Біогеохімічний цикл Радону (Rn)

Уже на початку 1900-х років  англійські вчені встановили що деякі  будівельні матеріали утримуючи  радіоактивні елементи. Вони констатували, чт <іонізуюче випромінювання в приміщенні вище, ніж на вулиці. I Швеції випромінювання в будинках було виміряно в 1920-х роках. I на початку століття також великий інтерес викликали вимірювання активності радону в воді. Цей інтерес був визва переконанням, що вміст радіоактивного матеріалу воді додає їй особливі цілющі властивості.

 

3.

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ радону  

Благородні гази - безбарвні  одноатомні гази без кольору і  запаху.

Інертні гази мають більш  високу електропровідність у 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 вогненно червоним світлом, так як найяскравіші його лінії лежать в червоній частині  спектра.

Насичений характер атомних  молекул інертних газів позначається на тому, що інертні гази мають більш  низькі точки скраплення і замерзання, ніж інші гази з тим же 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 водню, в 55 разів важче гелію, в 7 з гаком разів важчий за повітря. Один літр цього газу важить майже 10 г (точніше 9,9 г).

Радон - безбарвний газ, хімічно  абсолютно інертний. Радон краще  інших інертних газів розчиняється у воді (в 100 об'ємах води розчиняється до 50 об'ємів радону). При охолодженні  до мінус 62 ° С радон згущується в рідину, яка в 7 разів важча  за воду (питома вага рідкого радону майже дорівнює питомій вазі цинку). При мінус 71 ° С радон "замерзає". Кількість радону, що виділяється  солями радію, дуже мало, і щоб отримати 1 л радону, потрібно мати більше 500 кг радію, в той час як на всій земній кулі в 1950 р. його було отримано не більше 700 м.

Радон - радіоактивний елемент. Випускаючи α-промені, він перетворюється на гелій і твердий, теж радіоактивний  елемент який є одним з проміжних  продуктів у ланцюгу радіоактивних  перетворень радію.

Природно було очікувати, що настільки 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 зі сп'янінням алкоголем. Наркотичне дію інертних газів обумовлюється  розчиненням в нервових тканинах. Чим вище атомний вагу інертного  газу, тим більше його розчинність  і тим сильніше його наркотичну дію.

 

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ радону  

На час відкриття радону, типового представника благородних  газів, існувала думка, що елементи цієї групи хімічно інертні і не здатні утворювати справжні 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 стисненням відповідного газу над водою до тиску, що перевищує пружність дисоціації гідрату при даній температурі. Для отримання аналогічних клатратів радону і виявлення його по зміні пружності пари знадобилося б практично недоступне кількість цього елемента. Новий метод отримання клатратних з'єднань благородних газів був запропонований Б.А. Нікітіним і складався в ізоморфних співосадження молекулярного з'єднання радону з кристалами специфічного носія. Вивчаючи поведінку радону при процесах співосадження його з гідратами сірчистого газу і сірководню, Нікітін показав, що існує гідрат радону, який ізоморфно соосаждается з SO2Ч6H2O і H2SЧ6H2O. Маса радону в цих дослідах становила 10-11 р. Аналогічно отримані клатратного з'єднання радону з низкою органічних сполук, наприклад з толуолом і фенолом.

Дослідження хімії радону можливі лише з субмікроколічествамі цього елементу при використанні в якості специфічних носіїв сполук ксенону. Слід, однак, враховувати, що між ксеноном і радоном знаходиться 32 елементи (поряд з 5d-, 6s-і 6р-відбувається заповнення 4f-орбіт), що визначає велику Металічність радону в порівнянні з ксеноном.

Перше справжнє з'єднання  радону-діфторід радону - було отримано в 1962 р. незабаром після синтезу перших фторидів ксенону. RnF2 утворюється як при безпосередній взаємодії газоподібних радону і фтору при 400 ° С, так і при окисленні його діфторідом криптону, ді-і тетрафторид ксенону і деякими іншими окислювачами. Діфторід радону стійкий до 200 ° С і відновлюється до елементарного радону воднем при 500 ° С і тиску H2, рівному 20 МПа. Ідентифікація діфторіда радону здійснена шляхом вивчення його сокрісталлізаціі з фторидами та іншими похідними ксенону.

Ні з одним окислювачів не отримано з'єднання радону, де його ступінь окислення була б вище +2. Причиною цього є велика стійкість проміжного продукту фторування (RnF + X-) в порівнянні з аналогічною формою ксенону. Це обумовлено більшою іонності зв'язку в разі радонсодержащей частинки. Як показали подальші дослідження, подолати кінетичний бар'єр реакцій утворення вищих фторидів радону можна або введенням в реакційну систему діфторіда нікелю, що володіє найвищою каталітичної активністю в процесах фторування ксенону, або здійсненням реакції фторування в присутності броміду натрію. В останньому випадку більша, ніж у діфторіда 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 сполук радону у вищих валентних станах є ефективна сокрісталлізація ксенатов і радонатов барію.

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 восьміелектронной конфігурацією зовнішнього електронного шару. Поляризованість атомів зростає із збільшенням числа електронних шарів. Отже, вона повинна збільшуватися при переході від гелію до радону. У цьому ж напрямі повинна збільшуватися і реакційна здатність шляхетних газів.

Так, вже в 1924 році висловлювалася ідея, що деякі сполуки важких інертних газів (зокрема, фториди і хлориди ксенону) термодинамічно цілком стабільні й можуть існувати при звичайних умовах. Через дев'ять років цю ідею підтримали і розвинули відомі теоретики - Полінг і Оддо. Вивчення електронної структури оболонок криптону і ксенону з позицій квантової механіки призвело до висновку, що ці гази в змозі утворювати стійкі з'єднання з фтором. Знайшлися і експериментатори, які вирішили перевірити гіпотезу, але минав час, ставилися досліди, а фторид ксенону не виходив. У результаті майже всі роботи в цій області були припинені, і думка про абсолютну інертності благородних газів утвердилося остаточно.

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

Ізотоп 222Rn може бути визначений і безпосередньо по інтенсивності  власного α-випромінювання. Зручним  методом визначення радону в воді є екстракція його толуолом з наступним  вимірюванням активності толуольного розчину за допомогою рідинного сцинтиляційного лічильника.

При концентраціях радону в повітрі значно нижче гранично допустимих визначення його доцільно проводити після попереднього концентрування шляхом хімічного зв'язування підходящими  окислювачами, наприклад BrF2SbF6, O2SbF6 та ін.

4.

Люди постійно піддаються впливу іонізуючого випромінювання. За оцінкою SSI, жителі Швеції в середньому отримують дозу опромінення рівну 3 мЗв (мілізіверт) в рік1 (SSI, 2006). Більша частина випромінювання надходить з природних джерел. При вживанні води і пиши, що містять природні радіоактивні елементи, наприклад, уран, радій і дочірні продукти розпаду радону (таблиці 2.1 і 2.2), які при розпаді піддають організм впливу альфа-, бета-і гамма-випромінювання.

При вдиханні повітря, що містить  продукти розпаду радону - радон Rn і торону 222 Rn - легкі піддаються альфа-випромінювання. Грунт і будівельні матеріали виділяють газ радон і піддають людей впливу гамма-випромінювання. Існують великі відмінності в дозі опромінення в залежності від місця проживання. Вважається, що населення Швеції отримує майже в два рази більшу дозу опромінення, ніж населення світу.

   

6.

ДЖЕРЕЛА ЕЛЕМЕНТА  

 

Радон у незначних кількостях знаходиться в розчиненому стані  в водах мінеральних джерел, озер і лікувальні грязі. Він знаходиться  в повітрі, що наповнює печери, гроти, глибокі вузькі долини. В атмосферному повітрі кількість радону вимірюється  величинами порядку 5.10 -18% - 5.10 -21% за об'ємом.

Входить до складу радіоактивних  рядів 238U, 235U і 232Th. Ядра радону постійно виникають в природі при радіоактивному розпаді материнських ядер. Рівноважний  вміст в земній корі 7.10 -16% по масі. Зважаючи хімічної інертності радон  відносно легко покидає кристалічну  решітку «батьківського» мінералу і потрапляє в підземні води, природні гази і повітря. Оскільки найбільш долгоживущим з чотирьох природних ізотопів радону є 222Rn, саме його зміст в цих середовищах максимально.

Концентрація радону в  повітрі залежить в першу чергу  від геологічної обстановки (так, граніти, в яких багато урану, є активними  джерелами радону, в той же час  над поверхнею морів радону мало), а також від погоди (під час  дощу мікротріщини, по яких радон надходить з грунту, заповнюються водою; сніговий покрив також перешкоджає доступу радону в повітря).

7.

Проблема в міжнародній  перспективі;

Проблеми радону є майже  у всіх країнах світу. Не виникає  проблем, пов'язаних з радоном, тільки в країнах, де гірські породи і  шари грунту містять дуже низьку активність урану, наприклад, в областях, де гірські породи складаються з основних вулканічних порід і вапняку. Проблеми радону серйозніше в тих країнах, де в холодну пору року будівлі необхідно обігрівати. Тому країни Північної Європи особливо піддані впливу радону.

 

Тільки в 1960-х роках  було встановлено зв'язок між впливом  радону в шахтах і захворюваністю на рак легенів серед шахтарів. У ряді країн у 1960-х і 1970-х роках  були введені граничні значення активності радону в шахтах (наприклад, Федеральна Рада з питань випромінювання, 1967). У  Швеції «Вказівки щодо проблеми радону»  були випущені в 1972 році з метою захисту  шахтарів (Kungl. Arbetarskyddsstyrelsen, 1972). Згідно шведським вказівкам середня активності дочірніх продуктів розпаду радону протягом робочого дня не повинна перевищувати 1100 Бк/м3.

 

Міжнародна комісія з  радіологічного захисту (International Commission on Radiological Protection, ICRP) в 1976 році рекомендувала, щоб середня активність дочірніх продуктів розпаду радону протягом робочого дня не перевищувала 1110 Бк/м3 (ICRP 24,1976). У 1983 році МКРЗ знову розглянула ризики, пов'язані з радоном, і рекомендувала державам-членам провести дослідження активності радону на робочих місцях і в закритих приміщеннях, а в 1990 році закликала встановити гранично допустиму активність в житлових приміщеннях (ICRP 39, 1983 і 1CRP 60, 1990). Публікація 65 МКРЗ «Захист від радону-222 будинку і на роботі» ("Protection against Radon-222 at Home and at Work") повністю присвячена проблемі радону. В цій публікації МКРЗ рекомендує державам-членам запровадити межа для активності газу радону в житлових будинках і що ця межа повинні бути в діапазоні 200-600 Бк/м3 (ICRP 65,1993).

 

У 1990 році Європейська Комісія  видала рекомендації поб актив ності радону в житлових приміщеннях і закликала вжити заходів, якщо активність радону перевищує 400 Бк/м3. а також було вказано, що активність радону в нових будинках не повинна перевищувати 200 Бк/м3 (ЄС, 1990). У директиві «ЕК 96/29/Euratom від 13 травня 1996 року про основних нормах безпеки для захисту працівників та громадськості від небезпек, що виникають від впливу іонізуючого випромінювання» наказується в статтях 40 і 41, що на робочих місцях, де працівники або окремі особи піддаються випромінюванню в настільки більшою мірою, що цього не можна не враховувати з точки зору радіаційної зашиті, повинні проводиться вимірювання активність газу радону або торону ПГН необхідності вживати заходів щодо зниження впливу.

Межі для активності газу радону і торону не вказані, але згодом питання про вплив радіонуклідів став предметом багатьох досліджень, які привели до рекомендацій ЄК. Так, у 1997 році група експертів ЄК видала рекомендації по природному випромінюванню, в тому числі радону, на робочому місці (EG, 1997 А). Група експертів рекомендувала, що гранично допустима активність (Рівень дій), повинна бути встановлена ​​в діапазоні 500-1 000 Бк/м3. грунтуючись на тривалості впливу 2 000 годин на рік. Для робочих місць з довгостроковим перебуванням, наприклад, школи і будинки для інвалідів, слід розглянути можливість прийняття більш низької межі. Роботодавці повинні проводити вимірювання і вести контроль ситуації.

 

ЄК також дала вказівку групі експертів з радіаційного захисту розробити керівні принципи для рівня активного вмісту (activity content) природних радіоактивних елементів в будівельних матеріалах (EG, 1997 В і EG, 2000). Керівні принципи призначені для включення в директиву ЄК про будівельні матеріали і повинні стати основою для майбутніх приписів про радіоактивності будівельних матеріалів. Намір полягає в обмеженні використання будівельних матеріалів з невиправдано високими показниками гамма-випромінювання і виходу радону в майбутньому. Згідно керівним принципам, використання будівельних матеріалів, які можуть призвести до дозі опромінення перевищує 1 мЗв / рік, повинно контролюватися. Будівельні матеріали, використання яких не призводить до дозі опромінення перевищує 0,3 мЗв / рік, можуть використовуватися вільно і звільняються від вимог до контролю, і т.п. Ці рівні вимог прив'язані до наступного показнику (I) для будівельних матеріалів:

 

I = CTh/200 + CRa/300 + Ск/3000

 

де Cyj-j, Cj ^ a і Cj ^ це активна активність (Бк / кг): 3 ~ Th,-26Ra і ■ • 0К в будівельних матеріалах, які складуть основну частину матеріалу в будівлі.