Екологічна оцінка впливу випарів радону на довкілля та здоров'я населення

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ЕКОЛОГІЇ

КУРСОВА РОБОА

З дисципліни: «Техноекологія»

Тема: Екологічна оцінка впливу випарів радону на довкілля та здоров'я населення.

Черкаси 2013

Зміст

Вступ

1. Аналітичний огляд літератури

1.1 Загальні відомості про радон

1.2 Історія відкриття

1.3 Фізичні властивості радону

1.4 Хімічні властивості радону

1.5 Отримання радону

2. Екологічна оцінка впливу випарів радону на довкілля та здоров'я населення

2.1 Знаходження в природі

2.2 Використання радону

2.3 Радон і здоров'я

2.4 Вплив радону на довкілля

2.5 Шляхи вирушення радонової проблеми

Висновок

Перелік посилань

Вступ

Скрізь і всюди нас оточує атмосферне повітря. З чого він складається? Відповідь не складає труднощів: з 78,08 відсотка азоту, 20,9 відсотка кисню, 0,03 відсотка вуглекислого газу, 0,00005 відсотка водню, около0, 94 відсотки припадає на частку так званих інертних газів. Останні були відкриті усього лише у кінці минулого століття. Радон утворюється при радіоактивному розпаді радію і в нікчемних кількостях зустрічається в тих, що містять уран матеріалах, а також в деяких природних водах.

Актуальність досліджень. За даними Міжнародної комісії з радіологічного захисту(МКРЗ), Наукового комітету з дії атомної радіації(НКДАР) ООН найбільша частина дози опромінення(близько 80 % від загальної), що отримується населенням в звичайних умовах, пов'язана саме з природними джерелами радіації. Більше половини цієї дози обумовлена присутністю газу радону і його дочірніх продуктів розпаду(ДПР) в повітрі будівель, в яких людина проводить більше 70 % часу.

Рис. 1.1 Сумарне дозове навантаження на населення а - від всіх джерел випромінювання: 1 - природні джерела, 2 - медичні процедури, 3 -радіоактивні осади в результаті ядерних вибухів в атмосфері, 4 - атомна енергетика; б - тульки природні джерела випромінювання: 5 - космічне випромінювання, 6 - зовнішне гамма- і бета-опромінення, 7 - те ж, внутрішне, 8 -радон, 9 - інше

Радон - благородний інертний газ, набуває в житті людини все більшого значення. На жаль, переважно воно негативне - радон радіоактивний і тому небезпечний. А оскільки він безперервно виділяється з грунту, то і поширений по усій земній корі, в підземній і поверхневій воді, в атмосфері, є присутнім в кожному будинку.

У цивілізованому суспільстві вже прийшла свідомість, що радонова небезпека є великою і непростою комплексною проблемою, оскільки радіоекологічні процеси, що викликаються радоном, відбуваються на трьох структурних рівнях матерії: ядерному, атомно-молекулярному і макроскопічному. Тому рішення її підрозділяється на завдання діагностики і технології подальшої нейтралізації дії радону на людину і біологічні об'єкти.

Нині після тривалої відмови провідних світових держав від випробувань ядерної зброї ризик отримати значну дозу опромінення у свідомості більшості людей зв'язується з дією атомних електростанцій. Особливо після Чорнобильської катастрофи. Проте слід знати, що небезпека опромінення є, навіть якщо ви знаходитеся у власному будинку. Загрозу тут представляє природний газ - радон і тяжелометаллические продукти його розпаду. Дію їх людство випробовує на собі протягом всього часу існування.

Мета роботи: Дослідження природи радону, його з'єднань, вплив на людину, а так само дослідження джерел вступу радону у будівлю і оцінка ефективності застосування в якості радонозащитных покриттів різних матеріалів.

радон біологічний радонозахисний організм

1.1 Загальні відомості про радон

Вже з ХVI століття людям було відомо про згубні наслідки перебування в деяких місцевостях і зонах, але про сам газ ніхто ще і не здогадувався. У селищах рудокопів в горах південної Німеччини жінки по декілька разів йшли під вінець: чоловіків відносила загадкова швидкоплинна хвороба - «гірницькі сухоти». Лікарі, що практикували в тих місцях, згадували про існування забоїв, в яких за відсутності належної вентиляції люди випробовували задишку і посилене серцебиття, часто втрачали свідомість і іноді гинули. При цьому ні на смак, ні на запах в повітрі не виявлялося яких-небудь домішок. Тому і недивно, що тоді вважали - людей гублять потривожені гірські духи. І тільки великий Парацельс, що працював лікарем в такій же місцевості, писав про необхідність очищення повітря в копальнях: «Ми зобов'язані запобігати зіткненню організму з еманаціями металів, бо, якщо організм пошкоджений ними одного разу, лікування вже не може бути».

Остаточно з «гірницькими сухотами» розібралися тільки в 1937 р., встановивши, що ця хвороба є ні що інше, як одна з форм раку легенів, що викликається високою концентрацією радону.

Радонова проблема вивчається з самих ранніх етапів розвитку ядерної фізики, але особливо серйозно і масштабно вона стала виявлятися після мораторію на ядерні вибухи і завдяки розсекреченню полігонів. При порівнянні ефектів опромінення виявилось, що в кожній квартирі, в кожній кімнаті є свої локальні ядерні радонові «полигончики».

Ізотопи радону сорбували (поглинаються) твердими речовинами. Найбільш продуктивним в цьому відношенні являється вугілля, тому вугільні шахти повинні знаходитися під посиленою увагою уряду. Це ж відноситься до усіх галузей промисловості, споживаючих цей вид палива.

Сорбовані атоми радону дуже мобільні і просуваються від поверхні твердої речовини в глибинні шари. Це відноситься до органічних і неорганічних колоїдів, біологічних тканин, що істотно загострює радонову небезпеку. Властивості речовин, що сорбували, істотно залежать від температури раніше адсорбованих компонентів, влагонасыщенности і багатьох інших параметрів. Ці властивості бажано залучати до розробки різних антирадонових засобів.

У Казахському національному університеті ім. Аль-Фараби виміряні висотні профілі розподілу радону по поверхах будівель, в приміщеннях і на відкритому повітрі. Відомі закономірності підтвердилися, але знайдені і інші, які експериментально застосовуються для розробки антирадонових технічних засобів. Встановлено, що кілька разів в місяць вміст радону в приземній атмосфері може збільшитися у багато разів. Ці «радонові бурі» супроводжуються різким збільшенням радіоактивності в повітрі, не лише сприяючи розвитку раку легенів, але викликаючи і функціональні порушення у практично здорових людей - приблизно у 30% з'являються задишка, прискорене серцебиття, напади мігрені, безсоння і так далі. Особливу ж небезпеку обурення представляють для хворих і літніх людей, а також малюків.

Виявилось, що виникнення радоново-аэроионных бурь пов'язане з фізичними процесами, що відбуваються на Сонці, з появою темних плям на поверхні світила. Цікаве припущення про можливий механізм, що зв'язує сонячну активність зі значним збільшенням вмісту радону, було зроблене московським ученим А.Э. Шемьи-заді. Проаналізувавши дані по радоновій активності атмосфери, отримані в Середній Азії, Прибалтиці, Швеції і так далі, він виявив кореляцію рівня радонової активності земної атмосфери з сонячними і геомагнітними процесами в різні роки і в різних регіонах.

Концентрація радону в мікропорах гірських порід(звичайних гранітах і базальтах) в мільйони разів вище, ніж в приземній атмосфері і досягає 0,5-5,0 Бк/м3. Активність радону прийнято вимірювати в числі його розпадів в 1 м3 - 1 Беккерель(Бк) відповідає одному розпаду в секунду. Цей радон, як показали розрахунки ученого, внаслідок магнітострикційного стискування-розтягування у високочастотному полі геомагнітних обурень «вичавлюється» з мікропор, що виходять на поверхню. Амплітуда магнітострикції, що відбувається в постійному за величиною магнітному полі Землі, під дією малих геомагнітних обурень пропорційна змісту магнетиту в породі(зазвичай до 4 %), а частота визначається геомагнітними варіаціями. Амплітуда магнітострикційного стискування гірських порід в полі геомагнітних обурень дуже мала, проте ефект витіснення радону обумовлений по-перше високою частотою обурень, а по-друге - високою концентрацією газу. Виявляється, якщо в стовпі атмосферного повітря перерізом в один кілометр «розмішати» шар, виділений з гірських порід завтовшки всього в один міліметр, то концентрація радону в цьому стовпі зросте в 10 разів.

1.2 Історія відкриття

Після відкриття радію, коли учені з великим захопленням пізнавали таємниці радіоактивності, було встановлено, що тверді речовини, що знаходилися у близькому сусідстві з солями радію, ставали радіоактивними. Проте через декілька днів радіоактивність цих речовин зникла безслідно.

Радон відкривали неодноразово, і на відміну від інших подібних історій кожне нове відкриття не спростовувало, а лише доповнювало попередні. Річ у тому, що ніхто з учених не мав справи з елементом радоном -- елементом в звичайному для нас розумінні цього слова. Одно з нинішніх визначень елементу -- «сукупність атомів із загальним числом протонів в ядрі», т. е. різниця, може бути лише в числі нейтронів. По суті елемент -- сукупність ізотопів. Але в перші роки нашого століття ще не були відкриті протон і нейтрон, не існувало самого поняття про ізотонію.

Вивчаючи іонізацію повітря радіоактивними речовинами, подружжя Кюрі помітило, що різні тіла, що знаходяться поблизу радіоактивного джерела, придбавають радіоактивні властивості, які зберігаються не який час після видалення радіоактивного препарату. Марія Кюри-Склодовская назвала це явище індукованою активністю. Інші дослідники і, передусім Резерфорд, намагалися в 1899/1900 рр. пояснити це явище тим, що радіоактивне тіло утворює деяке радіоактивне витікання, або еманацію(від латів. emanare - витікати і emanatio - витікання), що просочують навколишні тіла. Проте, як виявилося, це явище властиве не лише препаратам радію, але і препаратам торія і актинія, хоча період індукованої активності в останніх випадках менший, ніж у разі радію. Виявилося також, що еманація здатна викликати фосфоресценцію деяких речовин, наприклад осідання сірчистого цинку. Менделєєв описав цей досвід, продемонстрований йому подружжям Кюрі, весною 1902 р.

Незабаром Резерфорду і Содди вдалося довести, що еманація - ця газоподібна речовина, яка підкоряється закону Бойля і при охолодженні переходить в рідкий стан, а дослідження її хімічних властивостей показало, що еманація є інертним газом з атомною вагою 222(встановленим пізніше). Назва еманація(Emanation) запропоновано Резерфордом, що виявив, що її освіта з радію супроводжується виділенням гелію. Пізніше ця назва була змінена на "еманація радію(Radium Emanation - Rа Em) " з тим, щоб відрізняти її від еманацій торія і актинія, які надалі виявилися ізотопами еманації радію. У 1911 м. Рамзай, що визначив атомну вагу еманації радію, дав їй нову назву "Нітон(Niton) " від латів. nitens(блискучий, такий, що світиться); цією назвою він, очевидно, бажав підкреслити властивість газу викликати фосфоресценцію деяких речовин. Пізніше, проте, було прийнято точнішу назву радон (Radon) - похідне від слова "радій". Еманації торія і актинія(ізотопи радону) стали іменувати тороном (Thoron) і актиноном (Actinon).

Передусім, що за роки, що пройшли з дня відкриття радону, його основні константи майже не уточнювалися і не переглядалися. Це свідоцтво високої експериментальної майстерності тих, хто визначив їх уперше. Лише температуру кипіння(чи переходу в рідкий стан з газоподібного) уточнили. У сучасних довідниках вона вказана абсолютно безперечно -- мінус 62 С.

Ще потрібно додати, що пішло в минуле уявлення про абсолютну хімічну інертність радону, як, втім, і інших важких благородних газів. Ще до війни член-кореспондент Академії наук СРСР Б.А. Нікітін в ленінградському Радієвому інституті отримав і досліджував перші комплексні з'єднання радону -- з водою, фенолом і деякими іншими речовинами. Вже з формул цих з'єднань: Rn -- 6H2O, Rn -- 2CH3С6H5_, Rn -- 2С6Н5ОН -- видно, що це так звані з'єднання включення, що радон в них пов'язаний з молекулами води або органічної речовини лише силами Ван-дер-вальсу. Пізніше, в 60-х роках, були отримані і істинні з'єднання радону. За теоретичними уявленнями, що склалися до цього часу, про галогеніди благородних газів, достатню хімічну стійкість повинні мати з'єднання радону: RnF2_, RnF4_, RnCl4_, RnF6_.

Фториди радону були отримані відразу ж після перших фторидів ксенону, проте точно ідентифікувати їх не вдалося. Швидше за все, отримана малолетка речовина є сумішшю фторидів радону.

Радон, відкритий Дорном, це самий довгоживучий ізотоп елементу № 86. Утворюється при б-распаде радия-- 226. Масове число цього ізотопу -- 222, період напіврозпаду -- 3,82 доби. Існує в природі як одно з проміжних ланок в ланцюзі розпаду урана-- 238.

Еманація торія(торон), відкрита Резерфордом і Оуэнсом, член іншого природного радіоактивного сімейства -- сімейства торія. Це ізотоп з масовим числом 220 і періодом напіврозпаду 54,5 секунд.

Актинон, відкритий Дебьерном, теж член радіоактивного сімейства торія. Це третій природний ізотоп радону і з природних -- самий короткоживучий. Його період напіврозпаду менше чотирьох секунд(точніше 3,92 секунди), масове число -- 219.

Всього зараз відомі 19 ізотопів радону з масовими числами 204 і від 206 до 224. Штучним шляхом отримані 16 ізотопів. Нейтронодефіцитні ізотопи з масовими числами до 212 отримують в реакціях глибокого розщеплювання ядер урану і торія високоенергійними протонами. Ці ізотопи потрібні для отримання і дослідження штучного елементу астату. Ефективний метод розділення нейтронодефіцитних ізотопів радону розробили нещодавно в Об'єднаному інституті ядерних досліджень.

1.3 Фізичні властивості радону

Благородні гази - безбарвні одноатомні гази без кольору і запаху.

Інертні гази мають більш високу електропровідність в порівнянні з іншими газами і при проходженні через них струму яскраво світяться: гелій яскраво-жовтим світлом, тому що в його порівняно простому спектрі подвійна жовта лінія переважає над усіма іншими; неон вогняно червоним світлом, оскільки найяскравіші його лінії лежать в червоній частині спектру.

Насичений характер атомних молекул інертних газів позначається і в тому, що інертні гази мають нижчі точки зріджування і замерзання, чим інші гази з тією ж молекулярною вагою.

Радон світиться в темряві, без нагрівання випускає тепло, з часом утворює нові елементи: один з них - газоподібний, інший - тверда речовина. Він в 110 разів важче за водень, в 55 разів важче за гелій, в 7 з гаком раз важче за повітря. Один літр цього газу важить майже 10 г(точніше 9,9 г).

Радон - безбарвний газ, хімічно абсолютно інертний. Радон краще за інші інертні гази розчиняється у воді(у 100 об'ємах води розчиняється до 50 об'ємів радону). При охолодженні до мінус 62 З радон згущується в рідину, яка в 7 разів важче за воду(питома вага рідкого радону майже дорівнює питомій вазі цинку). При мінус 71 З радон "замерзає". Кількість радону, що виділяється солями радію, дуже мало, і щоб отримати 1 л радону, треба мати більше 500 кг радію, тоді як на усій земній кулі в 1950 р. його було отримано не більше 700 р.

Радон - радіоактивний елемент. Випускаючи б-лучи, він перетворюється на гелій і твердий, теж радіоактивний елементу який є одним з проміжних продуктів в ланцюзі радіоактивних перетворень радію.

Природно було чекати, що так хімічно інертні речовини, як інертні гази, не повинні впливати і на живі організми. Але це не так. Вдихання вищих інертних газів(звичайно в суміші з киснем) приводить людину в стан, схожий із сп'янінням алкоголем. Наркотична дія інертних газів обумовлюється розчиненням в нервових тканинах. Чим вище атомна вага інертного газу, тим більше його розчинність і тим сильніше його наркотична дія.

1.4 Хімічні властивості радону

До часу відкриття радону, типового представника благородних газів, існувала думка, що елементи цієї групи хімічно інертні і не здатні утворювати істинні хімічні сполуки. Відомі були лише клатрати, утворення яких відбувається за рахунок сил Ван-дер-Ваальса. До їх числа відносяться гідрати ксенону, криптону і аргону, які виходять стискуванням відповідного газу над водою до тиску, що перевищує пружність дисоціації гідрата при цій температурі. Для отримання аналогічних клатратів радону і виявлення його по зміні пружності пари знадобилася б практично недоступна кількість цього елементу. Новий метод отримання клатратных з'єднань благородних газів був запропонований Б.А. Нікітіним і полягав в ізоморфному соосаждении молекулярного з'єднання радону з кристалами специфічного носія. Вивчаючи поведінку радону при процесах соосаждения його з гідратами сірчистого газу і сірководня, Нікітін показав, що існує гідрат радону, який ізоморфно соосаждается з SO2Ч6H2O і H2SЧ6H2O. Маса радону в цих дослідах складала 10-11 р. Аналогічно отримані клатратные з'єднання радону з рядом органічних сполук, наприклад з толуолом і фенолом.

Дослідження хімії радону можливі лише з субмикроколичествами цього елементу при використанні як специфічні носії з'єднань ксенону. Слідує, проте, враховувати, що між ксеноном і радоном знаходиться 32 елементи(разом з 5d -, 6s - і 6р-происходит заповнення 4f-орбит), що визначає велику металево радону в порівнянні з ксеноном.

Перше істинне з'єднання радону -дифторид радону -- було отримано в 1962 р. незабаром після синтезу перших фторидів ксенону. RnF2 утворюється як при безпосередній взаємодії газоподібного радону і фтору при 400 З, так і при окисленні його дифторидом криптону, ди-- і тетрафторидами ксенону і деякими іншими окисниками. Дифторид радону стійкий до 200 З і відновлюється до елементарного радону воднем при 500 З і тиску H2, рівному 20 МПа. Ідентифікація дифториду радону здійснена шляхом вивчення його сокристаллизации з фторидами і іншими похідними ксенону.

Ні з одним окисників не отримано з'єднання радону, де його міра окислення була б вища +2. Причиною цього є велика стійкість проміжного продукту фторування(RnF+X-) в порівнянні з аналогічною формою ксенону. Це обумовлено більшому ионностью зв'язку у разі радонсодержащей частки. Як показали подальші дослідження, здолати кінетичний бар'єр реакцій утворення вищих фторидів радону можна або введенням в реакційну систему дифториду нікелю, що має найвищу каталітичну активність в процесах фторування ксенону, або здійсненням реакції фторування у присутності броміду натрію. У останньому випадку більша, ніж у дифториду радону, фтордонорная здатність фториду натрію дозволяє конвертувати RnF+ в RnF2 в результаті реакції: RnF+SbF6 + NaF = RnF2 + Na+SbF6. RnF2 фторується з утворенням вищих фторидів, при гідролізі яких утворюються вищі оксиди радону. Підтвердженням утворення з'єднань радону у вищих валентних станах є ефективна сокристаллизация ксенатов і радонатов барії.

Довгий час не знаходили умов, при яких благородні гази могли б вступати в хімічну взаємодію. Вони не утворювали істинних хімічних сполук. Іншими словами їх валентність дорівнювала нулю. На цій підставі було вирішено нову групу хімічних елементів вважати нульовою. Мала хімічна активність благородних газів пояснюється жорсткою восьмиелектронною конфігурацією зовнішнього електронного шару. Поляризуемость атомів росте зі збільшенням числа електронних шарів. Отже, вона повинна збільшуватися при переході від гелію до радону. У цьому ж напрямі повинна збільшуватися і реакційна здатність благородних газів.

Так, вже в 1924 році висловлювалася ідея, що деякі з'єднання важких інертних газів(зокрема, фториди і хлориди ксенону) термодинамічно цілком стабільні і можуть існувати за звичайних умов. Через дев'ять років цю ідею підтримали і розвинули відомі теоретики -- Полинг і Оддо. Вивчення електронної структури оболонок криптону і ксенону з позицій квантової механіки привело до укладення, що ці гази в змозі утворювати стійкі з'єднання з фтором. Знайшлися і експериментатори, що вирішили перевірити гіпотезу, але йшов час, ставилися досліди, а фторид ксенону не виходив. В результаті майже усі роботи в цій області були припинені, і думка про абсолютну інертність благородних газів затвердилася остаточно.

Історично першим і найбільш поширеним є радіометричний метод визначення радону по радіоактивності продуктів його розпаду і порівнянню її з активністю еталону.

Ізотоп 222Rn може бути визначений і безпосередньо по інтенсивності власного б-излучения. Зручним методом визначення радону у воді є екстракція його толуолом з подальшим виміром активності толуольного розчину за допомогою рідинного сцинтиляційного лічильника.

При концентраціях радону в повітрі значно нижче гранично допустимих визначення його доцільно проводити після попередньої концентрації шляхом хімічного зв'язування відповідними окисниками, наприклад BrF2SbF6, O2SbF6 та ін.

1.5 Отримання

Для отримання радону через водний розчин будь-якої солі радію продувають повітря, яке відносить з собою радон, що утворюється при радіоактивному розпаді радію. Далі повітря ретельно фільтрують для відділення мікрокрапель розчину, що містить сіль радію, які можуть бути захоплені струмом повітря. Для отримання власне радону з суміші газів видаляють хімічно активні речовини(кисень, водень, водяні пари і т. Д.), залишок конденсують рідким азотом, потім з конденсату відганяють азот і інші інертні гази(аргон, неон і т.д).

Як вказувалося раніше, джерелом отримання природного ізотопу 222Rn являється 226Ra. У рівновазі з 1 г радію знаходиться 0,6 мкл радону. Спроби виділення радону з неорганічних солей радію показали, що навіть при температурі, близькій до температури плавлення, радон з них повністю не витягається. Високу емануючу здатність мають солі органічних кислот(пальмітиновою, стеариновою, капроновою), а також гідроксиди важких металів. Для приготування високоемануючого джерела з'єднання радію, як правило, соосаждается з барієвими солями вказаних органічних кислот або гідроксидами заліза і торія. Ефективним є також виділення радону з водних розчинів солей радію. Зазвичай розчини радію залишають на деякий час в ампулі для накопичення радону; через певні проміжки часу радон відкачують. Виділення радону після очищення, як правило, здійснюється фізичними методами, наприклад, адсорбцією активованим вугіллям з подальшою десорбцією при 350 С.