Радон в природе

Размещено на http://www.allbest.ru/

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. радон атмосфера радионуклид газ

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.

1. Радионуклиды атмосферы

Радиоактивность атмосферы Земли связана как с естественными (изотопы радона и продукты их распада, тритий, 14С, входящий в состав углекислого газа и метана и др.) так и техногенными (криптон-83, ксенон-133, тритий). Естественная радиоактивность воздуха обусловлена выделением из почв газообразных продуктов радиоактивных семейств урана-радия и тория - радона-222, радона-220 (торона), радона-219 (актинона) и дочерними продуктами их распада, находящимися, главным образом, в аэрозольной форме.

Табл. 1:Источники радона-222 в земной атмосфере

Торон в воздухе содержится в значительно меньших количествах. Дочерние продукты распада радона и торона находятся в воздухе в виде золей, причем отношение их концентраций к концентрации самих эманаций составляет 0,9-0,4, снижаясь до 0,1 и менее после дождей. Содержание космогенных радионуклидов в приземном слое воздуха крайне незначительно. В окружающую среду радон поступает из различных источников. Большая часть выделяется из скальных пород в земной коре и переносится к поверхности потоками грунтовых вод. Основные источники выбросов радона в окружающую среду приведены в следующей таблице:

Табл. 2: Установленные выбросы 222Rn в США в 1978 г. от различных естественных и техногенных источников

Среднее содержание 238U на материках около 3 мкг/т. При этом результирующая активность горных пород составляет 50000 Бк/т*с, т.е. каждую секунду тонна горной породы генерирует 50000 атомов радона. Однако радон в недрах земли распространен крайне неравномерно. Это связано с тем, что радон накапливается в тектонических нарушениях, куда он поступает по системам микротрещин из горных пород.

Величина поток радона из гонных пород определяется концентрацией в них материнских нуклидов эманации, их коллекторскими свойствами (способностью аккумулировать радон) и коэффициентом эманирования (способностью выделять накопленный16 радон). Нередки случаи, когда слаборадиоактивные породы содержат в своих пустотах и трещинах радон в количествах, в сотни и тысячи раз больших, чем более радиоактивные горные породы. При своеобразном дыхании Земли радон выделяется из горных пород в атмосферу, причем в наибольших количествах из участков Земли, в пределах которых имеются коллекторы радона.

Наиболее важный естественный источник 222Rn - распад 226Ra в почве и скальных породах в земной коре. Среднее содержание 226Ra в почве равно 2*10-12 г радия на 1 г почвы.

Гамма-излучение над горными породами и почвами за счет естественных изотопов радия, тория (и их продуктов распада) и калия колеблется обычно от 7 до 20 мкр/час, составляя в среднем 8-10 мкр/час (без учета гамма-излучения за счет космического излучения, равного 3,7- 4,6 мкр/час). В некоторых районах массового проживания человека фон естественной радиации значительно превосходит средний уровень по земному шару (за счет аномально высокого содержания в почве естественных радионуклидов, а также из-за повышения интенсивности космических лучей с увеличением высоты).

Содержание радия в морской воде колеблется в пределах (0,007-0,3)*10-12 кюри/л, в реке Миссисипи - (1-3)*10-12, в питьевой воде: Россия 1*10-12, Австрия - 6*10-12, колодцы США - до 3,5*10-12, источники: США 3*10-7, Япония 7*10-7, Чехия (Яхимов) 5*10-7, воды урановых месторождений (8-2000)*10-12 кюри/л. Источники минеральных вод СНГ: Пятигорск 3*10-12, Баку 9*10-12, Ухта 7,5*10-9, Закавказье (№18) 3,7*10-10, Мацеста 5*10-11 кюри/л. Радиоактивность травы равна 1*10-8 - 0,5*10-9 кюри/кг, мхов - 0,5*10-7 - 1*10-7. Содержание радия-226 в растениях и пищевых продуктах изменяется от 0,1*10-12 до 6,1*10-12 кюри/г. Содержание радия в зерне 2,3*10-15 кюри/г продукта, в картофеле 9,6*10-15, в сухом молоке1,7*10-15, в треске 4,0*10-15, моркови и капусте 1,7*10-15 кюри/г. Содержание радия-226 в теле человека колеблется в пределах (3-1400) пкюри/г (в среднем 75), радия-228 (мезоторий) 50 пкюри.

В результате радиоактивного распада изотопов радия атомы радона попадают в кристаллическую решетку минералов. Процесс выделения радона из минералов и пород в паровое или трещинное пространство получил название эманирования. Не все атомы радона могут выделиться в поровое пространство, поэтому для характеристики степени высвобождения радона используется коэффициент эманирования.

Эманирование - выделение радиоактивных изотопов радона из твердых веществ, содержащих изотопы радия. Используется, например, при поиске радиоактивных руд и минералов.

Эксхаляция - выделение газов (любых!) из горных пород, почвы, вулканов и т.п.

Замечание: при изучении выхода эманации из тел небольших размеров (например, из зерен порошков) используют термин эманирование, при изучении выхода эманации из обширных геологических структур или из слоя почвы предпочитают термин эксхаляция (эксгаляция).

Скорость эсхаляции зависит от характера породы, ее структуры и степени ее раздробленности, а также от таких параметров, как пористость влажности и температура, а также от времени суток, сезона и метеорологических условий. Различают два механизма эманирования: за счет отдачи и за счет диффузии. Чем меньше зерна породы, чем больше внешняя поверхность зерен, тем активнее идет процесс выделения радона.

Миграция радона зависит от характера заполнения порового пространства породы. В зоне аэрации, то есть выше уровня грунтовых вод, поры и трещины пород и почв заполнены, как правило, воздухом. Ниже уровня грунтовых вод все пустотное пространство пород заполнено водой (в нефтегазоносных районах оно может быть также заполнено нефтью и газом). В первом случае радон как всякий газ распространяется по законам диффузии. Во втором - может также мигрировать вместе с водой. Дальность миграции радона определяется его периодом полураспада. Поскольку этот период не очень велик, дальность миграции радона не может быть большой. Для сухой породы она больше, однако, как правило, радон мигрирует в водной среде. Именно поэтому наибольший интерес представляет изучение поведение радона в воде.

Концентрации изотопов радона и продуктов их распада в приземном слое воздуха разных районов земного шара различны; водная поверхность, снежный и ледовый покровы препятствуют выходу радиоактивных газов из почв и горных пород, эманирование же из самих этих объектов очень мало. Поэтому среднее содержание радона-222 в воздухе континентальных областей равно примерно 3,7 (0,1), в приморских районах и на островах - 0,37 (0,01), над океанами и полярными областями - 0,037 Бк/м3 (0,001 пКи/л).

Во всех местах залегания урановых и ториевых минералов, радон и торон поступают в атмосферу путем диффузии (Важную роль играет и процесс отдачи, но мы им займемся позднее). Поскольку выделение радона из почвы сильно зависит от типа почвы в данной местности и от атмосферных условий, поток радона из почвы и соответствующие его концентрации в атмосфере сильно изменяются в зависимости от местности и времени суток. Однако существует достаточное число данных для того, чтобы оценить выбросы радона от этого источника значением 4,44*1018 Бк/год. Относительно малые количества (менее 0,2%) приходятся на долю деятельности по добыче урана и на долю отвалов переработанных руд, т.е. на деятельность, связанную с производством ядерной энергии. Средние концентрации радона и торона в воздухе составляют 1-3*10-13 и 0,5*10-13 кюри/л. В районах повышенной естественной радиоактивности эти значения могут быть выше в несколько десятков раз. Выход радона и торона из почвы в атмосферу (эксхаляция) колеблется от времени года. Так, эксхаляция радона в Павловске (под Петербургом) в среднем составляет весной, летом, осенью и зимой 2,6; 6,6; 7,7 и 5,2*10-10 кюри/м3*ч.

Помимо содержания естественных радиоактивных элементов урана и тория в почве большое влияние на величину удельной концентрации радона и торона в атмосферном воздухе оказывают условия перемещения воздушных масс. Наибольшая концентрация изотопов радона наблюдается в приземном слое атмосферы, с увеличением высоты она уменьшается. Если концентрацию этих газов на уровне почвы принять за 100%, то на высоте 100 м концентрация радона 69%, а торона 25%. До 90% активности естественных радиоактивных изотопов, содержащихся в воздухе, сорбировано на частицах диаметром не более 5 микрон; при этом основная часть активности приходится на аэрозоли диаметром от 0,001 до 0,4 мк.

2. Общие сведения о радоне

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.

3. Физические свойства радона

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 б-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.

4. Химические свойства радона

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. RnF₂ 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 H₂ , 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 RnF₂ в результате реакции:

RnF+SbF₆ + NaF = RnF₂ + Na+SbF₆

RnF₂ 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 б-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 BrF2 SbF6 , O2 SbF6 и др.

5. 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.

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).

6. 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 [5-7] 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.

Изменения содержания радона перед землетрясением впервые были замечены в Советском Союзе, где десятилетнее возрастание количества радона, растворенного в воде глубоких скважин, сменилось резким его падением перед Ташкентским землетрясением 1966 года (магнитуда 5.3)

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.

7. Пути решения радоновой проблемы

В настоящее время остаётся актуальной проблема облучения людей радиоактивным газом радоном.. 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 3

Из таблицы следует, что 66% внутреннего облучения определяется земными радионуклидами. Согласно оценкам учёных радон и его дочерние продукты распада обеспечивают примерно ѕ 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 б - распадах образуются ядра, находящиеся в возбуждённом состоянии, которые переходя в основное состояние испускают г - кванты. Эти г - 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 4

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/м3 .

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 5

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/м3 час, при этом вклад бетона и других стройматериалов в эту дозу составляет всего 2 Бк/м3 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%.

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, 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 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

Список литературы

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

2. 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.

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

4. 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

5. 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

6. 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

Размещено на Allbest.ru