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.

1. 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.
2. 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.
3. 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
4. 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:

1. Тщательно выбирать площадку под строительство жилого дома, с минимальной концентрацией радона в земном грунте.
2. В малоэтажных зданиях желательно обустраивать подвальные помещения.
3. Жилые комнаты лучше располагать в верхних этажах строений.
4. 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.
5. Уделить достаточное внимание герметизации междуэтажных перекрытий, пола и напольного покрытия.
6. Для заделки щелей, пор и трещин - стены и потолок нужно обработать мастиками, герметиками, затем красками на основе эпоксидной смолы и другим облицовочным материалом.
7. Не находиться долгое время в непроветриваемых помещениях дома, в подвале или погребе.
8. Организовать регулярное естественное проветривание жилых комнат и подвальных помещений.
9. Обустроить эффективную принудительную вентиляцию дома или квартиры.
10. Не стремиться устроить чрезмерную герметизацию окон и дверей в помещениях, чтобы дать возможность естественному обороту воздуха.
11. Воду из глубоководных источников следует кипятить, а не пить сырую.
12. Использовать для очистки воды угольные фильтры, позволяющие задерживать радон на 90 процентов.
13. Исключать вдыхание влажного воздуха, сокращать время пребывания в душевой комнате, принимать душ реже, устраивать вентиляцию и обязательное проветривание перед использованием душа другими членами семьи.
14. 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?

Любой дом может иметь проблему радона Радон является радиоактивным газом. Оно происходит от естественного распада урана, который находится почти во всех почвах. Он обычно движется вверх из земли в воздух над ней, и попадает в ваш дом через трещины и другие отверстия в фундаменте.

Радон прозрачный газ, без запаха и без вкуса. Но он может быть проблемой вашего дома. По мировым оценкам радон является причиной многих тысяч смертей каждый год. Поэтому вдыхая воздух с высоким содержанием радона, вы можете получить рак легких. Врачи предупреждают, что радон на сегодня является второй ведущей причиной развития рака легких во многих странах. Только курение вызывает больше смертей от рака легких.

Пути поступления газа радона в дом:
Присутствие радона в воздухе помещения может быть обусловлено его поступлениями из следующих источников:

• залегающих под зданием грунтов;
• ограждающих конструкций, изготовленных с применением строительных материалов из горных пород, в т.ч. тяжелого, легкого и ячеистого бетона не более 10% от всего радона, поступающего в дом);
• наружного воздуха (особенно в радоноопасных территориях и на территориях нефте- и газодобычи);
• воды из системы водоснабжения здания (преимущественно при водоснабжении из глубоких скважин);
• сжигаемого в здании топлива (природный газ, уголь, дизельное топливо).

Радон выделяется из почвы практически по всей поверхности земли. Хотя радон в 7,5 раз тяжелее воздуха, он выталкивается на поверхность избыточным давлением из недр. Средние мировые значения объемной активности радона в наружном воздухе на высоте 1 м от поверхности земли составляют от 7 до 12 Бк/м3 фоновое значение). На территориях с насыщенными радоном грунтами эта величина может достигать 50 Бк/м3. Известны территории, где активность радона в наружном воздухе достигает 150-200 Бк/м3 и более.

При возведении здания выделяющий радон участок поверхности земли изолируется цоколем или фундаментом здания от окружающего пространства. Поэтому радон, выделяющийся из залегающих под зданием грунтов, не может свободно рассредоточиваться в атмосфере, и проникает в здание, где его концентрация в воздухе помещений становится выше, чем в наружном воздухе.

Исследования показали, что концентрация радона в жилых домах мало зависит от материала стен и особенностей архитектурного решения. Концентрация радона в верхних этажах многоэтажных домов, как правило, ниже, чем на первом этаже. Исследования, проведенные в Норвегии, показали, что концентрация радона в деревянных домах даже выше, чем в кирпичных, хотя дерево выделяет совершенно ничтожное количество радона по сравнению с другими материалами. Это объясняется тем, что деревянные дома, как правило, имеют меньше этажей, чем кирпичные, и, следовательно, помещения, в которых проводились измерения, находились ближе к земле - основному источнику радона.

По данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), в каждом пятнадцатом доме по всей стране уровень концентрации радона находится на уровне или превышает рекомендуемую безопасную концентрацию радона 4 пКи/л (пикокюри на литр воздуха).

Максимальная концентрация радона наблюдается в подвалах, подполах и на первых этажах зданий. При измерениях уровня радона в городах Республики Беларусь установлено, что в отдельных подвальных помещениях концентрация радона превышает санитарно-гигиеническую норму в 7 раз, в полуподвальных - в 2,5 раза и на первых этажах - в 1,5-2,5 раза.

Концентрация радона выше всего в зданиях на замкнутых ленточных фундаментах со свободным подпольным пространством, не имеющих изоляции от грунта пространства под домом, и не имеющих вентиляции подпольного пространства. Люки в подвалы и подполы, щели в полах являются отличными входными воротами для проникновения радона в дом. Радонозащитная способность хорошо изолированной ограждающей конструкции может быть практически сведена к нулю при наличии в ней неуплотненных швов, стыков и технологических проемов.

Поступления почвенного радона в помещения обуславливаются его конвективным (вместе с воздухом) переносом через трещины, щели, полости и проемы в ограждающих конструкциях здания, а также диффузионным переносом через поры ограждающих конструкций. Бетонные, кирпичные и другие «каменные» конструкции не являются препятствием для проникновения радона в дом.

Вследствие разности температур (следовательно, разности плотностей) воздуха внутри и вне помещений, в направлении движения радона из грунта в здание возникает отрицательный градиент давления. Уже при разности давлений равной 1 - 3 Па начинает действовать механизм "подсоса" радона в здание. Причиной неблагоприятного распределения давлений могут служить также ветровое воздействие на здание и работа вытяжной вентиляционной системы, создающей разрежение во внутренней атмосфере здания.

На радоноопасных территориях вытяжная вентиляция допускается только в подпольях или при депрессии грунтового основания. Вентиляция дома на радоноопасных территориях должна осуществляться за счет приточной вентиляции, создающей избыточное давление во внутренних помещениях здания, которое препятствует проникновению радона в дом.

Выделения радона из поверхностных водных источников, а также из сжигаемых в котлах дизельного топлива или природного газа, обычно пренебрежимо малы. Радон хорошо растворяется в воде. Поэтому высокое содержание радона может быть в воде, подаваемой в здания непосредственно из скважин глубокого заложения. Эксперты Международного агентства по исследованию рака считают, что из воды в здания поступает до 20% радона.

Схема. Пути проникновения радона в жилой дом.

Поэтому в отношении радоновой безопасности колодцы предпочтительнее скважин в радоноопасных территориях. Хотя обычно концентрация радона в воде очень невелика, он "капля за каплей" выделятся из воды в доме из струй воды из-под кранов, при принятии душа, при стирке белья в стиральной машине и накапливается в помещении. Больше всего радона с водой поступает в ванную комнату, оборудованную душем.

При обследовании жилых домов в Финляндии оказалось, что в среднем концентрация радона в ванной комнате примерно в три раза выше, чем на кухне, и приблизительно в 40 раз выше, чем в жилых помещениях. Высокая концентрация радона в ванной комнате держится в течение 1,5 часов после приема душа. В том числе из-за радона санузлы в доме должны иметь хорошую систему вытяжной вентиляции. В радоноопасных районах может потребоваться дополнительный вытяжной вентилятор в санузле на уровне пола (радон тяжелее воздуха).

Еще один менее значительный источник радона – строительные материалы (в том числе дерево и кирпич). Особенно опасен домененый шлак, который используется при производстве шлакобетона многим самостройщиками. Опасны глинозем, зольная пыль, фософогипс и знакомый всем алюмосиликатный кирпич. Однако строительные материалы составляют не более 10% в структуре источников облучения людей, проживающих в частных домах.

Если вы думаете, что радона в почве под вашим домом нет, потому что никто об этом раньше не говорил, просто разыщите в МЧС или в администрации своего населенного пункта карты радоноопасных районов. В г. Новгороде радон, например, является основным фактром естественной радиации. опубликовано Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .

Газ - одно из агрегатных состояний вещества. Газы присутствуют не только в воздухе на Земле, но и в космосе. Они ассоциируются с легкостью, невесомостью, летучестью. Самым легким является водород. А какой газ самый тяжелый? Давайте выясним это.

Самые тяжелые газы

Слово «газ» происходит от древнегреческого слова «хаос». Его частицы подвижны и слабо связаны друг с другом. Они движутся хаотично, заполняя собой все доступное им пространство. Газ может быть простым элементом и состоять из атомов одного вещества, а может быть соединением нескольких.

Самым простым тяжелым газом (в условиях комнатной температуры) является радон, его молярная масса 222 г/моль. Он радиоактивен и абсолютно бесцветен. После него наиболее тяжелым считается ксенон, атомная масса которого составляет 131 г/моль. Остальные тяжелые газы представляют собой соединения.

Среди неорганических соединений самым тяжелым газом при температуре +20 о С является фторид вольфрама (VI). Его молярная масса составляет 297,84 г/моль, а плотность - 12,9 г/л. В нормальных условиях он представляет собой бесцветный газ, на влажном воздухе он дымится и синеет. Гексафторид вольфрама очень активен, он легко превращается в жидкость при охлаждении.

Радон

Открытие газа произошло в период исследований по изучению радиоактивности. В ходе распада некоторых элементов ученые неоднократно отмечали некоторое вещество, испускаемое вместе с другими частицами. Э. Резерфорд назвал его эманацией.

Так была обнаружена эманация тория - торон, радия - радон, актиния - актинон. Позже было установлено, что все эти эманации являются изотопами одного и того же элемента - инертного газа. Роберт Грей и Уильям Рамзай впервые выделили его в чистом виде и провели измерения его свойств.

В периодической таблице Менделеева радон является элементом 18-й группы с атомным номером 86. Он расположен между астатом и францием. В нормальных условиях вещество является газом, не имеет вкуса, запаха и цвета.

Газ в 7,5 раз плотнее воздуха. Он растворяется в воде лучше, чем другие благородные газы. В растворителях этот показатель ещё больше увеличивается. Из всех инертных газов он является наиболее активным, легко взаимодействуя с фтором и кислородом.

Радиоактивный газ радон

Одно из свойств элемента - радиоактивность. Элемент имеет около тридцати изотопов: четыре естественные, остальные - искусственные. Все они нестабильны и подвержены радиоактивному распаду. радона, точнее, его наиболее стабильного изотопа, составляет 3,8 сут.

Из-за высокой радиоактивности газ обладает флуоресценцией. В газообразном и жидком состоянии вещество подсвечивается голубым цветом. Твердый радон изменяет свою палитру от жёлтого до красного при охлаждении до температуры азота - около -160 о С.

Радон может быть очень токсичным для человека. В результате его распада образуются тяжелые нелетучие продукты, например, полоний, свинец, висмут. Они крайне плохо выводятся из организма. Оседая и накапливаясь, эти вещества отравляют организм. После курения радон является второй наиболее распространенной причиной возникновения рака легких.

Местонахождение и применение радона

Самый тяжелый газ является одним из редчайших элементов земной коры. В природе радон входит в состав руд с содержанием урана-238, тория-232, урана-235. При их распаде он высвобождается, попадая в гидросферу и атмосферу Земли.

Радон накапливается в речных и морских водах, в растениях и почве, в строительных материалах. В атмосфере его содержание увеличивается при активности вулканов и землетрясениях, при добыче фосфатов и работе геотермальных энергетических станций.

При помощи этого газа находят тектонические разломы, месторождения тория и урана. Его используют в сельском хозяйстве для активации кормов домашних животных. Радон применяют в металлургии, при изучении грунтовых вод в гидрологии, в медицине популярны радоновые ванны.

В свете стремительного развития науки и техники специалисты выражают озабоченность отсутствием пропаганды радиационной гигиены среди населения. Эксперты прогнозируют, что в ближайшее десятилетие "радиологическое невежество" может стать причиной реальной угрозы безопасности общества и планеты.

Невидимый убийца

В XVΙ веке европейских медиков ставила в тупик аномально высокая смертность от легочных заболеваний среди работников рудников, добывающих железо, полиметаллы и серебро. Загадочный недуг, получивший название "горной болезни", поражал шахтеров в пятьдесят раз чаще, чем среднего обывателя. Только в начале XX века, после открытия радона, именно его признали причиной стимулирования развития рака легких горняков Германии и Чехии.

Что такое радон? Только ли отрицательное влияние оказывает он на организм человека? Чтобы ответить на эти вопросы, следует вспомнить историю открытия и изучения этого таинственного элемента.

Эманация - значит "истечение"

Первооткрывателем радона принято считать английского физика Э. Резерфорда. Именно он в 1899 году заметил, что препараты на основе тория кроме тяжелых α-частиц излучают бесцветный газ, приводящий к повышению уровня радиоактивности окружающей среды. Исследователь назвал предполагаемое вещество эманацией тория (от emanation (лат.) - истечение) и присвоил ему буквенное обозначение Em. Похожие эманации присущи также препаратам радия. В первом случае испускающийся газ получил название торон, во втором - радон.

В дальнейшем удалось доказать, что газы являются радионуклидами нового элемента. Выделить его в чистом виде впервые удалось шотландскому химику, Нобелевскому лауреату (1904 г.) Уильяму Рамзаю (совместно с Витлоу Греем) в 1908 году. Спустя пять лет за элементом окончательно закрепилось название радон и символьное обозначение Rn.

В химических элементов Д. И. Менделеева радон находится в 18-й группе. Имеет атомный номер z=86.

Все существующие изотопы радона (более 35, с массовыми числами от 195 до 230) радиоактивны и представляют определенную опасность для человека. В природе встречаются четыре разновидности атомов элемента. Все они входят в состав естественных радиоактивных рядов актиноурана, тория и урана - радия. Некоторые изотопы имеют собственные названия и их, по исторически сложившейся традиции, называют эманациями:

• актиния - актинон 219 Rn;
• тория - торон 220 Rn;
• радия - радон 222 Rn.

Последний отличается наибольшей стабильностью. радона 222 Rn - 91,2 часа (3,82 суток). Время устойчивого состояния остальных изотопов исчисляется секундами и миллисекундами. При распаде с излучением α-частиц происходит образование изотопов полония. Кстати, именно при исследовании радона ученые впервые столкнулись с многочисленными разновидностями атомов одного и того же элемента, которые впоследствии и назвали изотопами (от греческого "равный", "одинаковый").

Физические и химические свойства

В нормальных условиях радон - газ без цвета и запаха, присутствие которого можно определить только специальными приборами. Плотность - 9,81 г/л. Является самым тяжелым (воздух легче в 7,5 раз), самым редким и самым дорогим из всех известных на нашей планете газов.

Хорошо растворим в воде (460 мл/л), но в органических соединениях растворимость радона на порядок выше. Обладает эффектом флюоресценции, вызванным высокой собственной радиоактивностью. Для газообразного и жидкого состояния (при температуре ниже -62˚С) характерно голубое свечение, для кристаллического (ниже -71˚С) - желтое или оранжево-красное.

Химическая характеристика радона обусловлена его принадлежностью к группе инертных ("благородных") газов. Ему свойственны химические реакции с кислородом, фтором и некоторыми другими галогенами.

С другой стороны, неустойчивое ядро элемента является источником частиц высоких энергий, влияющих на многие вещества. Воздействие радона приводит к окрашиванию стекла и фарфора, разлагает воду на кислород, водород и озон, разрушает парафин и вазелин и т. д.

Получение радона

Для выделения изотопов радона достаточно пропустить над веществом, содержащим радий в том или ином виде, струю воздуха. Концентрация газа в струе будет зависеть от многих физических факторов (влажности, температуры), от кристаллической структуры вещества, его состава, пористости, однородности и может колебаться от малых долей до 100%. Обычно используют растворы бромистого или хлористого радия в соляной кислоте. Твердые пористые вещества применяют гораздо реже, хотя радон при этом выделяется более чистым.

Полученную газовую смесь очищают от паров воды, кислорода и водорода, пропуская ее через раскаленную медную сетку. Остаток (1/25000 от первоначального объема) конденсируют и из конденсата удаляют примеси азота, гелия и инертных газов.

Для заметки: во всем мире за год производится всего лишь несколько десятков кубических сантиметров химического элемента радона.

Распространение в природе

Ядра радия, продуктом деления которых является радон, в свою очередь образуются при распаде урана. Таким образом, основной источник радона - грунты и минералы, содержащие уран и торий. Наиболее высока концентрация этих элементов в магматических, осадочных, метаморфических породах, темноцветных сланцах. Газ радон вследствие своей инертности легко покидает кристаллические решетки минералов и по пустотам и трещинам в земной коре легко распространяется на большие расстояния, выделяясь в атмосферу.

Кроме того, грунтовые межпластовые воды, омывая такие породы, легко насыщаются радоном. Радоновая вода и ее определенные свойства использовались человеком задолго до открытия самого элемента.

Друг или враг?

Несмотря на тысячи научных и научно-популярных статей, написанных об этом радиоактивном газе, однозначно ответить на вопрос: "Что такое радон и каково его значение для человечества?" представляется затруднительным. Перед современными исследователями стоят, как минимум, две проблемы. Первая заключается в том, что в сфере воздействия излучения радона на живую материю он является одновременно вредным и полезным элементом. Вторая - в отсутствии достоверных средств регистрации и мониторинга. Существующие на сегодняшний день детекторы радона в атмосфере, даже самые современные и чувствительные, при повторении измерений могут выдавать результаты, различающиеся в несколько раз.

Осторожно, радон!

Основную дозу радиации (более 70%) в процессе жизнедеятельности человек получает благодаря природным радионуклидам, среди которых лидирующие позиции принадлежат бесцветному газу радону. В зависимости от географического расположения жилого строения, его "вклад" может составлять от 30 до 60%. Постоянное количество нестабильных изотопов опасного элемента в атмосфере поддерживается непрерывным поступлением из земных пород. Радон имеет неприятное свойство накапливаться внутри жилых и общественных помещений, где его концентрация может увеличиваться в десятки и сотни раз. Для здоровья человека опасность представляет не столько сам радиоактивный газ, сколько химически активные изотопы полония 214 Po и 218 Po, образующиеся в результате его распада. Они прочно удерживаются в организме, губительно воздействуя внутренним α-излучением на живую ткань.

Кроме астматических приступов удушья и депрессивного состояния, головокружения и мигрени, это чревато развитием рака легких. В группу риска входят работники урановых шахт и горно-обогатительных комбинатов, вулканологи, радонотерапевты, население неблагоприятных районов с высоким содержанием радоновых производных в земной коре и артезианских водах, радоновых курортов. Для выявления таких территорий составляют карты радоноопасности, применяя геологические и радиационно-гигиенические методы.

Для заметки: считается, что именно облучение радоном спровоцировало гибель от рака легких в 1916 году шотландского исследователя этого элемента Уильяма Рамзая.

Способы защиты

В последнее десятилетие, по примеру западных соседей, необходимые противорадоновые мероприятия стали распространяться и в странах бывшего СНГ. Появились нормативные документы (СанПин 2.6.1., СП 2.6.1.) с четкими требованиями по обеспечению радиационной безопасности населения.

К основным мерам по защите от почвенных газов и природных источников излучения относятся:

• Обустройство на земляном подполье деревянных полов монолитной бетонной плиты с щебеночным основанием и надежной гидроизоляцией.
• Обеспечение усиленной вентиляции цокольного и подвального пространства, проветривание жилых зданий.
• Вода, поступающая в кухни и ванные комнаты, должна подвергаться специальной фильтрации, а сами помещения оборудуются принудительными вытяжными устройствами.

Радиомедицина

Что такое радон, наши предки не знали, но еще славные всадники Чингисхана врачевали свои раны водами источников Белокурихи (Алтай), насыщенными этим газом. Дело в том, что в микродозах радон оказывает положительное влияние на жизненно важные органы человека и центральную нервную систему. Воздействие радоновых вод ускоряет обменные процессы, благодаря чему поврежденные ткани восстанавливаются гораздо быстрее, нормализуется работа сердца и системы кровообращения, укрепляются стенки сосудов.

Курорты горных районов Кавказа (Ессентуки, Пятигорск, Кисловодск), Австрии (Гаштейн), Чехии (Яхимов, Карловы Вары), Германии (Баден-Баден), Японии (Мисаса) издавна пользуются заслуженной славой и популярностью. Современная медицина кроме радоновых ванн предлагает лечение в форме орошения, ингаляции под строгим контролем соответствующего специалиста.

На службе человечества

Область применения газа радона не ограничивается одной лишь медициной. Способность изотопов элемента к адсорбции активно используется в материаловедении для измерения степени неоднородности металлических поверхностей и декорирования. В производстве стали и стекла радон служит для контроля протекания технологических процессов. С его помощью проводят проверку противогазов и средств химзащиты на герметичность.

В геофизике и геологии многие методы поиска и обнаружения залежей полезных ископаемых и радиоактивных руд основаны на применении радоновой съемки. По концентрации изотопов радона в почве можно судить о газопроницаемости и плотности горных образований. Мониторинг радоновой обстановки выглядит перспективным в плане прогнозирования предстоящих землетрясений.

Остается надеяться, что с негативными воздействиями радона человечество все-таки справиться и радиоактивный элемент будет приносить населению планеты только пользу.

Впервые открыл это вещество английский физик Э. Резерфорд в 1900 г., назвавший его эманацией (производное от латинского слова «истечение»). А современное имя «радон» дал ему другой англичанин Дорн в 1900 г, сопоставив его с первоначальным радием. Но радон образуется при распаде не только радия, но также урана, тория, актиния и других радиоактивных элементов.

1. Радон в природе

Это благородный газ без цвета и запаха, ядовит, а главное - радиоактивен . Он легко растворяется в воде, а еще лучше в жировых тканях живых организмов. Так как радон довольно тяжелый (в 7,5 раз тяжелее воздуха), он «обитает» в толщах земных пород, и, конечно, выделяется понемногу в атмосферу. Но не сам по себе, а в смеси с увлекающими его потоками других, более легких газов - водорода, углекислого газа, метана, азота и других. Все они порождаются глубинными процессами. 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 он может мигрировать по трещинам, порам почвы и пород на большие расстояния, причём довольно длительно (около 10 дней). Радон также содержится в некоторых минеральных водах, которые так и называются радоновыми.

2. Влияние на живые организмы

Лишь недавно ученые выяснили, что наибольший вклад в радиоактивное облучение человека вносит именно радон. Он ответственен за 3/4 годовой дозы облучения, получаемой людьми от земных источников радиации и примерно за половину этой дозы от всех природных источников. Установлено, что основная часть облучения происходит от дочерних продуктов распада радона - изотопов свинца, висмута и полония. Продукты распада радона попадают в легкие человека вместе с воздухом и задерживаются в них. Распадаясь, выделяют альфа-частицы, поражающие клетки эпителия. Распад ядер радона в легочной ткани вызывает микроожоги, а повышенная концентрация газа в воздухе может привести к раку. Также альфа-частицы вызывают повреждения в хромосомах клеток костного мозга человека, что увеличивает вероятность развития лейкозов. К сожалению, наиболее уязвимы для радона самые важные клетки - половые, кроветворные и иммунные. Частицы ионизирующей радиации повреждают наследственный код и, притаившись, никак себя не проявляют, до тех пор, пока «больной» клетке не настанет время делиться или создавать новый организм - ребенка. Тогда речь может идти о мутации клеток, приводящей к сбоям в жизнедеятельности человека.

3. Радон в доме

В дом радон может попасть разными путями: из недр Земли; из стен и фундамента зданий, т.к. строительные материалы (цемент, щебень, кирпич, шлакоблоки) в разной степени, в зависимости от качества, содержат дозу радиоактивных элементов; вместе с водопроводной водой и природным газом. Так как этот газ тяжелее воздуха, он оседает и концентрируется в нижних этажах и подвалах. Самый значимый путь накопления радона в помещениях связан с выделением радона из почвы, на которой стоит здание. Большую опасность представляет поступление радона с водяными парами при пользовании душем, ванной, парной. Он содержится и в природном газе, и поэтому на кухне необходимо устанавливать вытяжку, чтобы предотвратить накапливание и распространение радона. В 1995 году в нашей стране принят федеральный закон «О радиационной безопасности населения» и действуют специальные нормы радиационной безопасности. По нему следует, что при проектировании здания среднегодовая активность изотопов радона в воздухе не должна превышать 80 Бк/м3 (беккерелей на метр кубический). В жилых квартирах не более 200 Бк/м3, иначе встает вопрос о проведении защитных мероприятий, а если значение достигает 400 Бк/м3 - здание должно быть снесено или перепрофилировано. Сейчас многие люди приобретают личные дозиметры, чтобы измерить общий фон радиации в квартире. Но для измерения уровня радона он бесполезен, тут необходимо вызывать специалистов с радиометром радона. Если вы хотите самостоятельно обезопасить свое жилище от вредного газа, вам следует заделать щели в стенах и полах, поклеить обои, загерметизировать подвальные помещения и просто чаще проветривать комнаты в вашем доме. Замечу, что концентрация радона в непроветриваемом помещении в 8 раз больше.

4. Польза радона

Но в природе нет ничего лишнего и помимо важных исследований в области химии и физики, радон используется во многих сферах человеческой жизни. Его используют в медицине для приготовления «радоновых ванн», в сельском хозяйстве для активации кормов домашних животных, в металлургии в качестве индикатора для определения скорости газовых потоков в доменных печах и газопроводах. Геологи с его помощью находят залежи радиоактивных элементов. Сейсмологи, анализируя выход радона из почв, могут спрогнозировать сильные землетрясения и извержения вулканов. Поэтому при успешных и своевременных мерах защиты даже такую «химеру» можно заставить служить человечеству.