Радон строение атома. Удивительные лечебные свойства радона. Местонахождение и применение радона

Исследователям в области геологии известно, что температура в земляных шахтах или скважинах на глубине 1 километра составляет плюс 20–30 градусов по Цельсию, хотя на поверхности в это время может быть суровая зима. По мере углубления в недра температура возрастает примерно на 20–50 градусов на каждый километр. Откуда берется это тепло? Что является его источником? Не вдаваясь в детали строения глубинных слоев, отметим, что геотермальное тепло в земной коре во многом обусловлено природными процессами, происходящими внутри Земли. Считается, что этому способствует естественный радиоактивный распад изотопов урана, тория, калия, рубидия. Эти и другие радиоактивные элементы имеются в достаточном количестве в подземных слоях в виде руд, а также в виде вкраплений в геологические образования. Во время распада урана-238, урана-235, тория-232 выделяется значительная тепловая энергия и сопутствующий радиоактивный газ радон, который, постепенно поднимаясь сквозь поры и трещины в породе, достигает земной поверхности. Подсчитано, что массовая доля радона в земной коре составляет около 10 процентов.

История открытия радона

Примерно до 1900 года о радоне никому из ученых того времени ничего не было известно. Но именно в этом году крупный английский физик, основоположник ядерной физики, Эрнест Резерфорд сказал свое слово о радоне. Это тот самый человек, который обнаружил альфа- и бета-лучи и который предложил миру планетарную модель атома. Он же и сообщил коллегам об открытии некого нового газа, химического элемента с определенными свойствами, о существовании которого ранее никто не подозревал.

Рис.1. Фрагмент таблицы периодической системы элементов Д.И. Менделеева.

Хотя многими считается, что первооткрывателем радона был Резерфорд, свою долю участия в открытии радиоактивного газа вложили и другие ученые. Дело в том, что Резерфорд экспериментировал с изотопом радона-220 (историческое название – торон), у которого период полураспада 55,6 секунд. Немецкий ученый-химик Фредерик Эрнст Дорн, открыл изотоп радона-222 (период полураспада 3,82 суток). Наконец, французский ученый в области химии и физики Андре-Луи Дебьерн описал свойства еще одной разновидности радона-219 (историческое название – актинон) с периодом полураспада 3,96 секунд. Такие деятели науки как американец Роберт Боуи Оуэнс, англичане Рэмзи Уильям Рамзай и Фредерик Содди также имели отношение к исследованию радона, и предать их труды забвению было бы несправедливо.

Современные ученые-атомщики утверждают, что радиоактивный газ радон имеет 35 известных на сегодня изотопов с атомной массой от 195 до 229. Три из них, указанные выше, рождаются естественным образом, остальные получены искусственным путем в лабораторных условиях. Те изотопы радона, которые выделяются из геологических пород, как раз и представляют собой варианты существования природного радона (атомные массы 222, 220, 219). Как выяснилось, основную долю радиации несет в себе радон-222. На втором месте по значимости стоит радон-220, но его вклад в радиацию составляет лишь 5 процентов.

Физические и химические свойства радона

Свойства радона удивительны, его относят к благородным инертным газам, вроде неона или аргона, которые не спешат вступать в реакцию с какими-нибудь веществами. Это тяжелый газ, в сравнении его с воздухом окажется, что он в 7,5 раз тяжелее. Поэтому радон под действием гравитационных сил стремится опуститься ниже воздушной массы. Тот радон, что выделяется из земли, будет скапливаться преимущественно в подвальных помещениях. Газ, выделяемый из строительного материала потолков и стен, будет располагаться на полу этажей зданий. Радон, выделяемый из воды в душевой комнате, сначала будет наполнять весь объем помещения и существовать в виде аэрозоли, затем опустится к нижней поверхности. В кухонных помещениях радон, выделяемый горючим природным газом, в конечном итоге также будет стремиться вниз, оседать на полу и окружающих предметах.

Рис.2. Концентрация радона в воздухе в разных помещениях дома.

Так как радон не имеет запаха, не имеет цвета и никак не определяется на вкус, то обычный человек, не вооруженный специальными приборами, не сможет его обнаружить. Однако высокая радиоактивность очищенного от примесей газа под действием энергии альфа-частиц инициирует у него эффект флюоресценции. В газообразном состоянии при комнатных температурах, а также в жидком виде (условия образования – минус 62 градуса Цельсия) радон испускает голубое свечение. В твердой кристаллической форме при температурах ниже 71 градуса цвет флюоресценции меняется от желтого до оранжево-красного.

В чем заключается особая опасность альфа-частиц?

Альфа-частицы, испускаемые радоном, это невидимые, но коварные враги. Они несут в себе огромную энергию. И хотя обычная одежда вполне защищает человека от такого типа радиации, опасность кроется в попадании радона в дыхательные пути, а также в желудочно-кишечный тракт. Альфа-частицы – это тяжелая крупнокалиберная артиллерия, наносящая наибольший вред организму. Физиками установлено, что при распаде изотопов радона и дочерних продуктов каждая альфа-частица имеет начальную энергию от 5,41 до 8,96 МэВ. Масса таких частиц в 7500 раз больше, чем масса электронов, представляющих собой поток бета-частиц, который можно сравнить по той же аналогии с пулеметной очередью. Тогда гамма-облучение будет выглядеть всего лишь массовой стрельбой из легкого стрелкового оружия.

Рис.3. Опасность разного вида радиоактивного излучения.

Невидимый газ радон, порождающий альфа-частицы, действительно представляет собой ощутимую угрозу для здоровья человека. Как подсчитали специалисты научного комитета при ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН), вклад радиоактивного радона в годовую дозу облучения человека составляет 75 процентов от всех природных радиоактивных процессов земного происхождения и половину дозы от всех возможных естественных источников радиации (включая земную и космическую). Кроме того, дочерние продукты распада радона – свинец, полоний и висмут – являются весьма опасными для человеческого организма и могут вызывать рак.

Более того, установлено, что активность именно дочерних продуктов радона составляет 90 процентов всей радиации, исходящей от родоначальника. Например, радон-222 в цепи ядерных преобразований порождает полоний-218 (период полураспада 3,1 минуты), полоний-214 (0,16 миллисекунд) и полоний-210 (138,4 суток). Эти элементы также испускают разрушительные альфа-частицы с энергией 6,12 МэВ, 7,88 МэВ и 5,41 МэВ соответственно. Аналогичные процессы наблюдаются и с родительскими изотопами радон-220 и радон-219. Эти факты говорят о том, что действие радона не следует оставлять без внимания, и необходимо принимать всяческие меры по уменьшению его влияния.

Опасность радона с точки зрения медицины

Медики подсчитали, что биологическое воздействие альфа-частиц на клеточные ткани организма оказывает в 20 раз большее разрушительное воздействие, чем бета-частицы или гамма-излучение. По данным исследователей из США попадание в легкие человека изотопов радона и его дочерних продуктов распада приводит к возникновению рака легких. Как считают ученые, вдыхаемый человеком радон инициирует локальные ожоги в легочной ткани и стоит шестым в списке причин заболевания раком, вызывающих смертельный исход. Исследователи отмечают, что воздействие радона на организм особенно опасно в сочетании с привычкой курения. Отмечено, что курение и радон – это два наиболее значимых фактора в возникновении рака легких, а когда они действуют совместно, то опасность резко усиливается. Недавно были опубликованы результаты наблюдений, и сделан вывод, что по причине воздействия внутреннего альфа-облучения на организм человека в США от рака легких умирает ежегодно около 20 тысяч человек. Международное агентство по исследованию раковых заболеваний причислило радон к канцерогенам первого класса опасности.

Рис.4. Источники радиации, воздействующие на человека.

Важные понятия и единицы измерения

Для правильного понимания процессов радиоактивного распада радона и опасности, которую он несет для организма человека, важно знать основную терминологию и единицы измерения. Рассмотрим эти понятия.

Активность (А) радионуклида измеряется в беккерелях (Бк), 1 Бк соответствует 1 распаду в секунду. Для обозначения большой активности применяют также внесистемную единицу – кюри (Ки), 1 кюри равен 37 миллиардам беккерелей.
Объемная (удельная) активность (ОА) – это количество распадов на единицу объема вещества, например, Бк/м3, Бк/л или Бк/кг (беккерель на кубометр, беккерель на литр, беккерель на килограмм соответственно). Часто удельную активность относят к площади: Ки/км2 – кюри на квадратный километр.
Равновесная объемная активность (РОА) – то же, что и ОА, но учитывающая фактор времени, за которое начальная активность дочерних продуктов распада придет в равновесное состояние со своим родителем по причине постепенного угасания жизни короткоживущих радионуклидов. Измеряется в единицах ОА
Эквивалентная равновесная объемная активность (ЭРОА) используется для оценки активности смеси короткоживущих дочерних продуктов распада, еще не пришедших в равновесное состояние. Практически это величина, скорректированная весовыми коэффициентами для каждого типа значимого изотопа и эквивалентная РОА по скрытой энергии. Для определения ЭРОА используется математическая формула. Есть и более простой способ вычисления ЭРОА: путем перемножения текущего значения ОА и коэффициента, характеризующего смещение радиоактивного равновесия радона и его дочерних продуктов в воздушной массе. Как правило, коэффициент выбирается равным 0,5. Обычно ЭРОА вычисляется и задается как среднегодовая активность и измеряется в Бк/м3.

Актуальные нормы радиационной безопасности

Предельные величины концентрации радона в воздухе помещений можно найти в таких нормативных документах, как НРБ-99 или СП 2.6.1.758-99 (Нормы радиационной безопасности), ОСПОРБ-99 (Основные санитарные правила), СП 2.6.1.1292-2003 (Санитарные правила), а также в методических указаниях МУ 2.6.1.715-98. Как указывают нормативы, в жилых и общественных (непроизводственных) помещениях, где предполагается долговременное нахождение людей, ЭРОА в среднем за год не должна превышать 200 Бк/м3 (для эксплуатируемых зданий) и 100 Бк/м3 (для новых строений, вводимых в эксплуатацию). Если эти значения не будут выдержаны, то радиационная безопасность проживания в таких сооружениях не гарантируется.

Методы анализа и мониторинга радоновой обстановки

Методов анализа активности радона и торона великое множество, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Практическое применение нашли те из них, которые отвечают следующим требованиям: простота методики, небольшое время процесса измерения при приемлемой точности анализа, минимальная стоимость оборудования и расходных материалов, наименьшие затраты на обучение персонала. На сегодняшний день в практике дозиметрического контроля радона и его продуктов распада используются следующие методы:

Сорбция (поглощение) радона из окружающей среды активированным углем. Бывает пассивная (самопроизвольная) и активная, путем прокачки с определенной скоростью исследуемого воздуха через колонку с углем. По окончании процесса измерения начальные свойства активированного угля могут быть восстановлены путем прокаливания.
Вместо колонки с активированным углем могут применяться специальные одноразовые фильтры, используемые как расходный материал. Изотопы радона и продукты его распада оседают на фильтрах подобно тому, как бытовой пылесос задерживает пыль и мелкий мусор в фильтрующем воздух тканевом мешке.
Также существует метод электростатического осаждения дочерних продуктов радона на детекторе, чувствительном к альфа-излучению. В данном случае используется эффект электростатической силы, которая притягивает пылинки и микрокапли воздушной аэрозоли, концентрируя их на детекторе.

После сбора образцов их исследуют средствами дозиметрического контроля, используя, например, спектрометрический анализ, пластиковый сцинтилляционный детектор, торцевой счетчик Гейгера и тому подобное. В некоторых приборах операция забора воздуха с радоном и оценка радиоактивного излучения происходит одновременно.

Профессиональные и бытовые средства обнаружения радона.

Радон и опасные для человека продукты его распада считаются альфа-излучателями, поэтому большинство бытовых и профессиональных дозиметров, которые имеют гамма- и бета-режимы измерения, не смогут его обнаружить. Приборы, имеющие возможность оценивать альфа-излучение, также окажутся малополезными, так как не смогут вычислить концентрацию радона в исследуемых пробах воздуха. Ведь для этого нужно следовать положениям определенной методики измерения. Поэтому для такого анализа используются профессиональные приборы, измерители концентрации радона. Многие из них устроены примерно одинаково, они содержат устройства для забора проб исследуемого воздуха и дозиметрические средства контроля ЭРОА. Воздух, содержащий радионуклиды, прокачивается через собирающий фильтр в течение длительного времени (от нескольких часов до нескольких суток), затем определяется объемная альфа-активность накопленной порции. К профессиональным приборам такого типа относятся РГА-04 (Интегральный радиометр радона), РРА-01М-01 (Радиометр радона), РАА-10 (Радиометр аэрозолей), КАМЕРА (Комплекс измерительный для мониторинга радона) и другие. Эти приборы довольно громоздки, вес достигает 6 кг и более. Некоторые из них имеют широкие функциональные возможности. Основная относительная погрешность измерения ЭРОА составляет 15–30 процентов, в зависимости от диапазона и режима работы.

Рис.5. Профессиональные и индивидуальные радиометры радона.

Для бытовых целей задачу определения концентрации радона в воздухе конструкторы решили с помощью современной элементной базы, используя управляющий микропроцессор и специально разработанные программные алгоритмы. Весь ход измерения, который соответствует стандартизованным методическим указаниям, удалось полностью автоматизировать. Речь идет о детекторе-индикаторе радона СИРАД МР-106. Устройство работает по принципу электростатического осаждения дочерних продуктов распада радона-222 на детекторе, чувствительном к альфа-частицам и может оценивать ЭРОА собранных радионуклидов. Вес прибора около 350 г без элементов питания (двух источников типоразмера АА), а его габариты – карманные, в буквальном смысле слова. При включении прибора и вхождении в текущий режим, он начинает функционировать и накапливать информационные данные. Первый результат появляется спустя 4 часа работы, затем устройство переходит в состояние мониторинга с периодической коррекцией результата измерения (усредненный режим). Также имеется пороговый режим со звуковой сигнализацией превышения порога (100 Бк/м3 и 200 Бк/м3). Прибор предназначен для заинтересованных неспециалистов и его эксплуатация не требует обучения.

Рекомендованное специалистами время обследования одного помещения площадью не более 50 квадратных метров – не менее 72 часов. Продолжительный анализ радона обусловлен тем фактором, что в течение времени результаты измерения могут отличаться между собой в 10 раз. Более длительные измерения позволят накопить достаточную информацию для получения достоверного усредненного результата с наименьшей погрешностью.

Как уменьшить опасность воздействия радона?

Радиоактивный газ радон по территориям проживания населения распределен неравномерно. В силу геологических особенностей природных условий в группу радоноопасных можно включить отдельные районы Урала и Карелии, Ставропольского, Алтайского и Красноярского края, Читинской, Томской и других областей, а также во многих регионах Украины. Сегодня составляются географические карты активности радона на территории всей страны, которые отражают общую радоновую картину. Однако в каждом конкретном месте активность радиоактивного газа может отличаться в несколько раз в ту или другую сторону и многократно превышать предельно-допустимые нормы. Встречаются аномальные места с величинами ЭРОА 2000–10000 Бк/м3. Кроме того, результаты замеров концентрации радона могут значительно изменяться с течением времени. Поэтому надежному решению вопроса радиационной безопасности может способствовать только периодический мониторинг.

Рис.6. Фрагмент карты риска радоновой опасности.

Отметим основные источники поступления радона и его дочерних продуктов:

земной грунт
строительные материалы
вода, особенно из глубоководных артезианских скважин
природный горючий газ

Зная источники поступления радона в окружающую среду и в жилище человека, можно выработать средства противодействия и борьбы с этим нежелательным явлением. Они заключаются в выполнении следующих правил:

Тщательно выбирать площадку под строительство жилого дома, с минимальной концентрацией радона в земном грунте.
В малоэтажных зданиях желательно обустраивать подвальные помещения.
Жилые комнаты лучше располагать в верхних этажах строений.
Не использовать для возведения дома опасные строительные материалы (керамзит, пемза, гранит, фосфогипс, глинозем, шлакобетон), предпочтение следует отдавать дереву, а также материалам, прошедшим радоновый радиационный контроль.
Уделить достаточное внимание герметизации междуэтажных перекрытий, пола и напольного покрытия.
Для заделки щелей, пор и трещин - стены и потолок нужно обработать мастиками, герметиками, затем красками на основе эпоксидной смолы и другим облицовочным материалом.
Не находиться долгое время в непроветриваемых помещениях дома, в подвале или погребе.
Организовать регулярное естественное проветривание жилых комнат и подвальных помещений.
Обустроить эффективную принудительную вентиляцию дома или квартиры.
Не стремиться устроить чрезмерную герметизацию окон и дверей в помещениях, чтобы дать возможность естественному обороту воздуха.
Воду из глубоководных источников следует кипятить, а не пить сырую.
Использовать для очистки воды угольные фильтры, позволяющие задерживать радон на 90 процентов.
Исключать вдыхание влажного воздуха, сокращать время пребывания в душевой комнате, принимать душ реже, устраивать вентиляцию и обязательное проветривание перед использованием душа другими членами семьи.
Над газовой плитой необходимо обустроить вытяжную систему вентиляции.

Кроме этого, необходимо проводить систематический мониторинг концентрации радона в различных помещениях дома с целью выявления опасных мест. Имея под руками индивидуальный прибор, можно оценивать эффективность противодействующих мероприятий, проведенных в домах, где проживают люди. Оценку количества скопившегося радона в помещении производят непосредственно до мероприятия и после его осуществления. Полученные величины сравнивают между собой. Такие измерения нужно производить в одинаковых условиях, учитывая естественное движение воздуха в результате сквозняка, закрытые или открытые двери и окна, а также функционирование вентиляционной системы.

Вот еще одна полезная возможность использования детектора-индикатора радиоактивного газа. Известен научный факт, что перед землетрясениями концентрация радона в земной поверхности скачкообразно увеличивается, ввиду смещения тектонических плит и возрастания механического напряжения между ними с сопутствующей вибрацией в земной коре (микросейсмическая активность). Это дает шанс предсказывать катастрофу. Если вести ежедневный мониторинг концентрации радона в воздухе, то вполне возможно зафиксировать скачкообразное увеличение значения ЭРОА, успеть предупредить об этом окружающих и принять необходимые меры безопасности.

Какой индикатор радона выбрать?

Земная кора с самого начального момента своего образования содержит естественные радиоактивные элементы (ЕРЭ), создающие естественный радиационный фон. В горных породах, почве, атмосфере, водах, растениях и тканях живых организмов присутствуют радиоактивные изотопы калия-40, рубидия-87 и члены трех радиоактивных семейств, берущих начало от урана-238, урана-235 и тория-232. Эти материнские нуклиды стары как сама Земля - около 4,5 млрд лет. Они сохранились только потому, что периоды полураспада основателей радиоактивных семейств очень велики и составляют для 238U 4,5*109 лет, 235U 0,7*109, тория 14*109 лет.

Члены радиоактивных семейств жестко связаны между собой. Каждое звено радиоактивного ряда образуется со скоростью, определяемой периодом полураспада предыдущего нуклида, а распадается в соответствии с собственным периодом полураспада.

Таким образом, через некоторое время в цепочках распада устанавливается равновесие, то есть сколько дочерних элементов распадается, столько же и рождается в соответствии с периодами полураспада материнских нуклидов. После длинной цепи преобразований образуются в конце концов стабильные изотопы свинца. Единственным газообразным продуктом, который рождается в процессе распада трех семейств естественных радионуклидов (ЕРЭ), является радон.

Наибольший вклад в газовую составляющую ЕРЭ вносят радиоактивные семейства 238U и 232Th, в процессе распада которых образуются радиоактивные 222Rn и 220Rn (последний часто называют торон по имени исходного материнского нуклида).

Радон и торон, как и их материнские нуклиды, присутствуют во всех строительных материалах горных породах. В природе радона очень мало -- его можно отнести к числу наименее распространенных на нашей планете химических элементов. Содержание радона в атмосфере оценивается величиной порядка 7.10-6 г/м3 или 7.10-17 вес.%. В земной коре его также очень мало - он же образуется преимущественно из радия, довольно редкого элемента.

Радон - один из самых изученных радиоактивных элементов.

Физические свойства. Радон - радиоактивный одноатомный газ без цвета и запаха. Растворимость в воде 460 мл/л; в органических растворителях, в жировой ткани человека растворимость радона в десятки раз выше, чем в воде. Газ хорошо просачивается сквозь полимерные плёнки. Легко адсорбируется активированным углем и силикагелем.

Плотность газа 9,73 г/л, жидкого 4,4 г/см3 (при -62°С), твердого 4 г/смз. Т.пл. -71°С, т.кип. -62° С; критические давление и температура соответственно равны 104,4°С и 62,4 атм; теплота сублимации 4850 кал/г-атом. На холодных поверхностях радон легко конденсируется в бесцветную фосфоресцирующую жидкость. Твердый радон светится бриллиантово-голубым светом. В 1 объеме воды при 0 оС растворяется 0,507 объемов радона, в органических растворителях растворимость радона значительно выше. Растворимость радона в спиртах и жирных кислотах возрастает с увеличением их молекулярных весов.

Собственная радиоактивность радона вызывает его флюоресценцию. Газообразный и жидкий радон флюоресцирует голубым светом, у твёрдого радона при охлаждении до азотных температур цвет флюоресценции становится сперва жёлтым, затем красно-оранжевым.

Радон не имеет стабильных изотопов. Наиболее устойчив 222Rn (T1/2=3,8235 дня), входящий в природное радиоактивное семейство урана-238 и являющийся непосредственным продуктом распада радия-226. В семейство тория-232 входит 220Rn (T1/2=55,6 с) - торон (Tn). В семейство урана-235 (урана-актиния) входит 219Rn (T1/2=3,96 с) - актинон (An). Все отмеченные изотопы радона испытывают альфа-распад. Известны ещё 30 искусственных изотопов Rn с массовым числом от 195 до 228.

Рисунок. 1. - Распад 222Rn (по справочнику)

Рисунок. 2. - Распад Rn -220 (торон).

Химические свойства. Химические свойства радона определяются его положением в группе инертных газов.

Радон дает молекулярные соединения определенного состава, в образовании которых значительную роль играют силы Ван-дер-Ваальса. Эти соединения отвечают формулам Rn.2C6H5OH, Rn.6H2O и т.п. Из них первое изоморфно аналогичному соединению сероводорода, а второе -SO2.6H2O. В настоящее время эти вещества относят к группе клатратных соединений или соединений включения.

С фтором радон при высоких температурах образует соединения состава RnFn, где n = 2, 4, 6. Так, дифторид радона RnF2 является белым нелетучим кристаллическим веществом. Фториды радона могут быть получены также под действием фторирующих агентов (например, фторидов галогенов). При гидролизе тетрафторида RnF4 и гексафторида RnF6 образуется оксид радона RnO3..

аэрозольный химический радон помещение

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Везде и повсюду нас окружает атмосферный воздух. Из чего он состоит? Ответ не составляет труда: из 78,08 процента азота, 20,9 процента кислорода, 0,03 процента углекислого газа, 0,00005 процента водорода, около0,94 процента приходится на долю так называемых инертных газов. Последние были открыты всего лишь в конце прошлого столетия. Радон образуется при радиоактивном распаде радия и в ничтожных количествах встречается в содержащих уран материалах, а также в некоторых природных водах.

Актуальность исследований.По данным Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ), Научного комитета по действию атомной радиации (НКДАР) ООН наибольшая часть дозы облучения (около 80 % от общей), получаемой населением в обычных условиях, связана именно с природными источниками радиации. Более половины этой дозы обусловлено присутствием газа радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) в воздухе зданий, в которых человек проводит более 70 % времени.

Радон - благородный инертный газ, приобретает в жизни человека все большее значение. К сожалению, преимущественно оно негативно – радон радиоактивен и потому опасен. А поскольку он непрерывно выделяется из почвы, то и распространен по всей земной коре, в подземной и поверхностной воде, в атмосфере, присутствует в каждом доме.

В цивилизованном обществе уже пришло сознание, что радоновая опасность является крупной и непростой комплексной проблемой, так как радиоэкологические процессы, вызываемые радоном, происходят на трех структурных уровнях материи: ядерном, атомно-молекулярном и макроскопическом. Поэтому решение ее подразделяется на задачи диагностики и технологии последующей нейтрализации воздействия радона на человека и биологические объекты.

В настоящее время после длительного отказа ведущих мировых держав от испытаний ядерного оружия риск получить значительную дозу облучения в сознании большинства людей связывается с действием атомных электростанций. Особенно после Чернобыльской катастрофы. Однако следует знать, что опасность облучения есть, даже если вы находитесь в собственном доме. Угрозу здесь представляет природный газ - радон и тяжелометаллические продукты его распада. Действие их человечество испытывает на себе на протяжении всего времени существования.

Цель работы: Исследование природы радона, его соединений, влияние на человека, а так же исследование источников поступления радона в здание и оценка эффективности применения в качестве радонозащитных покрытий различных материалов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДОНЕ

Уже с ХVI века людям было известно о гибельных последствиях пребывания в некоторых местностях и зонах, но о самом газе никто еще и не догадывался. В поселках рудокопов в горах южной Германии женщины по нескольку раз шли под венец: мужей уносила загадочная быстротекущая болезнь – «горняцкая чахотка». Практиковавшие в тех местах врачи упоминали о существовании забоев, в которых при отсутствии должной вентиляции люди испытывали одышку и усиленное сердцебиение, часто теряли сознание и иногда погибали. При этом ни на вкус, ни на запах в воздухе не обнаруживалось каких-либо примесей. Поэтому и неудивительно, что тогда считали - людей губят потревоженные горные духи. И только великий Парацельс, работавший врачом в такой же местности, писал о необходимости очищения воздуха в рудниках: «Мы обязаны предотвращать соприкосновение организма с эманациями металлов, ибо, если организм поврежден ими единожды, излечения уже не может быть».

Окончательно с «горняцкой чахоткой» разобрались только в 1937 г., установив, что эта болезнь есть ни что иное, как одна из форм рака легких, вызываемая высокой концентрацией радона.

Радоновая проблема изучается с самых ранних этапов развития ядерной физики, но особенно серьезно и масштабно она стала выявляться после моратория на ядерные взрывы и благодаря рассекречиванию полигонов. При сравнении эффектов облучения оказалось, что в каждой квартире, в каждой комнате есть свои локальные ядерные радоновые «полигончики».

Изотопы радона сорбируются (поглощаются) твердыми веществами. Наиболее продуктивным в этом отношении является уголь, поэтому угольные шахты должны находиться под усиленным вниманием правительства. Это же относится ко всем отраслям промышленности, потребляющим данный вид топлива.

Сорбированные атомы радона очень мобильны и продвигаются от поверхности твердого вещества в глубинные слои. Это относится к органическим и неорганическим коллоидам, биологическим тканям, что существенно обостряет радоновую опасность. Сорбирующие свойства веществ существенно зависят от температуры ранее адсорбированных компонентов, влагонасыщенности и многих других параметров. Эти свойства желательно привлекать к разработке различных антирадоновых средств.

В Казахском национальном университете им. Аль-Фараби измерены высотные профили распределения радона по этажам зданий, в помещениях и на открытом воздухе. Известные закономерности подтвердились, но найдены и иные, которые экспериментально применяются для разработки антирадоновых технических средств. Установлено, что несколько раз в месяц содержание радона в приземной атмосфере может увеличиться во много раз. Эти «радоновые бури» сопровождаются резким увеличением радиоактивности в воздухе, не только способствуя развитию рака легких, но вызывая и функциональные нарушения у практически здоровых людей - примерно у 30% появляются одышка, учащенное сердцебиение, приступы мигрени, бессонница и т.д. Особую же опасность возмущения представляют для больных и пожилых людей, а также малышей.

Оказалось, что возникновение радоново-аэроионных бурь связано с физическими процессами, происходящими на Солнце, с появлением темных пятен на поверхности светила. Интересное предположение о возможном механизме, связывающем солнечную активность со значительным увеличением содержания радона, было сделано московским ученым А.Э. Шемьи-Заде. Проанализировав данные по радоновой активности атмосферы, полученные в Средней Азии, Прибалтике, Швеции и т.д., он выявил корреляцию уровня радоновой активности земной атмосферы с солнечными и геомагнитными процессами в различные годы и в разных регионах.

Концентрация радона в микропорах горных пород (обычных гранитах и базальтах) в миллионы раз выше, чем в приземной атмосфере и достигает 0,5-5,0 Бк/м3. Активность радона принято измерять в числе его распадов в 1 м3 - 1 Беккерель (Бк) соответствует одному распаду в секунду. Этот радон, как показали расчеты ученого, вследствие магнитострикционного сжатия-растяжения в высокочастотном поле геомагнитных возмущений «выжимается» из выходящих на поверхность микропор. Амплитуда магнитострикции, происходящей в постоянном по величине магнитном поле Земли, под действием малых геомагнитных возмущений пропорциональна содержанию магнетита в породе (обычно до 4 %), а частота определяется геомагнитными вариациями. Амплитуда магнитострикционного сжатия горных пород в поле геомагнитных возмущений очень мала, однако эффект вытеснения радона обусловлен во-первых высокой частотой возмущений, а во-вторых – высокой концентрацией газа. Оказывается, если в столбе атмосферного воздуха сечением в один километр «размешать» слой, выделенный из горных пород толщиной всего в один миллиметр, то концентрация радона в этом столбе возрастет в 10 раз.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

После открытия радия, когда ученые с большим увлечением познавали тайны радиоактивности, было установлено, что твердые вещества, находившиеся в близком соседстве с солями радия, становились радиоактивными. Однако спустя несколько дней радиоактивность этих веществ исчезла бесследно.

Радон открывали неоднократно, и в отличие от других подобных историй каждое новое открытие не опровергало, а лишь дополняло предыдущие. Дело в том, что никто из ученых не имел дела с элементом радоном - элементом в обычном для нас понимании этого слова. Одно из нынешних определений элемента - «совокупность атомов с общим числом протонов в ядре», т. е. разница, может быть лишь в числе нейтронов. По существу элемент - совокупность изотопов. Но в первые годы нашего века еще не были открыты протон и нейтрон, не существовало самого понятия об изотонии.

Изучая ионизацию воздуха радиоактивными веществами, супруги Кюри заметили, что различные тела, находящиеся вблизи радиоактивного источника, приобретают радиоактивные свойства, которые сохраняются не которое время после удаления радиоактивного препарата. Мария Кюри-Склодовская назвала это явление индуцированной активностью. Другие исследователи и, прежде всего Резерфорд, пытались в 1899/1900 гг. объяснить это явление тем, что радиоактивное тело образует некоторое радиоактивное истечение, или эманацию (от лат. emanare - истекать и emanatio - истечение), пропитывающие окружающие тела. Однако, как оказалось, это явление свойственно не только препаратам радия, но и препаратам тория и актиния, хотя период индуцированной активности в последних случаях меньше, чем в случае радия. Обнаружилось также, что эманация способна вызывать фосфоресценцию некоторых веществ, например осадка сернистого цинка. Менделеев описал этот опыт, продемонстрированный ему супругами Кюри, весной 1902 г.

Вскоре Резерфорду и Содди удалось доказать, что эманация - это газообразное вещество, которое подчиняется закону Бойля и при охлаждении переходит в жидкое состояние, а исследование ее химических свойств показало, что эманация представляет собой инертный газ с атомным весом 222 (установленным позднее). Название эманация (Emanation) предложено Резерфордом, обнаружившим, что ее образование из радия сопровождается выделением гелия. Позднее это название было изменено на "эманация радия (Radium Emanation - Rа Em)" с тем, чтобы отличать ее от эманаций тория и актиния, которые в дальнейшем оказались изотопами эманации радия. В 1911 г. Рамзай, определивший атомный вес эманации радия, дал ей новое название "нитон (Niton)" от лат. nitens (блестящий, светящийся); этим названием он, очевидно, желал подчеркнуть свойство газа вызывать фосфоресценцию некоторых веществ. Позже, однако, было принято более точное название радон (Radon) - производное от слова "радий". Эманации тория и актиния (изотопы радона) стали именовать тороном (Thoron) и актиноном (Actinon).

Прежде всего, что за годы, прошедшие со дня открытия радона, его основные константы почти не уточнялись и не пересматривались. Это свидетельство высокого экспериментального мастерства тех, кто определил их впервые. Лишь температуру кипения (или перехода в жидкое состояние из газообразного) уточнили. В современных справочниках она указана совершенно определенно - минус 62° С.

Еще надо добавить, что ушло в прошлое представление об абсолютной химической инертности радона, как, впрочем, и других тяжелых благородных газов. Еще до войны член-корреспондент Академии наук СССР Б.А. Никитин в ленинградском Радиевом институте получил и исследовал первые комплексные соединения радона - с водой, фенолом и некоторыми другими веществами. Уже из формул этих соединений: Rn 6H 2 O, Rn 2CH 3 С 6 H 5 , Rn 2С 6 Н 5 ОН - видно, что это так называемые соединения включения, что радон в них связан с молекулами воды или органического вещества лишь силами Ван-дер-Вальса. Позже, в 60-х годах, были получены и истинные соединения радона. По сложившимся к этому времени теоретическим представлениям о галогенидах благородных газов, достаточной химической стойкостью должны обладать соединения радона: RnF 2 , RnF 4 , RnCl 4 , RnF 6 .

Фториды радона были получены сразу же после первых фторидов ксенона, однако точно идентифицировать их не удалось. Скорее всего, полученное малолетучее вещество представляет собой смесь фторидов радона.

Радон, открытый Дорном, это самый долгоживущий изотоп элемента № 86. Образуется при α-распаде радия-226. Массовое число этого изотопа - 222, период полураспада - 3,82 суток. Существует в природе как одно из промежуточных звеньев в цепи распада урана-238.

Эманация тория (торон), открытая Резерфордом и Оуэнсом, член другого естественного радиоактивного семейства - семейства тория. Это изотоп с массовым числом 220 и периодом полураспада 54,5 секунды.

Актинон, открытый Дебьерном, тоже член радиоактивного семейства тория. Это третий природный изотоп радона и из природных - самый короткоживущий. Его период полураспада меньше четырех секунд (точнее 3,92 секунды), массовое число - 219.

Всего сейчас известно 19 изотопов радона с массовыми числами 204 и от 206 до 224. Искусственным путем получено 16 изотопов. Нейтронодефицитные изотопы с массовыми числами до 212 получают в реакциях глубокого расщепления ядер урана и тория высокоэнергичными протонами. Эти изотопы нужны для получения и исследования искусственного элемента астата. Эффективный метод разделения нейтронодефицитных изотопов радона разработали недавно в Объединенном институте ядерных исследований.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАДОНА

Благородные газы – бесцветные одноатомные газы без цвета и запаха.
Инертные газы обладают более высокой электропроводностью по сравнению с другими газами и при прохождении через них тока ярко светятся: гелий ярко-жёлтым светом, потому что в его сравнительно простом спектре двойная жёлтая линия преобладает над всеми другими; неон огненно красным светом, так как самые яркие его линии лежат в красной части спектра.
Насыщенный характер атомных молекул инертных газов сказывается и в том, что инертные газы имеют более низкие точки сжижения и замерзания, чем другие газы с тем же молекулярным весом.

Радон светится в темноте, без нагревания испускает тепло, со временем образует новые элементы: один из них - газообразный, другой - твердое вещество. Он в 110 раз тяжелее водорода, в 55 раз тяжелее гелия, в 7 с лишним раз тяжелее воздуха. Один литр этого газа весит почти 10 г (точнее 9,9 г).

Радон - бесцветный газ, химически совершенно инертный. Радон лучше других инертных газов растворяется в воде (в 100 объемах воды растворяется до 50 объемов радона). При охлаждении до минус 62°С радон сгущается в жидкость, которая в 7 раз тяжелее воды (удельный вес жидкого радона почти равен удельному весу цинка). При минус 71°С радон "замерзает". Количество радона, выделяемое солями радия, очень мало, и чтобы получить 1 л радона, нужно иметь более 500 кг радия, в то время как на всем земном шаре в 1950 г. его было получено не более 700 г.

Радон - радиоактивный элемент. Испуская α-лучи, он превращается в гелий и твердый, тоже радиоактивный элемента который является одним из промежуточных продуктов в цепи радиоактивных превращений радия.

Естественно было ожидать, что столь химически инертные вещества, как инертные газы, не должны влиять и на живые организмы. Но это не так. Вдыхание высших инертных газов (конечно в смеси с кислородом) приводит человека в состояние, сходное с опьянением алкоголем. Наркотическое действие инертных газов обуславливается растворением в нервных тканях. Чем выше атомный вес инертного газа, тем больше его растворимость и тем сильнее его наркотическое действие.

Ко времени открытия радона, типичного представителя благородных газов, существовало мнение, что элементы этой группы химически инертны и не способны образовывать истинные химические соединения. Известны были лишь клатраты, образование которых происходит за счет сил Ван-дер-Ваальса. К их числу относятся гидраты ксенона, криптона и аргона, которые получаются сжатием соответствующего газа над водой до давления, превышающего упругость диссоциации гидрата при данной температуре. Для получения аналогичных клатратов радона и обнаружения его по изменению упругости пара потребовалось бы практически недоступное количество этого элемента. Новый метод получения клатратных соединений благородных газов был предложен Б.А. Никитиным и состоял в изоморфном соосаждении молекулярного соединения радона с кристаллами специфического носителя. Изучая поведение радона при процессах соосаждения его с гидратами сернистого газа и сероводорода, Никитин показал, что существует гидрат радона, который изоморфно соосаждается с SO 2Ч6 H 2 O и H 2 S Ч6 H 2 O. Масса радона в этих опытах составляла 10-11 г. Аналогично получены клатратные соединения радона с рядом органических соединений, например с толуолом и фенолом.

Исследования химии радона возможны лишь с субмикроколичествами этого элемента при использовании в качестве специфических носителей соединений ксенона. Следует, однако, учитывать, что между ксеноном и радоном находится 32 элемента (наряду с 5d-, 6s- и 6р-происходит заполнение 4f-орбит), что определяет большую металличность радона по сравнению с ксеноном.

Первое истинное соединение радона -дифторид радона - было получено в 1962 г. вскоре после синтеза первых фторидов ксенона. RnF 2 образуется как при непосредственном взаимодействии газообразных радона и фтора при 400°С, так и при окислении его дифторидом криптона, ди- и тетрафторидами ксенона и некоторыми другими окислителями. Дифторид радона устойчив до 200° С и восстанавливается до элементарного радона водородом при 500°С и давлении H 2 , равном 20 МПа. Идентификация дифторида радона осуществлена путем изучения его сокристаллизации с фторидами и другими производными ксенона.

Ни с одним окислителей не получено соединение радона, где его степень окисления была бы выше +2. Причиной этого является большая устойчивость промежуточного продукта фторирования (RnF+X-) по сравнению с аналогичной формой ксенона. Это обусловлено большей ионностью связи в случае радонсодержащей частицы. Как показали дальнейшие исследования, преодолеть кинетический барьер реакций образования высших фторидов радона можно либо введением в реакционную систему дифторида никеля, обладающего наивысшей каталитической активностью в процессах фторирования ксенона, либо осуществлением реакции фторирования в присутствии бромида натрия. В последнем случае большая, чем у дифторида радона, фтордонорная способность фторида натрия позволяет конвертировать RnF+ в RnF 2 в результате реакции: RnF+SbF 6 + NaF = RnF2 + Na+SbF 6 . RnF 2 фторируется с образованием высших фторидов, при гидролизе которых образуются высшие оксиды радона. Подтверждением образования соединений радона в высших валентных состояниях является эффективная сокристаллизация ксенатов и радонатов бария.

Долгое время не находили условий, при которых благородные газы могли бы вступать в химическое взаимодействие. Они не образовывали истинных химических соединений. Иными словами их валентность равнялась нулю. На этом основании было решено новую группу химических элементов считать нулевой. Малая химическая активность благородных газов объясняется жёсткой восьмиэлектронной конфигурацией внешнего электронного слоя. Поляризуемость атомов растёт с увеличением числа электронных слоёв. Следовательно, она должна увеличиваться при переходе от гелия к радону. В этом же направлении должна увеличиваться и реакционная способность благородных газов.
Так, уже в 1924 году высказывалась идея, что некоторые соединения тяжелых инертных газов (в частности, фториды и хлориды ксенона) термодинамически вполне стабильны и могут существовать при обычных условиях. Через девять лет эту идею поддержали и развили известные теоретики - Полинг и Оддо. Изучение электронной структуры оболочек криптона и ксенона с позиций квантовой механики привело к заключению, что эти газы в состоянии образовывать устойчивые соединения с фтором. Нашлись и экспериментаторы, решившие проверить гипотезу, но шло время, ставились опыты, а фторид ксенона не получался. В результате почти все работы в этой области были прекращены, и мнение об абсолютной инертности благородных газов утвердилось окончательно.

Исторически первым и наиболее распространенным является радиометрический метод определения радона по радиоактивности продуктов его распада и сравнению ее с активностью эталона.

Изотоп 222Rn может быть определен и непосредственно по интенсивности собственного α-излучения. Удобным методом определения радона в воде является экстракция его толуолом с последующим измерением активности толуольного раствора с помощью жидкостного сцинтилляционного счетчика.

При концентрациях радона в воздухе значительно ниже предельно допустимых определение его целесообразно проводить после предварительного концентрирования путем химического связывания подходящими окислителями, например BrF 2 SbF 6 , O 2 SbF 6 и др.

ПОЛУЧЕНИЕ

Для получения радона через водный раствор любой соли радия продувают воздух, который уносит с собой образующийся при радиоактивном распаде радия радон. Далее воздух тщательно фильтруют для отделения микрокапель раствора, содержащего соль радия, которые могут быть захвачены током воздуха. Для получения собственно радона из смеси газов удаляют химически активные вещества (кислород, водород, водяные пары и т. Д.), остаток конденсируют жидким азотом, затем из конденсата отгоняют азот и другие инертные газы (аргон, неон и т.д).

Как указывалось ранее, источником получения естественного изотопа 222Rn является 226Ra. В равновесии с 1 г радия находится 0,6 мкл радона. Попытки выделения радона из неорганических солей радия показали, что даже при температуре, близкой к температуре плавления, радон из них полностью не извлекается. Высокой эманирующей способностью обладают соли органических кислот (пальмитиновой, стеариновой, капроновой), а также гидроксиды тяжелых металлов. Для приготовления высокоэманирующего источника соединение радия, как правило, соосаждается с бариевыми солями указанных органических кислот или гидроксидами железа и тория. Эффективным является также выделение радона из водных растворов солей радия. Обычно растворы радия оставляют на некоторое время в ампуле для накопления радона; через определенные промежутки времени радон откачивают. Выделение радона после очистки, как правило, осуществляется физическими методами, например, адсорбцией активированным углем с последующей десорбцией при 350°С.

Помимо физических методов улавливания радона (адсорбционные, криогенные и др.), эффективное выделение радона из газовой смеси может быть достигнуто путем превращения его под действием окислителей в нелетучую химическую форму. Так, радон практически количественно может быть поглощен солями состава ClF 2 SbF 6 , BrF 2 SbF 6 , O 2 SbF 6 и некоторыми жидкими фторогалидами в результате образования нелетучих солей состава RnF+X-, где X- - сложный анион.

Выделение искусственно получаемых изотопов радона, в основном 211Rn (Т = 14 ч), связано с отделением его от материала мишени - тория и сложной смеси продуктов реакций глубокого отщепления.

НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ

Радон в ничтожных количествах находится в растворенном состоянии в водах минеральных источников, озер и лечебных грязях. Он находится в воздухе, наполняющем пещеры, гроты, глубокие узкие долины. В атмосферном воздухе количество радона измеряется величинами порядка 5·10-18 % - 5·10-21 % по объему.

Входит в состав радиоактивных рядов 238 U, 235 U и 232 Th. Ядра радона постоянно возникают в природе при радиоактивном распаде материнских ядер. Равновесное содержание в земной коре 7·10 −16 % по массе. Ввиду химической инертности радон относительно легко покидает кристаллическую решётку «родительского» минерала и попадает в подземные воды, природные газы и воздух. Поскольку наиболее долгоживущим из четырёх природных изотопов радона является 222 Rn, именно его содержание в этих средах максимально.

ПРИМЕНЕНИЕ РАДОНА

Справедливости ради нельзя не отметить и некоторые лечебные свойства радона, связанные с применением так называемых радоновых ванн. Они оказываются полезными при лечении ряда хронических заболеваний: язвенной болезни двенадцатиперстной кишки и желудка, ревматизма, остеохондроза, бронхиальной астмы, экзем и др. Радонотерапия может заменить плохо переносимые лекарства. В отличие от сероводородных, углекислых, грязевых ванн, радоновые переносятся гораздо легче. Но подобные процедуры должны проводиться под строгим контролем специалистов, так как лечебные дозы газа в радоновых ваннах значительно ниже предельно допустимых норм. В этом случае польза и вред радона конкурируют друг с другом. Так, специалисты подсчитали, что отрицательный эффект при приеме сеанса из 15 радоновых ванн по 15 минут каждая равносилен выкуриванию 6 сигарет (считается, что одна сигарета может сократить срок жизни на 15 минут). Поэтому возможный вред от радоновых ванн считается несущественным при лечении заболеваний.

При определении дозы радиации вредной для здоровья человека существуют две концепции. Первая исходит из представления о том, что есть некая пороговая доза, ниже которой радиация не только безвредна, но даже полезна для организма. Эта теория возникла, очевидно, по аналогии с представлением о малых дозах ядов, помогающих лечить ряд болезней, или малых доз алкоголя, улучшающих самочувствие человека. Однако если малые дозы ядов или алкоголя попросту активизируют отдельные клетки организма, то даже незначительные дозы излучения попросту уничтожают их. Поэтому авторы придерживаются другой, беспороговой концепции. Согласно ей вероятность заболевания раком прямо пропорциональна полученной в течение жизни дозы радиации. А значит не существует никакой минимальной дозы, ниже которой радиация была бы безвредной.

Радон используется в сельском хозяйстве для активации кормов домашних животных, в металлургии в качестве индикатора при определении скорости газовых потоков в доменных печах, газопроводах. В геологии измерение содержания радона в воздухе и воде применяется для поиска месторождений урана и тория, в гидрологии - для исследования взаимодействия грунтовых и речных вод.

Радон находит широкое применение для исследования твердофазных превращений. Основой этих исследований является эманационный метод, позволяющий изучать зависимость скорости выделения радона от физических и химических превращений, происходящих при нагревании твердых веществ, содержащих радий.

Радон применяется также при изучении диффузии и явлений переноса в твердых телах, при исследовании скорости движения и обнаружения утечек газов в трубопроводах.

Во всем мире прилагаются громадные усилия для решения проблемы прогноза землетрясений, но тем не менее мы часто оказываемся бессильны перед неожиданным натиском стихии земных недр. Поэтому не прекращаются поиски новых предвестников сейсмических событий. Исследования последних лет привели к идее прогноза сейсмических событий на основе изучения процесса выделений (эксгаляции) газа радона из массива горных пород. Анализ этих данных возвращает нас к старой теории упругой отдачи Джильберта-Рейда (1911 год), согласно которой накопление энергии в массиве горных пород перед землетрясением и сброс этой энергии в процессе землетрясения происходят в областях, где эти породы испытывают упругую деформацию.

Способ прогноза землетрясений, заключающийся в проведении режимных наблюдений изменения концентрации радона в массиве горных пород, отличается тем, что производят бурение специальных наблюдательных скважин, глубина которых менее глубины уровня грунтовых вод и в каждой из этих скважин непрерывно регистрируют динамику выделения радона из массива горных пород и суммарное количество сейсмической энергии, поступившей в каждую наблюдательную скважину. И по серии наблюдений во времени выделяют зоны с последовательным уменьшением или увеличением выделения радона с учетом поступившей сейсмической энергии, указанные зоны наносят на карту исследуемого района и по площади зоны динамического уменьшения выделения радона судят о положении эпицентра и магнитуде ожидаемого землетрясения, а по динамике уменьшения и/или увеличения выделения радона в наблюдательных скважинах судят о времени ожидаемого сейсмического события.

РАДОН В УРАЛЬСКОМ РЕГИОНЕ

Практически самая высокая в России загрязненность воздуха связана не только с тем, что на Урале со времен заводчиков Демидовых сосредоточены крупнейшие промышленные предприятия страны. Почва и старые Уральские горы изобилуют разломами, которые излучают радон, проникающий в наши дома. По количеству точек, где это происходит, Свердловская область находится на втором месте в стране.

Но когда же так громко заговорили о проблеме радона у нас на Урале? В конце 80-х, когда появился первый меодический документ по контролю радона в жилищах. Затем вышло постановление екатеринбургской мерии о том, что во всем сдаваемом жилье должны проводиться измерения радона. А в 94 году начала реализовываться Федеральная целевая программа «Радон». В ней была и региональная часть, которая, в частности, касалась Свердловсой области.

Ранее финансирование ее, в частности из экологического Фонда, шло активнее, да и качественных измерений было больше. Институт промышленной экологии УрО РАН участвовал в этой программе и проводил в год несколько сот измерений. В итоге сейчас имеются материалы о проведении измерений более чем в трех тысячах жилищ Свердловской области.

На фоне карты Уральского региона достаточное количество населенных пунктов находится в местах с относительно высоким уровнем радоновой опасности. Грубо говоря территории Свердловской области разделили на 2 части. В первой уровень радоновой опасности относительно выше чем во второй, а в другой относительно ниже чем в первой. Доверять можно лишь реальным измерениям.

По данным полученным институтом промышленной экологии УрО РАН, высоким уровнем облучения радоном подвергается 50 тысяч человек.

В 1,1 процент жилищ Свердловской области объемная активность радона превышает гигиенический норматив для существующих зданий. Один процент соответствует, примерно 20 тысячам жилищ в Свердловской области.

ПУТИ РЕШЕНИЯ РАДОНОВОЙ ПРОБЛЕМЫ

В настоящее время остаётся актуальной проблема облучения людей радиоактивным газом радоном. Ещё в XVI веке отмечена большая смертность горняков Чехии, Германии. В 50 – е годы ХХ века появились объяснения этому факту. Было доказано, что радиоактивный газ радон, присутствующий в шахтах урановых рудников, оказывает губительное действие на организм человека. Интересно проследить, как изменилось отношение к проблеме влияния радона в наши дни.

Анализ научно – популярных изданий показывает долю внутреннего облучения от различных источников радиации.

Таблица 1

Из таблицы следует, что 66% внутреннего облучения определяется земными радионуклидами. Согласно оценкам учёных радон и его дочерние продукты распада обеспечивают примерно ¾ годовой эффективной дозы облучения, которую получает население от земных источников радиации.

По оценкам учёных радон – 222 с точки зрения вклада в суммарную дозу облучения в 20 раз мощнее других изотопов. Этот изотоп изучается больше других и называется просто радоном. Основными источниками радона являются почва и строительные материалы.

Все строительные материалы, почва, земная кора содержат радионуклиды радия – 226 и тория – 232. В результате распада этих изотопов возникает радиоактивный газ – радон. Кроме этого при α – распадах образуются ядра, находящиеся в возбуждённом состоянии, которые переходя в основное состояние испускают γ – кванты. Эти γ – кванты формируют радиоактивный фон помещений, в которых мы находимся. Интересен тот факт, что радон, являясь инертным газом, не образует аэрозолей, т.е. не присоединяется к пылинкам, тяжёлым ионам и т.д. Из – за химической инертности и большого периода полураспада радон – 222 может мигрировать по трещинам, порам почвы и породы на большие расстояния, причём длительно (около 10 дней).

Долго вопрос о биологическом влиянии радона оставался открытым. Оказалось, что при распаде все три изотопа радона образуют дочерние продукты распада (ДПР). Они являются химически активными. Большая часть ДПР, присоединяя электроны, становятся ионами, легко присоединяются к аэрозолям воздуха, становясь его составной частью. Принцип регистрации радона в воздухе основан на регистрации ионов ДПР. Попадая в дыхательные пути ДПР радона, вызывают радиационные повреждения лёгких и бронхов.

Какими путями радон появляется в воздухе. Проанализировав данные можно выделить следующие источники атмосферного радона:

Таблица 2

Радон освобождается из почвы и воды повсюду, однако в разных точках земного шара его концентрация в наружном воздухе различна. Средний уровень концентрации радона в воздухе примерно равен 2 Бк/м 3 .

Оказалось, что основную часть дозы обусловленную радоном человек получает находясь в закрытом, непроветренном помещении. В зонах с умеренным климатом концентрация радона в закрытом помещении примерно в 8 раз выше, чем в наружном воздухе. Поэтому нам было интересно узнать, что является основным источником радона в доме. Анализ данных печати приведён в таблице:

Таблица 3

Из приведённых данных следует, что объёмная активность радона в воздухе помещений формируется в основном из почвы. Концентрация радона в почве определяется содержанием в ней радионуклидов радия-226, тория-228, строением почвы и влажностью. Строение и структура земной коры определяет диффузионные процессы атомов радона, их миграционную способность. Миграция атомов радона увеличивается с увеличением влажности почвы. Эмиссия радона из почвы имеет сезонный характер.

Повышение температуры вызывает расширение пор в почве, а следовательно, увеличивает выделение радона. Кроме того, повышение температуры усиливает испарение воды, с которой в окружающее пространство выносится радиоактивный газ радон. Повышение атмосферного давления способствует проникновению воздуха вглубь почвы, концентрация радона при этом падает. Напротив, при понижении внешнего давления богатый радоном грунтовый газ устремляется к поверхности и концентрация радона в атмосфере увеличивается.

Важным фактором, уменьшающим поступление радона в помещение, является выбор территории для строительства. Кроме почвы и воздуха источником радона в доме являются строительные материалы. Испарение радона из гранул микрочастиц породы или стройматериала называется эксхаляцией. Эксхаляция радона из строительных материалов зависит от содержания в них радия, плотности, пористости материала, параметрами помещения, толщины стен, вентиляции помещений. Объёмная активность радона в воздухе помещения всегда выше, чем в атмосферном воздухе. Для характеристики строительных материалов вводится понятие длины диффузии радона в веществе.

Из стены выходят только те атомы радона, которые находятся в порах материала на глубине не большей, чем длина диффузии. На схеме представлены пути проникновения в помещение:

·Через щели в монолитных полах;

·Через монтажные соединения;

·Через трещины в стенах;

·Через промежутки вокруг труб;

·Через полости стен.

По оценкам исследований скорость поступления радона в одноэтажный дом составляет 20 Бк/м 3 час, при этом вклад бетона и других стройматериалов в эту дозу составляет всего 2 Бк/м 3 час. Содержание радиоактивного газа радона в воздухе помещений определяется содержанием в стройматериалах радия и тория. Применение в производстве стройматериалов с использованием безотходных технологий сказывается на объёмной активности радона в помещении. Использование кальций – силикатных шлаков, полученных при переработке фосфатных руд, пустых пород из отвалов обогатительных фабрик уменьшает загрязнение окружающей среды, удешевляет производство стройматериалов, человека радоном. Особенно высокой удельной активностью обладают блоки из фосфогинса, квасцовых глинистых сланцев. С 1980 г. производство такого газобетона прекращено из – за высокой концентрации радия и тория.

При оценках радонового риска всегда надо помнить, что вклад собственно радона в облучение относительно невелик. При радиоактивном равновесии между радоном и его дочерних продуктов распада(ДПР) этот вклад не превышает 2%. Поэтому доза облучения легких от ДПР радона определяется величиной, эквивалентной равновесной объемной активности (ЭРОА) радона:

С Rn экв = n Rn F Rn = 0,1046n RaA + 0,5161n RaB + 0,3793n RaC ,

где n Rn , n RaA , n RaB , n RaC – объемные активности радона и его ДПР Бк/м 3 , соответственно; F Rn –коэффициент равновесия, который определяется как отношение эквивалентной равновесной объемной активности радона в воздухе к реальной объемной активности радона. На практике всегда F Rn < 1 (0,4–0,5).

Нормативы ЭРОА радона в воздухе жилых зданий,Бк/м:

Ещё одним источником радона в помещениях является природный газ. При сгорании газа радон накапливается в кухне, котельных, прачечных и распространяются по зданию. Поэтому очень важно в местах сгорания природного газа иметь вытяжные шкафы.

В связи с наблюдаемым сегодня в мире строительным бумом опасность радонового заражения необходимо учитывать при выборе и строительных материалов, и мест постройки домов.

Оказывается, что глинозем, применявшийся десятилетиями в Швеции, кальций-силикатный шлак и фосфоргипс, широко использовавшиеся при изготовлении цемента, штукатурки, строительных блоков, также обладают высокой радиоактивностью. Однако основным источником радона в помещениях являются не строительные материалы, а грунт под самим домом, даже если этот грунт содержит вполне приемлемую активность радия - 30-40 Бк/м3. Наши дома построены как бы на губке, пропитанной радоном! Расчеты показывают, что если в обычной комнате объемом 50 м3, присутствует всего 0,5 м3 почвенного воздуха, то активность радона в ней составляет 300-400 Бк/м3. То есть дома представляют собой коробки, улавливающие радон, «выдыхаемый» землей.

Можно привести следующие данные содержания свободного радона в различных горных породах

При строительстве новых зданий предусматриваются (должны предусматриваться.) выполнение радонозащитных мероприятий; ответственность за проведение таких мероприятий, а также за оценку доз от природных источников и осуществление мероприятий по их снижению, Федеральным законом “О радиационной безопасности населения” N3-Ф3 от 9.01.96г. и разработанными на его основе Нормами радиационной безопасности НРБ-96 от 10.04.96г, возлагается на администрацию территорий . Основные направления (мероприятия) Региональных и Федеральных программ “Радон” 1996-2000 гг. следующие:

· Радиационно-гигиеническое обследование населения и народно-хозяйственных объектов;

· Радиоэкологическое сопровождение строительства зданий и сооружений.

· Разработка и реализация мероприятий по снижению облучения населения.

· Оценка состояния здоровья и осуществление профилактических медицинских мероприятий для групп радиационного риска.

· Приборно-методическое и метрологическое обеспечение работ.

· Информационное обеспечение.

· Решение этих проблем требует значительных финансовых затрат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В проблеме радона остается много нерешенных вопросов. С одной стороны, они имеют чисто научный интерес, а с другой – без их решения сложно проводить какие-либо практические работы, например в рамках Федеральной программы «Радон».

Кратко эти проблемы можно сформулировать в следующем виде.

1. Модели радиационных рисков при облучении радоном получены на основе анализа данных по облучению шахтеров. До сих пор неясно, насколько справедлив перенос этой модели риска на облучение в жилищах.

2. Достаточно неоднозначна проблема определения эффективных доз облучения при воздействии ДПР радона и торона. Для корректного перехода от ЭРОА радона или торона к эффективной дозе необходимо принимать во внимание такие факторы, как доля свободных атомов и распределение активности по размерам аэрозолей. Публикуемые в настоящее время оценки связи иногда различаются в насколько раз.

3. До сих пор не существует надежной формализованной математической модели, описывающей процессы накопления радона, торона и их ДПР в атмосфере помещений с учетом всех путей поступления, параметров строительных материалов, покрытий и т.п.

4. Существуют проблемы, связанные с уточнением региональных особенностей формирования доз облучения от радона и его ДПР

1. Андруз, Дж. Введение в химию окружающей среды. Пер. с англ. – М: Мир, 1999. – 271 с.: ил.

2. Ахметов, Н.С. Общая и неорганическая химия. Учеб. для вузов / Н.С. Ахметов. – 7-е изд., стер. – М.: Высш.шк., 2008. – 743 с., ил.

3. Буторина, М.В. Инженерная экология и менеджмент: Учебник / М.В. Буторина и др.: под ред. Н.И. Иванова, И.М. Фадина.- М.: Логос, 2003. – 528 с.:ил.

4. Девакеев Р, Инертные газы: история открытия, свойства, применение. [Электронный ресурс] / Р. Девакеев. – 2006. – Режим доступа: www.ref.uz/download.php?id=15623

5. Колосов, А.Е. Радон 222,его влияние на человека. [Электронный ресурс] / А.Е. Колосов. Московская средняя школа имени Ивана Ярыгина, 2007. – Режим доступа: ef-concurs.dya.ru/2007-2008/docs/03002.doc

6. Короновский Н.В., Абрамов В.А. Землетрясения: Причины, последствия, прогноз // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 12. С. 71-78.

7. Коттон, Ф. Современная неорганическая химия, 2 часть. Пер. с англ. / Ф.Коттон, Дж. Уилкинсон: под ред. К.В. Астахова.- М.: Мир, 1969. –495 с.:ил.

8. Нефёдов, В.Д. Радиохимия. [Электронный ресурс] / В.Д. Нефёдов и др. – М: Высшая школа,1985. – Режим доступа: http://www.library.ospu.odessa.ua/online/books/RadioChimie/Predislov.html

9. Николайкин, Н.И. Экология: учебник дл вузов [Тест]/Н.И. Николайкин.- М.: Дрофа, 2005.- с.421-422

10. Уткин, В.И. Газовое дыхание Земли / В.И. Уткин // Соросовский Образовательный Журнал. - 1997. - № 1. С. 57–64.

11. Уткин, В.И. Радон и проблема тектонических землятрясений [Электронный ресурс] / В.И. Уткин Уральский государственный профессионально-педагогический университет, 2000. – Режим доступа: http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/1133.html

12. Уткин, В.И. Радоновая проблема в экологии [Электронный ресурс] / В.И. Уткин Уральский государственный профессионально-педагогический университет, 2000. – Режим доступа: http://209.85.129.132/search?q=cache:zprKCPOwKBcJ:www.pereplet.ru/nauka/Soros/pdf

13. Хуторянский, Я, Радоновый портрет: версия уральских экологов/ Я. Хуторянский // Стройкомплекс среднего Урала. -2003. -№1. С 52-55.

Радо́н - элемент главной подгруппы восьмой группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 86. Обозначается символом Rn (Radon). Простое вещество радон (CAS-номер: 10043-92-2) в нормальных условиях - бесцветный инертный газ; радиоактивен, может представлять опасность для здоровья и жизни. При комнатной температуре является одним из самых тяжелых газов. Наиболее стабильный изотоп (222 Rn) имеет период полураспада 3,8 суток.

История открытия и происхождение названия

Английский ученый Э. Резерфорд в 1899 году отметил, что препараты тория испускают, кроме α-частиц, и некое неизвестное ранее вещество, так что воздух вокруг препаратов тория постепенно становится радиоактивным. Это вещество он предложил назвать эмана́цией (от латинского emanatio - истечение) тория и дать ему символ Em. Последующие наблюдения показали, что и препараты радия также испускают некую эманацию, которая обладает радиоактивными свойствами и ведет себя как инертный газ.
Первоначально эманацию тория называли торо́ном, а эманацию радия - радо́ном. Было доказано, что все эманации на самом деле представляют собой радионуклиды нового элемента - инертного газа, которому отвечает атомный номер 86. Впервые его выделили в чистом виде Рамзай и Грей в 1908 году, они же предложили назвать газ нитон (от лат. nitens, светящийся). В 1923 году газ получил окончательное название радон и символ Em был сменен на Rn.

Получение

Для получения радона через водный раствор любой соли радия продувают воздух, который уносит с собой образующийся при радиоактивном распаде радия радон. Далее воздух тщательно фильтруют для отделения микрокапель раствора, содержащего соль радия, которые могут быть захвачены током воздуха. Для получения собственно радона из смеси газов удаляют химически активные вещества (кислород, водород, водяные пары и т. д.), остаток конденсируют жидким азотом, затем из конденсата отгоняют азот и другие инертные газы (аргон, неон и т.д).

Физические свойства

Радон - радиоактивный одноатомный газ без цвета и запаха. Растворимость в воде 460 мл/л; в органических растворителях, в жировой ткани человека растворимость радона в десятки раз выше, чем в воде. Газ хорошо просачивается сквозь полимерные плёнки. Легко адсорбируется активированным углем и силикагелем.
Собственная радиоактивность радона вызывает его флюоресценцию. Газообразный и жидкий радон флюоресцирует голубым светом, у твёрдого радона при охлаждении до азотных температур цвет флюоресценции становится сперва жёлтым, затем красно-оранжевым.
Цвет свечения в газовом разряде у радона - синий, так как в видимой части спектра радона особо выделяются 8 линий, отвечающих длинам волн от 3982 до 5085 А и лежащих главным образом в синей части спектра, однако из-за отсутствия стабильных изотопов применение его в газосветных приборах невозможно.

Химические свойства

«Благородный газ». Однако радон является наиболее активным благородным газом в химическом отношении, так как его валентные электроны находятся на максимальном удалении от ядра. Радон образует клатраты, которые, хотя и имеют постоянный состав, химических связей с участием атомов радона в них нет. С фтором радон при высоких температурах образует соединения состава RnF n , где n = 4, 6, 2. Так, дифторид радона RnF 2 является белым нелетучим кристаллическим веществом. Фториды радона могут быть получены также под действием фторирующих агентов (например, фторидов галогенов). При гидролизе тетрафторида RnF 4 и гексафторида RnF 6 образуется оксид радона RnO 3 . Получены также соединения с катионом RnF + .

/моль)

Радиус атома 214 пм Энергия ионизации
(первый электрон) 1036,5(10,74) кДж /моль (эВ) Электронная конфигурация 4f 14 5d 10 6s 2 6p 6 Химические свойства Ковалентный радиус 140—150 пм Радиус иона n/a пм Электроотрицательность
(по Полингу) n/a Электродный потенциал — Степени окисления 0 Термодинамические свойства простого вещества Плотность (газ, при 0 °C) 9,81 мг/см 3
(жидк., при -62 °C) 4,4 /см ³ Молярная теплоёмкость 20,79 Дж /( ·моль) Теплопроводность (газ, при 0 °C) 0,0036 Вт /( ·) Температура плавления 202 Теплота плавления 2,7 кДж /моль Температура кипения 211,4 Теплота испарения 18,1 кДж /моль Молярный объём n/a см ³/моль Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки кубическая
гранецентрированая Параметры решётки n/a Отношение c/a n/a Температура Дебая n/a

Rn	86

4f 14 5d 10 6s 2 6p 6
Радон

Радон — элемент главной подгруппы восьмой группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 86. Обозначается символом Rn (Radon). Простое вещество радон (CAS-номер: 10043-92-2) в нормальных условиях — бесцветный инертный газ; радиоактивен, может представлять опасность для здоровья и жизни. При комнатной температуре является одним из самых тяжелых газов. Наиболее стабильный изотоп (222 Rn) имеет период полураспада 3,8 суток.

Первоначально эманацию тория называли тороном , а эманацию радия — Радоном. Было доказано, что все эманации на самом деле представляют собой радионуклиды нового элемента — инертного газа, которому отвечает атомный номер 86. Впервые его выделили в чистом виде Рамзай и Грей в 1908 году, они же предложили назвать газ нитон (от лат. nitens, светящийся). В 1923 году газ получил окончательное название радон и символ Em был сменен на Rn.

Нахождение в природе

Концентрация радона в воздухе зависит в первую очередь от геологической обстановки (так, граниты, в которых много урана, являются активными источниками радона, в то же время над поверхностью морей радона мало), а также от погоды (во время дождя микротрещины, по которым радон поступает из почвы, заполняются водой; снежный покров также препятствует доступу радона в воздух). Перед землетрясениями наблюдалось повышение концентрации радона в воздухе, вероятно, благодаря более активному обмену воздуха в грунте ввиду роста микросейсмической активности.

Получение

Для получения радона через водный раствор любой соли радия продувают воздух, который уносит с собой образующийся при радиоактивном распаде радия радон. Далее воздух тщательно фильтруют для отделения микрокапель раствора, содержащего соль радия, которые могут быть захвачены током воздуха. Для получения собственно радона из смеси газов удаляют химически активные вещества (кислород, водород, водяные пары и т. д.), остаток конденсируют жидким азотом, затем из конденсата отгоняют азот и другие инертные газы (аргон, неон и т.д).

Физические свойства

Радон — радиоактивный одноатомный газ без цвета и запаха. Растворимость в воде 460 мл/л; в органических растворителях, в жировой ткани человека растворимость радона в десятки раз выше, чем в воде. Газ хорошо просачивается сквозь полимерные плёнки. Легко адсорбируется активированным углем и силикагелем.

Химические свойства

«Благородный газ». Радон образует клатраты, которые, хотя и имеют постоянный состав, химических связей с участием атомов радона в них нет. С фтором радон при высоких температурах образует соединения состава RnF n , где n = 4, 6, 2. Так, дифторид радона RnF 2 является белым нелетучим кристаллическим веществом. Фториды радона могут быть получены также под действием фторирующих агентов (например, фторидов галогенов). При гидролизе тетрафторида RnF 4 и гексафторида RnF 6 образуется оксид радона RnO 3 . Получены также соединения с катионом RnF + .

Применение

Радон используют в медицине для приготовления радоновых ванн. Радон используется в сельском хозяйстве для активации кормов домашних животных, в металлургии в качестве индикатора при определении скорости газовых потоков в доменных печах, газопроводах. В геологии измерение содержания радона в воздухе и воде применяется для поиска месторождений урана и тория , в гидрологии — для исследования взаимодействия грунтовых и речных вод. Динамика концентрации радона в подземных водах может применяться для прогноза землетрясений.

История вопроса

Открытие радиоактивности и радона совпало с повышением интереса к биологическим эффектам радиации. Было установлено, что вода многих источников минеральных вод богата эманацией радия (так именовался радон в то время). Вслед за этим открытием последовала волна моды «на радиацию». В частности, в рекламе того времени радиоактивность минеральных вод выдавалась за главный показатель их полезности и эффективности.

Естественный радиационный фон помещений зданий(ЕРФП)

Основные составляющие радиационного фона помещений в значительной степени зависят от деятельности человека. Это вызвано, прежде всего,такими факторами, как выбор строительных материалов, конструктивных решений зданий и применяемых в них систем вентиляции. Измерения не всегда подтверждают сложившийся вывод о том, что в подвальных помещениях, на нижних этажах зданий радон скапливается в больших концентрациях чем на верхних.

Биологическое воздействие

Попадая в организм человека, радон способствует процессам, приводящим к раку лёгких. Распад ядер радона и его дочерних изотопов в легочной ткани вызывает микроожог, поскольку вся энергия альфа-частиц поглощается практически в точке распада. Особенно опасно (повышает риск заболевания) сочетание воздействия радона и курения. Считается, что радон — второй по частоте (после курения) фактор, вызывающий рак лёгких. Рак лёгких, вызванный радоновым облучением, является шестой по частоте причиной смерти от рака.

Радионуклиды радона обусловливают более половины всей дозы радиации, которую в среднем получает организм человека от природных и техногенных радионуклидов окружающей среды.

В настоящее время во многих странах проводят экологический мониторинг концентрации радона в зданиях, так как в районах геологических разломов его концентрации в помещениях зданий могут носить ураганный характер и существенно превышать средние значения по остальным регионам.

Предельно допустимое поступление радона через органы дыхания равно 146 МБк/год.

Изотопы

Радон не имеет стабильных изотопов . Наиболее устойчив 222 Rn (T 1/2 =3,8235 дня), входящий в природное радиоактивное семейство урана-238 (семейство урана-радия) и являющийся непосредственным продуктом распада радия-226. Иногда название «радон» относят именно к этому изотопу. В семейство тория-232 входит 220 Rn (T 1/2 =55,6 с), иногда его называют торон (Tn). В семейство урана-235 (урана-актиния) входит 219 Rn (T 1/2 =3,96 с), его называют актинон (An). В одну из побочных ветвей (коэффициент ветвления 2×10 −7) семейства урана-радия входит также очень короткоживущий (T 1/2 =35 мс) радон-218. Все отмеченные изотопы радона испытывают альфа-распад.

Этими четырьмя нуклидами исчерпывается список природных изотопов радона. Известны ещё 30 искусственных изотопов Rn с массовым числом от 195 до 228. Некоторые нейтронодефицитные изотопы радона имеют также возбуждённые метастабильные состояния; таких состояний известно 13. Преобладающие моды распада у лёгких изотопов Rn — альфа-распад, позитронный распад и электронный захват. Начиная с массового числа A =212 альфа-распад становится доминирующим. Тяжёлые изотопы радона (начиная с A =223) распадаются преимущественно посредством бета-минус-распада.