(qū)居民進行有關(guān)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(diào)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(zhuǎn)的危害，由此，本文認為進行氡氣知識的普及和預(yù)防工作迫在眉睫。與此同時，本文通過網(wǎng)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(fā)現(xiàn)尚沒有相關(guān)的伴隨人們生活和工作環(huán)境中，便于隨身攜帶的氡氣監(jiān)測報警裝置技術(shù)，由此，本文萌發(fā)了想要發(fā)明出一個輕便的，便于攜帶的，不占用空間、室內(nèi)一個可愛的動物藝術(shù)造型擺設(shè)的氡氣監(jiān)測報警裝置。從而設(shè)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(jiān)測報警裝置技術(shù)課題正式確立。

二、便攜式人類活動環(huán)境中氡氣監(jiān)測仿生電子警犬的設(shè)計思路

（一）電子仿生警犬的設(shè)計思路

根據(jù)實際的監(jiān)測需要，本文認為監(jiān)測仿生電子警犬的設(shè)計應(yīng)具備以下基本組件：其設(shè)計圖如圖1所示，包括電子警犬體1、頭部2、電子發(fā)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(guān)K16、電源線17、氡氣監(jiān)測CPU處理器18、氡氣報警控制器19、電子發(fā)射器20、氡氣采集管22、導(dǎo)線23構(gòu)成，其特征是在電子警犬體1內(nèi)，分別設(shè)有氡氣監(jiān)測CPU處理器18、氡氣報警控制器19、電子發(fā)射器20，在頭部2，設(shè)有閃光報警的電子發(fā)光眼睛3，在鼻部4，設(shè)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(jiān)測CPU處理器18內(nèi)，在嘴部6內(nèi)，設(shè)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(shè)置一個天線14，在警犬臀部12，設(shè)有電源輸入端15，在警犬上身8，設(shè)有電源開關(guān)K16。

圖1 仿生電子警犬設(shè)計示意圖

所說的便攜式人類活動環(huán)境中氡氣監(jiān)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(shè)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(jiān)測CPU處理器18內(nèi)，并通過通過電源線17，分別與氡氣監(jiān)測CPU處理器18、電源開關(guān)K16、電源輸入端15構(gòu)成電路。

（二）電子仿生警犬的制作過程

根據(jù)上述理論圖紙的設(shè)計，選用合適的制作組件后，進行有關(guān)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(nèi)設(shè)有氡氣監(jiān)測CPU處理器、氡氣報警控制器、電子發(fā)射器；

2.設(shè)閃光報警眼睛；

3.設(shè)鼻腔氡氣采集頭；

4.在嘴部內(nèi)設(shè)有一個揚聲器；

5.氡氣采集吸附桶罩；

6.氡氣監(jiān)測CPU處理器，通過導(dǎo)線與氡氣報警控制器、電子發(fā)射器、天線、電子發(fā)光眼睛、揚聲器連接一起。

（三）電子仿生警犬的監(jiān)測系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)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(shè)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(jiān)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(zhuǎn)：AC 110V）

三、電子仿生警犬于人類活動環(huán)境中氡氣監(jiān)測的實驗

（一）我國氡氣監(jiān)測標準

截止2015年，我國先后頒布了七個《住房內(nèi)氡濃度控制標準》。其中，針對I類民用建筑（例如，住宅、醫(yī)院、老年建筑、幼兒園、學(xué)校教室等）有關(guān)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(fā)店等）有關(guān)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(huán)節(jié)規(guī)定“民用建筑工程及室內(nèi)裝修工程的室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量驗收，應(yīng)在工程完工7天之內(nèi)、工程交付使用前進行人類居住環(huán)境中有關(guān)氡氣含量的檢測工作，針對氡氣監(jiān)測不符合國家限定標準的區(qū)域、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)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(huán)境監(jiān)控過程中的應(yīng)用試驗

為了檢驗仿生電子警犬在實際人類生活環(huán)境中氡氣監(jiān)控過程中的使用效果，現(xiàn)設(shè)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(qū)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(jié)果如表1所示：

表1 仿生電子警犬氡氣監(jiān)控測試結(jié)果

通過上述結(jié)果可知，在上述進行放生電子警犬進行氡氣監(jiān)控的目標住戶區(qū)域內(nèi)，只有一戶達到國家既定的安全環(huán)境標準，而大量存在于住戶生活環(huán)境周邊的便大都表現(xiàn)為氡氣放射α粒子（鐳衰變產(chǎn)物），這種物質(zhì)最為接近人類生存環(huán)境中危害健康的輻射數(shù)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(zhì)量埋下安全隱患。

（三）仿生電子警犬設(shè)計特征及其發(fā)展前景

便攜式人類活動環(huán)境中氡氣監(jiān)測電子警犬，其特征是在電子警犬體的頭部設(shè)有電子發(fā)光眼睛，嘴部內(nèi)設(shè)有揚聲器，在鼻部設(shè)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(jiān)測CPU處理器與氡氣報警控制器，電子警犬眼發(fā)光、嘴發(fā)出犬叫聲、發(fā)射出無線電子信號，警示氡氣已超出人類生存環(huán)境《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》、《作業(yè)環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中危害人體健康的輻射數(shù)值。與此同時，該裝置結(jié)構(gòu)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(nèi)、地下商場、地下車庫，尤其是工程作業(yè)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(qū)域，來提醒人們遠離氡氣輻射地。

四、結(jié)語

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

葛彥澤（2000—），男，黑龍江哈爾濱人，現(xiàn)就讀于哈爾濱順邁學(xué)校。