T-Rex：一种用于环境或公共卫生研究的便携式镭-222探测仪

《Journal of Environmental Radioactivity》：T-Rex: the transportable radon-222 explorer for environmental or public health studies

　　

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  手提箱大小，18千克镭-222监测仪，检测限约0.3 Bq·m^?3
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  介于环境研究和公共卫生研究之间的跨领域仪器
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  紧凑、经济、低功耗的环境镭-222监测
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  降低不确定度的室内镭-222高时间分辨率监测
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  便携式、精确的镭-222校准传递标准设备

引言

放射性气体氡自然地从岩石、土壤和许多常见的建筑材料中释放出来（Commission and Centre, 2020）。一方面，人们已经认识到超过500年了（Jacobi, 1993），长期暴露于氡或高浓度氡对人体健康有直接的、切实的影响。事实上，氡的同位素及其短寿命的α、β和γ放射子体构成了人类辐射暴露的最大天然来源（UNSCEAR, 2000; Belete and Anteneh, 2021; Bobkier et al., 2025），是仅次于吸烟的肺癌第二大诱因（WHO, 2009; Hoffman, 2012）。另一方面，在室外大气中通常比较低的浓度下，氡独特的物理特性组合（惰性气体、简单的源/汇功能、半衰期长于大气边界层混合时间尺度但短于天气系统时间尺度）使其成为大气垂直混合和水平传输的便捷而有力的示踪剂（Moses et al., 1960; Polian et al., 1986; Balkanski et al., 1992; Butterweck et al., 1994; Williams et al., 2011, 2016; Chambers et al., 2013, 2018; Wada et al., 2013; Vargas et al., 2015; Sigmund et al., 2019; Sultani et al., 2025）。

公共卫生关注的目标活度浓度（100 Bq?m^?3 - 300 Bq?m^?3）和部分环境研究社区的浓度（≤0.1 Bq?m^?3）之间大约相差三个数量级（NCBI, 1999; Chambers et al., 2016）。从公共卫生角度来看，长期暴露于氡同位素及其子体的每增加100 Bq?m^?3，个人一生患上肺癌的风险就会增加16%（Darby et al., 2005）。从环境监测角度来看，镭-222浓度低于0.1 Bq?m^?3表明空气在过去2周内与陆地（含有潜在污染源）的接触极少（Molloy and Galbally, 2014; Mallet et al., 2025）。这些关于灵敏度、精确度、时间响应、成本和便携性的不同需求，使得为这些研究社区发展出了两种截然不同的氡监测仪：（i）小型、低灵敏度、经济、被动和主动的商业监测仪（例如，Radulescu et al., 2022; Beck et al., 2024; Lalau et al., 2023），以及（ii）通常较大、较昂贵、高灵敏度的主动研究型监测仪（Polian et al., 1986; Whittlestone and Zahorowski, 1998; Levin et al., 2002; Wada et al., 2010; Grossi et al., 2012; Schmithüsen et al., 2017; Sultani et al., 2023）。

用于公共卫生的商业主动氡监测仪通常较小（<0.02 m³）、较轻（0.25千克至7千克）、相对经济（澳元200元至40,000元），并且——基于报告的灵敏度，假设零背景——在每小时时间分辨率下检测限（DL）在4 Bq?m^?3至100 Bq?m^?3之间（此处将检测限定义为仪器计数不确定度达到30%时的氡浓度）。相比之下，目前研究型环境氡监测的全球基准（WMOSummary and working group reports et al., 2004）是ANSTO双过滤器双流环氡监测仪（Whittlestone and Zahorowski, 1998; Griffiths et al., 2016; Chambers et al., 2014, 2022），其1500升型号在每小时观测的检测限为<0.03 Bq?m^?3，但体积庞大（>2 m³）、重量沉重（约120千克）且相对昂贵（约澳元100,000元）。

随着长期高质量（可溯源或已协调）氷观测数据的价值日益明显（用于气候研究、追踪污染路径、城市空气质量和城市气候、扩散研究、模型评估研究、改善放射性事故的早期预警系统、确定氡优先区域、评估对理事会指令2013/59/Euratom的合规性）（例如，R?ttger et al., 2021, 2025a,b; ?elikovi? et al., 2022），越来越明显的是，为公共卫生和环境研究设计的监测仪之间在数据质量、可溯源性或仪器特性上的巨大差异，在很大程度上阻碍了这些社区之间的有意义的数据共享。此外，目前面临空间或资金限制的研究人员唯一选择是使用性能特征可能无法完全满足其研究需求的氡监测仪。最后，不断涌现的新研究需求将从更高灵敏度的便携式氡监测仪中受益。

随着未来建筑的设计更加重视能效改进（导致室内外空气交换率降低），将对室内空气质量（包括氡）变化的短期驱动因素的更好理解提出需求（RadonNET, 2023）。这一挑战的规模将需要监测和室内空气质量建模的联合使用。为此，可能需要比现有商业氡监测仪所能实现的每小时以下时间分辨率具有更高测量精度，以开发或评估室内空气质量模型的性能。此外，在某些特殊情况下，需要使用现有商业监测仪难以实现的灵敏度和时间分辨率来评估氡减缓措施的有效性。

鉴于上述局限性和新兴需求，基于现有的双过滤器双流环氡探测技术（Whittlestone and Zahorowski, 1998），我们开发并测试了一种公共卫生和环境研究社区之间潜在的"跨领域仪器"原型。约束性设计参数包括便携性（单人操作、完全自给自足、"手提箱大小"且<20千克）、低功耗，以及每小时测量的检测限（DL）≤0.4 Bq?m^?3（即比领先的现有商业监测仪低一个数量级），但能够报告>10⁴ Bq?m^?3的浓度。虽然此类仪器将无法满足世界气象组织（WMO）全球大气监视网（GAW）"基准"站点的严格测量标准（要求检测限≤0.05 Bq?m^?3；Chambers et al., 2016, 2021），或某些高海拔和沿海站点的标准，但非常适合许多环境监测用途，同时便携性足以用于室内。本文旨在概述原型开发过程和初步"概念验证"野外测试，该测试是ANSTO研究生研究项目的一部分进行的。需要注意的是，该原型尚未进行可溯源校准，但在撰写本文时相关计划正在推进中。

章节摘要

方法

此处报告的所有室外测量均在ANSTO的新南威尔士州卢卡斯高度校园进行。仪器安置在地面层实验室中。100升监测仪的采样通过5米长的19毫米编织透明柔性PVC软管进行，进气口位于距地面1.2米的高度，位于环境科学楼（B21）东侧，距悉尼海岸线约14公里。所有报告时间均为UTC+10小时。

结果

在没有校准室的情况下，我们通过将100升监测仪与已建立的200升监测仪进行比较，对其性能进行了初步评估（例如，Chambers et al., 2022）。这台200升监测仪自2022年以来一直在常规运行（未经翻新），因此其对氡的灵敏度低于R?ttger等（2026）报告的值。然而，其灵敏度仍高于100升监测仪，因此也被用作——正如traceRadon项目目标所预期的那样（R?ttger等

讨论

许多研究应用需要具有高时间分辨率和高灵敏度的氷监测仪（例如，气团分类（Chambers et al., 2013, 2016; Sigmund et al., 2019; Park et al., 2020; Brunner et al., 2021; Tinorua et al., 2024; Mallet et al., 2025），高纬度研究（Pereira, 1990; Ui et al., 1998; Weller et al., 2014; Tositti et al., 2002; Simmons et al., 2021; Chambers et al., 2018），或基于垂直梯度测量的边界层混合研究

结论

随着全球大气氡监测能力的提高（通过仪器开发、测量协调/可溯源性、更好/更便宜的数据存储等），以及公开可用的高质量长期氷数据集数量的增加（通过高度协作的跨学科研究项目（例如，traceRadon，https://traceradon-empir.eu/；RadonNET，https://radon-network.eu/；NuClim，https://www.nuclim.eu/home；访问日期为2026年5月14日），改进的传播

作者贡献声明

Raghav Hariharan：写作——审阅与编辑，软件，方法学，调查研究。Cynthia Leung：方法学，调查研究。Alan D. Griffiths：写作——审阅与编辑，监督，软件，方法学，调查研究，概念构思。Ot Sisoutham：验证，监督，方法学。Scott D. Chambers：写作——原稿撰写，可视化，监督，资源，项目管理，方法学，调查研究，形式分析，数据整理，概念构思。

资金来源

本研究未获得公共、商业或非营利领域资助机构的任何特定资助。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：在本手稿提交时，相关讨论正在进行中，可能会导致由ANSTO最初设计的双过滤器双流环氷监测仪（包括本研究中讨论的原型）被SARAD GmbH进一步开发并商业化销售。

Raghav Hariharan|Cynthia Leung|Alan D. Griffiths|Ot Sisoutham|Scott D. Chambers