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氡   86Rn
氢(非金属) 氦(稀有气体)
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外观
无色气体

氡的光谱线
概况
名称·符号·序数氡(Radon)·Rn·86
元素类别稀有气体
·周期·18 ·6·p
标准原子质量(222)
电子排布[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p6
2, 8, 18, 32, 18, 8
氡的电子层(2, 8, 18, 32, 18, 8)
历史
发现弗里德里希·恩斯特·道恩(1898年)
分离威廉·拉姆齐罗伯特·怀特洛-格雷英语Robert Whytlaw-Gray(1910年)
物理性质
物态气体
密度(0 °C, 101.325 kPa
9.73 g/L
沸点时液体密度4.4 g·cm−3
熔点202 K,−71 °C,−96 °F
沸点211.5 K,−61.7 °C,−79.1 °F
临界点377 K,6.28 MPa
熔化热3.247 kJ·mol−1
汽化热18.10 kJ·mol−1
比热容5R/2 = 20.786 J·mol−1·K−1
蒸气压
压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 110 121 134 152 176 211
原子性质
氧化态6, 2, 0
电负性2.2(鲍林标度)
电离能第一:1037 kJ·mol−1
共价半径150 pm
范德华半径220 pm
杂项
晶体结构面心立方
磁序无磁性
热导率3.61×10−3 W·m−1·K−1
CAS号10043-92-2
最稳定同位素
主条目:氡的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
210Rn 人造 2.4 小时 α 6.404 206Po
211Rn 人造 14.6小时 ε 2.892 211At
α 5.965 207Po
222Rn 痕量 3.8235天 α 5.590 218Po
224Rn 人造 1.8 小时 β 0.8 224Fr

拼音dōnɡ注音ㄉㄨㄥ粤拼dung1;英语:radon),是一种化学元素,其化学符号Rn原子序数为86。氡属于稀有气体,无色、无臭、无味,具放射性,是自然衰变后的间接产物,最稳定同位素222Rn,半衰期为3.8天。在常规条件下,氡是密度最高的气体物质之一。它同时也是唯一一种常规条件下只含放射性同位素的气体,其辐射可以对健康造成损害。由于其放射性很强,所以针对氡的化学研究较为困难,已知化合物也很少。

在地球形成时已经存在。在它们缓慢衰变为的过程中,氡会作为衰变链的一部分自然产生。钍和铀的自然同位素半衰期都长达数十亿年,因此这两种元素连同、氡等衰变产物,在今后几千万年后的丰度仍将和今天的程度相近。当氡气衰变时,其衰变产物不再是气体,而是固体物质,并且会粘附在各种表面上,例如空气尘粒。如果这种尘粒进入呼吸管道,会附在肺部气道中,增加患上肺癌的机会。

与所有母同位素不同的是,氡是一种气体,可轻易吸入体内。自然氡气也因此是公众所受到的电离辐射的主要来源,也是一般背景辐射的单一最大源头。氡气浓度在不同地点的浓度可以有巨大的差异。虽然寿命较短,但自然氡气能在建筑物中积累到远高于正常的程度,特别是下沉至地下室和地势较低的窄小空间中。一些泉水温泉也会释放氡气。

氡是一种重要的室内空气污染物。根据美国国家环境保护局,氡是继吸烟后的最大肺癌成因,每年在美国导致21,000人死亡,其中约2,900人从未吸过烟。根据估计,在非吸烟者群体中,氡是首位肺癌成因。

性质

氡的发射光谱,1908年欧内斯特·卢瑟福摄。光谱旁的数字为波长。中间为氡的光谱,外面两个则是的光谱以作校准。

物理性质

氡气无色、无臭、无味,单靠人类感官无法探测。在标准温度和压力下,氡是一种单原子气体,密度为9.73 kg/m3,约为海平面地球大气密度(1.217 kg/m3)的8倍。氡是密度最高的稀有气体,也是室温下密度最高的气体之一。虽然在标准温度和压力下无色,但它在冷却至冰点202 K以下后会因放射性发光,随温度降低而从黄色渐变为橘红色。在凝结之后,氡同样会因放射性发光。氡略溶于水,其可溶性相对比它轻的稀有气体高。氡在有机化合物液体中的可溶性比在水中高得多。

化学性质

氡属于一类价电子层已满的元素,这些元素统称为稀有气体。由于其拥有8个外层价电子,所以它对于燃烧反应等多数常见化学反应都呈惰性。这种电子排布会形成稳定的低能排布,此时外层电子紧紧束缚在原子中。其第一电离能(即移除一颗电子所需的最低能量)为1037 kJ/mol。但根据元素周期表的趋势,氡的电负性比之上的元素要低,所以化学活性会比氙高。早期研究发现,水合氡的稳定程度应该与Cl
2
)和二氧化硫SO
2
)的水合物相当,且明显比硫化氢H
2
S
)的水合物高。

由于价格高、放射性强,所以科学家不常进行氡的化学研究。已知的氡化合物很少,都属于氟化物氧化物。氡可以被等强氧化剂氧化,形成挥发性低的二氟化氡。在250 °C以上温度,二氟化氡会分解成其组成元素的单质形态。由于氡寿命之短和放射性之强,研究未能确定该化合物的具体属性。理论性研究则预测,二氟化氡分子中的氡-氟键长为2.08 Å,且它的热力学稳定性比同系物二氟化氙(XeF
2
)更高,挥发性更低。另一种氟化物RnF
6
的分子结构为八面体型,其生成焓预计将比二氟化氡更低。有研究称RnF4和RnF6等较高氟化物是存在的,而且根据计算它们都是稳定化合物,但一些化学家则怀疑这项研究的结论。[RnF]+离子的形成反应式相信为:

Rn (g) + 2 [O
2
]+
[SbF
6
]
(s) → [RnF]+
[Sb
2
F
11
]
(s) + 2 O
2
(g)

其他可能存在的氡化合物还包括氧化氡,其中只有三氧化氡已经确认存在。根据预测,羰基氡(RnCO)是一种具有直线形分子构型的稳定化合物。根据计算,Rn
2
和RnXe分子的稳定性因自旋-轨道作用而大大提高。有科学家提出把氡包在富勒烯分子中,作为治疗肿瘤的一种药物。虽然氙可以形成Xe(VIII),但氡却没有发现能够形成Rn(VIII)化合物。就算存在,RnF8的化学稳定性也会非常低(XeF8为热力学不稳定化合物)。最稳定的Rn(VIII)化合物预计会是高氡酸钡(Ba2RnO6),类似于高氙酸钡

同位素

镭衰变系,亦称铀衰变系。

氡没有稳定同位素,已知放射性同位素共有36种,其原子量在193和228之间。最稳定的同位素是222Rn,它是226Ra的衰变产物,而226Ra则是238U的衰变产物。

除此之外半衰期超过一小时的同位素还有三种:211Rn、210Rn和224Rn。其中220Rn是钍的最稳定同位素232Th的自然衰变产物,通常称为“thoron”。它会释放α粒子,半衰期为55.6秒。219Rn则是的最稳定同位素227Ac的产物,可称“actinon”。它同样释放α粒子,半衰期为3.96秒。

衰变产物

222Rn是镭和铀-238的衰变系成员之一,其半衰期为3.8235天。它的主要衰变途径会产生四种寿命很短的产物,所以通过测量产物的瓦解,可以得知最初氡的分布情况。其衰变链如下表从上至下:

同位素 半衰期 衰变途径 或者
222Rn 3.8天 α衰变
218Po 3.10分钟 α衰变 β→218At→α
214Pb 26.8分钟 β衰变
214Bi 19.9分钟 β衰变 α→210Tl
214Po 0.1643毫秒 α衰变
210Pb 22.3年 β衰变
210Bi 5.013天 β衰变
210Po 138.376天 α衰变
206Pb 稳定

在一个持续充斥着氡的密闭空间内,短寿命子同位素的浓度会不断增加,直到每种子同位素的衰变率都和氡相同为止,也就是达致平衡。氡平衡因子指的是某一时刻这些短寿命子同位素的放射性(对生物影响的主要因素)占平衡时子同位素总放射性的比例。平衡时,此因子等于1,这意味着衰变产物在氡母同位素的附近存留了足够长的时间(一般为数小时),使两者的放射性达成了平衡。此时每增加1 pCi/L的氡,都会使暴露量提高0.01 WL(WL为采矿业常用的辐射单位,定义请见下)。平衡条件并不会经常满足,实际上在大多数家中,平衡因子一般在40%的水平。换言之,空气中每pCi/L的氡都会有0.004 WL的衰变产物。

氡的子同位素会因静电荷而吸附在尘粒上,而氡气本身则不会。尘埃粘附在墙壁和家具上,便会把子同位素从空气中移除,这一般会使空气的平衡因子低于1。空气的流通以及过滤系统都会降低因子,相反空气粉尘则会提高因子,这包括香烟所产生的烟雾。空气中高浓度的氡相关同位素会大大提高对人类健康的威胁。流行病学研究文献中所列出的氡平衡因子是0.4。

历史及命名

拉姆齐和怀特洛-格雷用于分离氡的器具。M是一根毛细管,它总共分离出约0.1 mm3的氡气。氡和氢(H
2
)的混合物经虹吸管A进入真空系统。水银以黑色表示。

德国物理学家弗里德里希·恩斯特·道恩Friedrich Ernst Dorn)在1900年发现了氡元素。当时氡是继铀、钍、镭和钋之后第五个被发现的放射性元素。道恩发现在一些试验中,镭化合物会散发一种放射性气体。他将其称为“镭射气”(Radium Emanation,简称Ra Em)。1899年,皮埃尔玛丽·居里曾观察到镭所发出的气体在一个月后仍保持其放射性。同年,蒙特利尔麦吉尔大学的罗伯特·B·欧文斯(Robert B. Owens)和欧内斯特·卢瑟福在测量来自氧化钍的辐射时,注意到了辐射量的波动变化。卢瑟福发现,钍的化合物会持续散发某种放射性气体,这种气体会在数小时内保持放射性。他将其称为“散发物”(Emanation),后来又称为“钍射气”(Thorium Emanation,简称Th Em)。1901年,他证明此散发物确实具有放射性,但把元素发现者的名誉留给了居里夫妇。1903年,安德烈-路易·德贝尔恩(André-Louis Debierne)在元素中观测到了类似的散发物,即“锕射气”(Actinium Emanation)。

人们为这三种气体提出了多套命名方案:1904年的exradio、exthorio和exactinio,1918年的radon、thoron和akton,1919年的radeon、thoreon和actineon以及1920年最终的radon、thoron和actinon。由于这些气体的光谱与相似,而且气体呈化学惰性,所以威廉·拉姆齐于1904年猜测,散发物可能含有属于稀有气体一族的新元素。

1910年,拉姆齐和罗伯特·怀特洛-格雷(Robert Whytlaw-Gray)分离出了氡气,并对其密度进行了测量,确定它是已知最重的气体。他们写道“镭射气这一词十分累赘”,并提出了新的命名“niton”(符号为Nt)。该名称来自拉丁文“nitens”,意为“发光的”,因为气体能够辐射发光。国际原子量委员会于1912年采用了这一命名。1923年,国际化学元素委员会和国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)决定从radon(Rn)、thoron(Tn)和actinon(An)三者中选择命名。之后,各元素的同位素不再拥有不同的名称,而是以数字标号,统一命名。因此最稳定同位素radon就成了元素的正式命名,而Tn和An则分别改称220Rn和219Rn。直到1960年代,文献一般都只是以“散发物”称之。1962年合成的氟化氡是首个被合成的氡化合物。

矿场中氡辐射量可以高达1,000,000 Bq/m3。1530年,帕拉塞尔苏斯曾描述矿工所患的一种疾病,格奥尔格·阿格里科拉因此建议为矿井添加通风系统,以避免这种“山病”(Bergsucht)。1879年,这种病症被判定为肺癌。对波希米亚亚希莫夫地区的铀采矿所作出的调查,是第一项有关氡对健康的影响的研究。在美国,冷战初期美国西南部铀矿工人经过数十年的健康问题之后,直到1971年才有安全标准得以实施。

早在1950年,就有关于室内空气中氡气含量的记录。1970年代开始,人们开始研究室内氡气的来源、影响浓度的因素、对身体的影响以及减轻氡含量的方法。室内氡气问题于1984年在美国获得了广泛的关注和深入的调查。当年,一位工程师在对宾夕法尼亚州一座核电站进行例行监察的时候,被发现受到放射性污染。最终找到的放射性源头,是其家中浓度过高的氡气。

存量

浓度单位

222Rn衰变后会产生210Pb。图为日本的210Pb沉积速率。波动是由氡气浓度变化所引起的。

氡在环境中的浓度所指的是222Rn同位素的浓度。虽然220Rn和222Rn的平均产生速率相近,但环境中的220Rn却比222Rn少得多,因为前者的半衰期只有55秒,而后者则有3.8天。

空气中的氡浓度一般以贝克勒尔每立方米(Bq/m3)的SI导出单位计算。在美国,另一种常见的单位是皮居里每升(pCi/L),转换关系为:1 pCi/L=37 Bq/m3。日常室内辐射暴露值平均约为48 Bq/m3,但实际波动巨大;室外暴露值为15 Bq/m3

氡的α潜能:氡的所有子体衰变到210Pb时所发出的α粒子能量总和。单位是J/m3或者MeV/L

矿业一般采用的单位称为“工作水平”(working level,简称WL),累积辐射量则以按月工作水平(working level month,简称WLM)计算。1 WL等于1升空气中任何短寿命222Rn子同位素组合(218Po、214Pb、214Bi及214Po)释放1.3×105 MeV的α潜能;1 WL也等于2.08×10−5焦耳每立方米空气(J/m3)。在一个工作月(即170小时)内接受1 WL辐射,就等于1 WLM的累计辐射量。这大约等于在氡浓度为230 Bq/m3的空气中生活一年。累积辐射量的SI单位为焦耳小时每立方米(J·h/m3),转换关系为1 WLM=3.6×10−3 J·h/m3

222Rn会衰变成210Pb以及其他放射性同位素。

自然环境中的氡含量很低,无法以化学方法测得。相对很高的1000 Bq/m3浓度只等同于每立方米含0.17皮克的氡。大气中氡原子占所有分子的比例平均为6×10−20,即每毫升150个原子。在整个地球大气层中的氡辐射量只来源于几十克的氡,而这些衰变中的氡不断被镭和铀新产生的氡所取代。

自然产生

在离铀矿不同距离处的氡浓度双对数图。粗实线为联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)的标准模型数值,细实线为萨斯喀彻温北部矿场的浓度估值。

氡是从镭-226的放射性衰变所产生的。镭-226出现在铀矿、磷盐岩、页岩以及花岗岩片麻岩片岩火成岩变质岩中。石灰石等较常见岩石中则含有较少量的氡。每平方英里、深6英尺(2.6平方公里、深15厘米)的地表土壤内含有约1克的镭,这些镭向大气释放少量的氡。全球土壤每年估计释放24亿居里(90 TBq)的氡。

不同地方的氡浓度可以有巨大的差异。户外空气中浓度介乎1至100 Bq/m3,在海面则更低(0.1 Bq/m3)。在洞穴、通风的矿井以及不通风的房屋内,浓度可高达20至2,000 Bq/m3。美国铀矿作业守则规定氡浓度须在一个“工作水平”以下。中国铀矿冶EJ/T378-89规定工作场所氡浓度≤3700Bq/m3,即相当于美国的1WL。1976年至1985年所测量数据显示,第95百分位水平可以高达近3个工作水平(每升空气含546 pCi氡-222,即20.2 kBq/m3)。奥地利巴特加斯泰因未通风的矿井中氡浓度平均值为43 kBq/m3(1.2 nCi/L),最高值为160 kBq/m3(4.3 nCi/L)。

氡主要通过镭和铀衰变系产生(222Rn),微量经钍衰变系产生(220Rn)。土地和建筑材料只要含有微量的铀或钍,就会自然散发出氡气,特别是在铀浓度较高的花岗岩和页岩地区。然而,并不是所有的花岗岩地区都会发出高浓度的氡气。氡是一种稀有气体,可以经土地的空隙和裂缝中转移至地表,并会积聚在洞穴和水源中。由于半衰期非常短(222Rn只有4天),所以随着离源头距离的增大,氡的浓度会迅速下降。季节和气候对氡的浓度有很大的影响,例如在逆温和无风状态下空气会有较高浓度的氡。

某一些泉水和温泉可释放高浓度的氡。美国蒙大拿州博尔德镇、日本鸟取县三朝町、德国巴特克罗伊茨纳赫等地都拥有释放氡气的高镭含量泉水。泉水的氡浓度要超过2 nCi/L(74 kBq/m3)才会被归类为氡矿物水源。意大利梅拉诺的泉水含2,000 kBq/m3的氡,而路利西亚(Lurisia)的泉水氡浓度甚至高达4,000 kBq/m3

地球大气层中的氡浓度非常低,所以表面水中的氡会迅速挥发到空气当中。岩石中的226Ra会不断衰变产生222Rn,因此地下水具有较高的氡浓度。同样,在土地下的饱和带的氡含量比不饱和带高。

一些石油也含有氡。由于氡的压力温度曲线和丙烷相似,所以炼油厂在根据不同沸点分离石油成分后,输出的丙烷部分可能会具有放射性。

不少石油及天然气工业所产生的残留物都含有镭及其衰变产物。油井中的硫酸盐垢有时会含有镭,而水、石油和天然气则有时含有氡。氡的衰变产物会在管道内壁形成一层固体放射性物质。

1971年,阿波罗15号在经过月球阿里斯塔克斯陨石坑上空110公里处时,探测到α粒子数急剧上升。当时科学家推断α粒子来自222Rn。之后从月球勘探者α粒子光谱仪所取得的数据可以推论,α粒子数的上升的确是222Rn所引起的。

室内累积

美国北达科他州住宅典型的氡气对数正态分布

住房内可含有高浓度氡气是在1985年意外发现的。美国工程师斯丹利·瓦特拉斯(Stanley Watras)在进入一座核电站前接受严格的辐射测试时,被发现曾受放射性物质污染。其后人们发现,污染的源头是其家中浓度过高的氡气。

在同一地带内的室内氡浓度的一般假设符合对数正态分布。所以在估算氡浓度“平均值”时,通常使用几何平均值

大部分建筑内都有少量的氡,一般的家居氡辐射量约为100 Bq/m3(1.3 pCi/L)。在一些欧洲国家,平均浓度范围可低至10 Bq/m3以下,高至100 Bq/m3以上。氡典型的几何标准差介乎2至3之间,也就是根据68-95-99.7规则英语68–95–99.7 rule,氡的浓度有2%到3%的机会比几何平均值高出100倍。在一个小时内,氡在同一个地点的浓度波动幅度可达到两倍。浓度在同一座房屋的不同房间也会有巨大的差异。

室内氡暴露主要来自地底岩石和建筑材料,如花岗岩。大部分的氡经过房屋最底层与地表接触的地方进入室内,这些进入点包括地基裂缝、建筑接口、墙壁空隙和孔洞、管道周围的空间以及供水管等。若建筑的地基或一楼地板裂缝或漏气,土壤中的氡便可能逸散至室内。密闭、通风不足也可能加重氡的浓度。

爱尔兰科克郡马楼镇英语Mallow, County Cork(Mallow)曾录得最高浓度值之一,引发当地居民有关肺癌的忧虑。美国氡浓度最高的地区位于爱荷华州宾夕法尼亚州东南部的阿巴拉契亚山脉。爱荷华州之所以有偏高的平均氡浓度,是因为大型冰川作用将加拿大地盾的花岗岩磨碎后,岩石沉积并组成了爱荷华地区的泥土。州内的许多城市,如爱荷华城,都有规定新造房屋必须有预防氡气的设施。一些地区利用铀矿渣作堆填,因此后来建造于其上的房屋可能会有较高的氡辐射量。

工业生产

氡是铀矿加工过程中用1%氢氯酸氢溴酸浸洗之后的副产品之一。溶液中提取出的气体混合物包含H
2
O
2
、He、Rn、CO
2
H
2
O
和各种。在720 °C下使气体接触,可移除H
2
O
2
KOHP
2
O
5
则可以以吸附作用移除酸和水汽。最后可用液氮冷凝氡气,再用升华过程把氡气从其他残余物中分离出来。

氡的商业买卖是受到管制的,但在校准222Rn测量仪器的情况下可以购买少量含有氡的镭溶液。每毫升镭溶液价格近6千美元,而且每一时刻只含有约15皮克的氡。溶液所含的镭-226经α衰变,半衰期为1600年。氡是其中一种衰变产物,其累积速率约为1 mm3每天每1克镭。衰变迅速达致平衡,溶液会不断产生新的氡,其放射性将与镭相同(50 Bq)。气态222Rn(半衰期约为4天)会扩散并逃逸出容器。

浓度表

Bq/m3 pCi/L 出现环境
1 ~0.027 海洋表面或南极洲空气的氡浓度可以低于0.1 Bq/m3
10 0.27 室外地表空气平均浓度为4至15 Bq/m3
100 2.7 室内辐射量。不少国家都以200至400 Bq/m3作为室内空气辐射量的参照指标。如果测试得出少于150 Bq/m3的浓度,则情况安全。在一年时间以内累积230 Bq/m3的氡辐射量相等于1 WLM(按月工作水平)。铀矿的合格浓度为1,220 Bq/m3(33 pCi/L)以下。
1,000 27 一些在高铀含量或渗透性强的土壤上建造的房屋曾录得很高的氡浓度(高于1000 Bq/m3)。如果浓度高于800 Bq/m3,就有必要对房屋进行降低氡浓度的措施。
10,000 270 巴特加斯泰因未通风矿井的空气平均氡浓度为43 kBq/m3,曾录得最高值为160 kBq/m3
100,000 ~2700

斯丹利·瓦特拉斯(Stanley Watras)的地下室氡浓度约为100,000 Bq/m3

1,000,000 27000 不通风的铀矿可以有高达1,000,000 Bq/m3的氡浓度。
5.54 × 1019 ~1.5 × 1018 理论上限:100%浓度的氡气(222Rn,1大气压力,0 °C),相等于1.538×105 Ci/g、5.54×1019 Bq/m3

累积剂量

UNSCEAR 1993年报告中采用的氡-222的剂量转换因子为9nSv/(Bq/m3);平衡因子(氡与其短寿命子体平衡态的度量)室内取0.4,室外取0.6;居留因子室内取0.8,室外取0.2。导出氡-222的年有效剂量:

  • 室内:40Bq/m3 × 0.4 × 7000h × 9nSv/(Bq/m3) = 1.0mSv
  • 室外:10Bq/m3 × 0.6 × 1760h × 9nSv/(Bq/m3) = 0.095mSv

应用

医学

20世纪初,庸医曾利用氡来治疗各种疾病。病人在密封的小房间内接触氡,以获取“治疗功效”。很快人们便发现,氡的电离辐射能够致癌。虽然氡的放射性可以杀死癌细胞,但它对健康细胞同样有损害。电离辐射会导致自由基的形成,进而在细胞及基因上造成更大的伤害,甚至会引发癌症。

曾有人提出用氡的辐射激效来治疗关节炎自体免疫性疾病。20世纪末至21世纪初,美国蒙大拿州杰佛逊县的一些“健康矿井”吸引了不少渴望消除关节炎等疾病的人来饮用放射性井水和暴露在氡气之中。然而因为高剂量辐射会对身体产生负面影响,所以这一疗法并不受到医生的鼓励。

捷克亚希莫夫自1906年起便有使用放射性水浴,而奥地利巴特加斯泰因则在氡被发现之前就已有放射性水浴的使用。日本鸟取县三朝町也有富含镭的温泉。德国巴德布兰巴赫则有饮用放射性水的疗法。奥地利加斯泰纳-海尔施多兰(Gasteiner-Heilstollen)、波兰希维拉杜夫-兹德鲁伊、切尔涅瓦-兹德鲁伊(Czerniawa-Zdrój)、科瓦雷隆代克-兹德鲁伊等地、罗马尼亚米耶尔库雷亚丘克和美国蒙大拿州杰佛逊县都有吸入含氡空气的疗法。在美国和欧洲有各种氡水疗,人们相信在这种高氡含量环境下暴露几分钟至几个小时,所受到的辐射有提神的作用。

氡可用于放射治疗,但大部分已被粒子加速器核反应堆所产生的其他放射性同位素所取代。氡可以经金或玻璃“种子”植入体内,用于治疗癌症。镭所放出的氡气经一个泵进入一条金制长管进行收集,长管再经挤压、切割,形成多个较短的部分。金可以包住氡气,并阻止α和β粒子的逃离,只滤出氡及其衰变链中的短寿命同位素(218Po、214Pb、214Bi、214Po)所发出的伽马射线,从而杀死病变细胞。每个种子的辐射量在0.05至5毫居里(2至200 MBq)之间。

氡以及衰变链中的首几个衰变产物都具有较短的寿命,因此种子一开始留在体内。在12个半衰期(43天)之后,氡的辐射量已达到原先的2000分之一。此时主要的残余辐射来自氡的衰变产物之一210Pb,以及它的子同位素210Bi和210Po。210Pb的半衰期为22.3年,即氡的2000倍,辐射量因此是氡的2000分之一。

20世纪初,一些受210Pb污染的金进入了美国珠宝业。这是因为曾经含有222Rn的金种子在氡衰变殆尽后,经过重新熔化流入了市场。

科学研究

泥土发出氡气的量随土壤类型和表面铀含量而改变。一些大气学专家利用这一现象来追踪空气的流动。由于氡会迅速流失到大气之中并且衰变,所以可在水文学中用于研究地下水水之间的相互作用。溪中若含有较高浓度的氡,就意味着附近有地下水的注入。

地质断层上方的氡浓度较高,所以通过测量氡在土壤中的浓度,可以测绘地表断层地图。同样,氡浓度可以用来测量地温梯度

一些科学家研究地下水氡浓度的变化是否可以作地震预测。氡的半衰期有3.8天,所以可在地底裂缝刚形成后不久被探测到。有科学家猜想,氡浓度的上升是新的地底裂缝形成的迹象。裂缝促进了地下水的流动,使氡得以逃逸出来。新裂缝有可能是大型地震的前兆。然而在1970至1980年代,人们通过测量发现,断层附近的氡浓度并未因地震而升高,有时测量到氡以后也没有发生地震。因此以氡作为地震发生的指标并不可靠。截至2009年,美国国家航空航天局正在调查氡气浓度变化有否可能是地震发生的前兆之一。

氡是地热发电厂的污染物之一,因为从地底深处所抽出的物质含有氡。但是氡能快速散发,所以不少调查都发现其放射性不会造成危害。另外,地热发电过程一般会将抽出的物质再次打入地底,所以对环境的影响较小。

氡曾在1940至50年代用于工业放射性摄像。第二次世界大战后不久,其他价格更低、α辐射危害较低的X射线源便取代了氡。

健康危害

矿井

纵轴为肺癌致死的相对风险,横轴为氡衰变产物的累积辐射量(按月工作水平,WLM)。数据是对11队地底采石矿工调查后综合而得。虽然高辐射量(>50 WLM)统计上会导致更多的癌症,但少量辐射(10 WLM)却没有明确结论,甚至在此研究中显得有微小的益处。

氡-222的衰变产物已被国际癌症研究机构列为人类致癌物质。由于氡气可以吸入体内,所以长期暴露在氡气之中的人患上肺癌的概率较高。1940至50年代,安装矿井通风系统的安全标准尚未实施,因此在捷克共和国美国西南部和南澳的非吸烟铀矿工人和采石工人当中,氡气与肺癌有直接联系。尽管人们早在1950年代就已了解氡气的危险,但在1970年代之前,有关氡气的安全措施都没有得到妥善的管理。这段时间在美国甚至有商人向公众开放废弃铀矿,并宣传呼吸地底氡气的健康功效,包括舒缓哮喘、痛风以及各种疼痛不适。然而研究已证明氡气是没有这些功效的。

在实施通风系统等措施之后,大部分矿井的氡水平已经降低,一些铀矿工人的年均辐射值已经降至一般家中的水平。这有效减少了职业所致的癌症,但目前仍在高氡浓度矿井工作或曾在这些矿井工作的工人仍可能有相关的健康问题。矿工患癌的相对危险度降低之后,对额外风险的探测也变得更加困难。

除了肺癌以外,科学家也猜测氡会引发白血病。对于公众所进行的各项调查并未得出一致的结论,但针对铀矿工人的一项研究则发现氡的辐射量与慢性淋巴细胞性白血病有直接的关系。

家居暴露水平

一项有争议的流行病学研究显示,家居氡辐射量与患癌风险呈负相关性。(5 pCi/L ≈ 200 Bq/m3)此项研究缺乏在吸烟和氡暴露上的对照,所以没有足够的统计效力作出明确的结论。因此图中的误差棒很可能过小。国际卫生组织国际癌症研究机构认为这些结果并不成立。

美国、欧洲和中国的多项病例对照研究表明,氡(准确来说是氡的衰变产物)与肺癌有关联。美国环保局将氡列为第二位肺癌成因及第一位环境致癌因素。英国和法国也得出了类似的研究结果。美国每年约有2万1千人因氡所引致的肺癌而死亡。一项大型试验发现,就算是美国环保局所建议的4 pCi/L水平,长期暴露也会使患肺癌的风险增加50%。

大部分有关家居氡辐射量的模型都以矿工为基础。由于吸烟等其他健康因素甚多,所以有关家居氡辐射量对健康影响的直接估计和测量是极为困难的。

研究表明家居氡气会导致患肺癌的风险增加。不过,吸烟是有关肺癌成因的研究中一项极大的误差来源,所以这些研究结论须被谨慎地对待。

行动水平及参考水平

世界卫生组织于2009年提出了100 Bq/m3的建议住宅参考水平。如果这项水平无法达到,则应以300 Bq/m3作为最高水平。此参考水平不作为限制,而应是全年平均氡浓度的可接受最高值。

不同组织会建议不同的行动水平。例如,美国环保局建议在74 Bq/m3(2 pCi/L)的水平就要做出行动,而欧盟则建议旧房屋内达到400 Bq/m3(11 pCi/L)或新房屋内达到200 Bq/m3(5 pCi/L)时须做出行动。英国健康保护局于2010年7月8日所发布的新建议把100 Bq/m3列为“目标水平”,并将行动水平保持在200 Bq/m3。2010起,挪威使用与英国相同的水平,所有新房屋都必须有防护氡气的设施。

与吸烟的关系

根据美国环保局,吸烟者与从未吸烟者的患癌风险均可能因受氡暴露而提高。在平均浓度4 pCi/L的氡的暴露下,吸烟者每千人可能有62人患肺癌,从未吸烟者中每千人可能有7人患肺癌。

欧洲的一项汇集研究则显示,对象的肺组织病型会影响氡气对他的影响程度:氡的危险性对小细胞肺癌患者(几乎全是吸烟者)较高,对如肺腺癌等主要影响非吸烟者的病型则较低。针对这项研究的一篇评论认为,“单单提及家居氡气的致病风险是不恰当的。风险既来自吸烟,又来自氡对吸烟者的协和作用。如果没有吸烟,则影响似乎是微不足道的。”

一项有关乳房切除术放射治疗辐射的研究认为,有必要发展简单的模型,以评估吸烟和辐射对患癌风险的结合及独立效应。对线性无阈值模型(LNT)计算方法的新的讨论也支持这一观点。

与二手烟的关系

在二手烟和家居氡气之间的协和作用上,研究并不充分。从欧洲的汇集研究数据无法判断,这种协和作用是否造成了非吸烟者稍稍提高的患癌风险。

2001年的一项实验调查了436位患了肺癌的从未吸烟者及1649位从未吸烟者对照组,并显示氡气使从未吸烟者的患肺癌风险增高。遭受二手烟的人承受了全部的风险升幅,而不在二手烟环境下的人则没有因氡气水平的升高而提高患癌风险。

食水

科学家对进食氡对人体的影响所知甚少。研究指出,氡的生物半衰期在30到70分钟之间,在100分钟后有90%的移除率。1999年,美国国家研究委员会对食水所含的氡气进行调查,并发现摄入后的健康风险几乎可以忽略。来自地底的水源可以因周边的岩石和泥土而含有大量的氡气,而地表水源的氡含量则一般较低。

除经食水进入体内以外,氡气还可以在水温升高、水压降低以及与空气接触时释放出来。淋浴为氡气的释放制造了最佳的条件。在一般用水情况下,含有104 pCi/L氡气的水可以使室内空气的氡浓度提高1 pCi/L。

测试及预防

氡气试验盒

简单的氡气测试共有几种。在某些国家,这些测试通常在已知氡气风险较高的地方定期进行。作筛查之用的短期氡气测试器价格便宜,有时甚至是免费的。短期氡气测试有非常重要、必须遵守的步骤。试验盒中的采集器须先在房屋最底层放置2至7天,再送往实验室分析。另外也有可长期测量氡气的测试器,采集时间可长至一年。利用室外试验盒可以在建筑施工开始之前测试氡气水平。

氡气水平会因天气等因素自然波动,所以首次测试可能不能准确反应家居平均氡气水平。在一天当中温度最低、压差最大之时,氡气水平最高。因此,如果最初数值较高(超过4 pCi/L),就应再次进行测试,以避免因仓促展开降低氡气的措施而浪费金钱。如得出4至10 pCi/L之间的数值,则有必要进行长期氡气测量。如数值超过10 pCi/L,则只要再进行一次短期测试,以免延误实施所需的安全措施。

由于氡的半衰期只有3.8天,所以在源头被移除后数星期内,氡气水平就会大大降低。改善房屋的通气设施亦可减少氡气。在一般情况下,通气越差,室内氡气浓度就越高。如果房屋通风良好,室内外氡气水平应该一致,在1至100 Bq/m3间,通常为10 Bq/m3)。

减少氡气在房屋内积累的主要方法共有四种:

  • 分板减压(土壤抽吸),加强底层通风;
  • 加强整个房屋的通风,并避免氡气从地下室流入起居室;
  • 在地下室安装氡气储槽;
  • 安装正压通风系统。

美国环保局建议以通风管道及抽风机将土壤中的氡气转移至室外远离窗户及其他建筑物进出口处。此做法称为分板减压,亦称土壤抽吸,能避免氡气进入建筑物。但环保局不建议只密封地缝、孔洞,因为这种方法无法可靠地大量降低氡气水平。

正压通风系统可以和热交换器一同使用,以减少在与室外交换空气的时候所丧失的能量。直接把地下室空气吹出室外并不可行,因为氡气可能会因此被抽入室内。如果房屋底下是一层窄小的管道空间,则可以用一层塑料膜隔开空间内的氡气,并用抽风系统将氡气引导至室外。

外部链接


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