Радон. Польза и вред

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 • 6H₂O, Rn • 2CH₃С₆H₅, Rn • 2С₆Н₅ОН — 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: RnF₂, RnF₄, RnCl₄, RnF₆.

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.