Радіація: невидимий вбивця і його дочки або трохи про радон.

0 Коментарі
Радіація: невидимий вбивця і його дочки або трохи про радон.
Позиция на странице статьи, сразу после главного изображения статьи
Джерело:

    Ніякими сучасними методами не вдається достовірно виявити вплив рывня природного радіаційного фону в досить широкому його діапазоні на здоров'я людей. Але є один природний радіаційний фактор, вплив якого відносно добре помітно. Це — радіоактивний інертний газ радон, прозваний охочими до красного слівця журналістами «невидимим вбивцею».

Еманація радію

    У 1899 році Резерфорд з Оуенс виявили, що крім радіоактивного випромінювання торій виділяє якусь субстанцію, яка також володіє основною властивістю радіоактивного випромінювання — здатністю до іонізації — поводиться подібно до газу: переноситься з струмом повітря, а не поширюється по прямій, змішується крізь пористі середовища, затримуючись найтоншими суцільними перегородками, а крім того — «осідає» на вміщені в її середовище предмети, повідомляючи їм швидко спадаючу за експоненціальним законом радіоактивність. Це було незвично: до цього радіоактивність здавалася явищем виключно постійним. Одночасно з ними і не знаючи нічого про їхні роботи, аналогічне явище спостерігав німець Фрідріх Дорн, який працював з радієм і також виділив з нього радіоактивний газ. Газ, що виділяється з радіоактивних речовин, був названий еманацією. Еманації радію і торію виявилися неоднаковими і перш за все, мали різний період напіврозпаду: 3,8 дня у радієвої і 55 секунд — у торієвої.
   З'ясуванням природи еманацій зайнялися Резерфорд і примкнувший до нього Содді. В спектрі газового розряду в еманації присутні лінії гелію. Причому їх інтенсивність швидко наростала одночасно з падінням інтенсивності радіації від трубки з еманацією. Зв'язок гелію з радіоактивними мінералами вже була відома: на землі він вперше був виділений саме з мінералів, що містять торій. Коли в 1903 році вдалося зібрати достатню кількість еманації, вдалося побачити і спектр самої еманації, що відрізнявся від спектрів всіх інших газів. Він не був спектром гелію: це був спектр нового хімічного елемента.
   Еманація не була гелієм. Але вона перетворювалася в нього! Її спектр з плином часу слабшав, а на його місці з'являвся знайомий спектр гелію з його жовтою лінією поруч з натрієвим дублетом. Це було щось нове і неймовірне: вчені спостерігали, як на їхніх очах один хімічний елемент перетворювався в інший.
    Найважче завдання випало на долю У.Рамзая: він зумів виділити крихітну кількість нового газу у вільному вигляді і йому вдалося визначити його щільність. Обчислена по ній молекулярна маса виявилася такою що дорівнює 222, що було менше атомної маси радію рівно на четвірку — атомну масу гелію.
    Виходило, що радій перетворювався на гелій і еманацію. А потім і еманація перетворювалася в гелій — і щось ще.
Подальші дослідження Резерфорда ототожнили альфа-частинки з атомами гелію, і картина остаточно склалася. Факт існування принципово нового явища природи — перетворення одних елементів в інші з випусканням швидко летючих частинок — був надійно встановлений. І це зламало всі наукові уявлення, які ледь встигли скластися. Не так давно сформувалося поняття про атом — елементарну неподільну і незмінну одиницю матерії, як виявилося, атом може раптом розпастися, і його «осколками» будуть два нових атома інших хімічних елементів.
     А еманація тим часом стараннями Рамзая зайняла своє місце в періодичній системі, доповнивши ще одним елементом сімейство інертних газів і пізніше була перейменована в радон.
Радон як речовина
    З хімічної точки зору — радон представляє собою інертний газ. Подібно ксенону, він не настільки інертний, як гелій, неон або аргон, і на відміну від останніх, має дещо інші хімічні властивості. 
    Однак в звичайному житті ними сміливо можна знехтувати: здатність радону вступати в хімічні сполуки дуже мала. Зате він легко адсорбується тканинами, папером, активованим вугіллям і силікагелем, розчиняється в маслах і з розчину в воді активно переходить в лід при замерзанні, утворюючи клатрати. Також радон утворює стійкі клатрати з рядом інших молекулярних сполук — так, добре відомий і застосовується в «радонової медицині» клатрат радону з глюкозою.
     Чистий радон світиться через радіоактивність. Особливо яскраво — блакитним світлом — світиться рідкий радон, який при подальшому охолодженні замерзає і при наближенні до температури рідкого азоту змінює колір світіння на жовтий, а потім на помаранчевий. У міру накопичення продуктів розпаду рідкий і твердий радон, спочатку безбарвний, темніє.

       Але поза спеціальними лабораторіями та гарячими камерами ми ніколи не побачимо ні рідкого, ні твердого радону. Навіть газоподібний, він зустрічається в природі лише в дуже маленькій концентрації. Адже грам радію за добу утворює всього 1мм3

радону. Тому єдиною ознакою його присутності практично завжди буде тільки радіоактивність — його і його дочірніх продуктів розпаду.

Радон як радіонуклід

    Всього відомо 19 ізотопів радону, але тільки з двома ізотопами радону можна зіткнутися в звичайному житті: власне радоном (еманацією радію) з атомною масою 222 і короткоживучим торон з періодом напіврозпаду 55 секунд і масовим числом 220. Є й третій природний ізотоп радону актинон — короткоживучий член ряду урану-235-актинія, але через короткий період напіврозпаду і малий зміст урану-235 і його «дочок» в природі його складно виявити. Радон-222, випустивши альфа-частинку з енергією 5,59 МеВ, перетворюється в полоній-218 (часто позначається старим, ще часів подружжя Кюрі, позначенням RaA) з періодом напіврозпаду всього 3,1 хвилини, а той, знову «виплюнувши» альфа -частинку, перетворюється в свинець-214 (RaB), або зазнає бета-розпад, перетворившись в астат-218 і майже відразу — через альфа-розпад — вісмут-214 (RaC). В останній перетворюється і свинець-214. У свинцю і вісмуту-214 періоди напіврозпаду — трохи менше півгодини і їх атоми, що утворилися після розпаду, встигають за цей час сконденсуватися, утворюючи так званий активний наліт, що покриває поверхні пилинок і інших аерозольних часток. Бета-активність робить такі пилинки позитивно зарядженими. Вісмут-214 випустивши майже одночасно бета- і альфа-частинку (через полоній-214), переходить в досить-таки долгоживущий (22 роки) свинець-210, на якому швидкий ланцюжок перетворень припиняється. Альфа-розпади полонію-218 і полонію-214 дають основну частку дози внутрішнього опромінення, викликаного радоном-222. А ось доза від самого радону не перевищує 2% загальної дози.
    Даний ланцюжок радіонуклідів, швидко переходять один в одний — полоній-218, свинець-214, вісмут-214, полоній-214, свинець-210 — називається дочірніми продуктами розпаду (ДПР) радону і невіддільно покриває його в повітрі. Разом з радоном ми вдихаємо їх в свої легені, а коли йде дощ, він вимиває їх з повітря, з-за чого дощова вода набуває радіоактивність з періодом напіврозпаду приблизно 25 хвилин. Цю радіоактивність легко можна виявити, протерши ганчіркою будь-яку поверхню під дощем і заміривши ганчірку побутовим дозиметром, краще зі слюдяним датчиком (свинцеву кришку на датчику потрібно зняти). Шокуючі свідчення дозиметра при цьому багато хто приймає за наслідки Чорнобильської катастрофи, Фукусіми або ознаки якоїсь аварії, яку влада приховує, але насправді причина цього — радон. З ним же частково пов'язано збільшення радіаційного фону під час сильних дощів (а частково — з розсіюванням космічних мюонів на краплях дощу з утворенням вторинних електронів і гальмівного гамма-випромінювання).
    Торон же живе менше хвилини і зазвичай розпадається майже там же, де утворився. Випустивши поспіль дві альфа-частинки (через живучий частку секунди полоній-216 — торій-А), він перетворюється в свинець-212 (торій-B), що живе 10 годин і утворює активний наліт торону разом зі своїм «спадкоємцем» вісмутом-212 ( торій-C) з періодом напіврозпаду в 1 годину. Останній робить «вилку»: в одній з її гілок, випустивши альфа-частинку, він перетворюється в талій-208, знаменитий своєю крайньою справа на енергетичній шкалі гамма-лінією 2,6 МеВ, а в іншій — через бета-розпад він перетворюється в полоній-212, який моментально (через мікросекунди) випускає альфа-частинку також дуже великої енергії (10,5 МеВ). В обох випадках утворюється стабільний свинець-208. Через малий час життя торон практично не встигає розлетітися і ми їм не дихаємо. Радіаційну небезпеку становлять саме пилоподібні 212-е ізотопи, що стають джерелом альфа-бета- і гамма-випромінювання надзвичайно високої енергії.
    Як характеристики вмісту радону в повітрі зазвичай застосовується величина, яка називається еквівалентної рівноважної об'ємної активності (ЕРОА). 
Радон-вбивця (і трохи лікар)
   Розпадом радону-222 і його дочірніх продуктів обумовлена приблизно половина дози природного опромінення людини. Як практично єдиний з природних радіонуклідів, присутніх в навколишньому середовищі у вигляді газу (не рахуючи незначних кількостей тритію і радіовуглецю), радон практично повністю формує дозу опромінення легенів зсередини. Легені — орган порівняно високої радіочутливості через постійно оновлюваний епітелій альвеол, тому ризик раку легенів при їх опроміненні приблизно втричі вище, ніж загальний ризик онкології при рівномірному опроміненні тіла. А після розпаду радону його ДПР (і в подальшому — полоній-210, що утворюється з  свинцю-210 що залишився в легенях і володіє здатністю акумулюватися) фіксуються в легеневій тканині, і опромінює її альфа-частками, кожна з яких, маючи енергію 5 6, а у торону — до 10 МеВ, і коефіцієнт якості 20, являє собою досить руйнівний «снаряд». На кожен атом радону таких «снарядів» доводиться чотири штуки, а на атом торону — три.
    Через це (а також через те, що рак легенів у палячих — досить рідкісне явище), навіть відносно невисокі рівні концентрації радону відображаються на рівні захворюваності на рак легенів. За твердженням US Public Health Service, радон є другою після паління причиною захворюваності пухлинами цієї локалізації. При концентрації радону в повітрі 200Бдом додатковий ризик захворюваності на рак легенів становить 220 випадків на рік на 1 млн осіб і лінійно зростає зі збільшенням вмісту радону. Для порівняння, ризик раку легенів для непалячих і курців становить 34 і 590 випадків на рік на 1 млн осіб (цифри, взяті з лекцій професора І.М. Бекмана).
    Існує також думка, що радон, крім добре відомих стохастичних ефектів, провокує також серцево-судинні захворювання. Однак ця думка зазвичай висловлюється в зв'язку зі спробою пояснити так звані геопатогенні зони, існування яких саме по собі досить сумнівне.
     Загалом, саме радон є на даний момент найголовнішою проблемою захисту населення від радіоактивного загрози. Особливо це відноситься до деяких регіонів, де радон активно виділяється з надр Землі і його концентрація в підвалах і на перших поверхах будівель надзвичайно велика.
     Таким місцем на Землі, наприклад, є Кавказькі Мінеральні води, Бештау. Така ж ситуація, як на Кавказьких Мінеральних водах спостерігається і в інших регіонах, відомих своїми гранітними масивами, вулканами, гарячими джерелами і уранові руди — Швейцарія, Австрія, Чехія, в меншому масштабі — Фінляндія і північний захід Росії, а також південь Сибіру, Далекий Схід. У цих регіонах гострою необхідністю є заходи щодо зниження концентрації радону в житлових приміщеннях — радонозахист.
     Існує, однак, думка, що радонова проблема перебільшена. Зазначені вище цифри захворюваності на рак — НЕ експериментально встановлені, а розрахункові, засновані на даних про захворюваність людей, які проживають і працюють при значних рівнях радону — шахтарів, працівників і жителів радонових курортів і т.п. Разом з тим, безпорогова концепція, на підставі якої ці цифри підраховані, не доведена експериментально і залишається гіпотезою, нехай і добре обгрунтованою теоретично. Як аргумент зазвичай вказують на добре відому терапевтичну дію радону при різних захворюваннях. Відомо, що радон надає противобольову і протизапальну дії, викликає (ймовірно, через посилення продукції ДОФА і родинних біологічно активних сполук меланоцитами шкіри) активацію ряду нейроендокринних механізмів, що дають виражений вплив на серцево-судинну і нервову системи, а також підсилює мікроциркуляцію в опроміненній шкірі. Радонові ванни показали свою ефективність при безлічі захворювань.
   Крім того, є дані про те, що альфа-випромінювання частинок, покритих «активним нальотом», стимулює активність легеневих війок, сприяючи видаленню цих частинок з легенів, і цей механізм здатний значно знизити вплив малих концентрацій радону.
    Незважаючи на те, що торію (за активністю) не меньша, ніж урану, частка торону в загальній дозі — всього лише близько 5%. Це пов'язано з тим, що він «не доживає» до наших легень, в більшості випадків просто не встигаючи досягнути поверхні.
Джерела радону
    Період напіврозпаду радону-222 — всього 3,8 дня, але завдяки його постійному утворенню при розпаді радію, в атмосферу постійно надходить новий радон. Джерелами радону, таким чином, є породи, багаті ураном, в основному це граніти, але зустрічаються і набагато більш активні і багаті ураном породи. Так, відомі своєю ураноносністю фосфорити. Але найбільша кількість радону виділяється не з монолітного гранітного масиву, а з розломів, ведучих в надра Землі, утворюючи так зване «радоновое дихання». Виділення радону є своєрідним маркером, по якому можна знаходити такі розломи, а значить, і приурочені до них родовища різних корисних копалин.            Особливо інтенсивно радон виділяється в вулканічних районах. Часом виявляють інтенсивне виділення радону в місцях, де, здавалося б, нема звідки. А при детальному дослідженні виявляють глибинний розлом. А інтенсивність виділення радону є багатим і головне — досить швидкодіючим джерелом відомостей про зміну стану земних надр. Її коливання віщують землетруси і виверження вулканів, дозволяють прогнозувати гірські удари в шахтах, допомагають запобігати аваріям при бурінні свердловин.
    Виділяється радон і з будівельних матеріалів. «Лідером» тут є фосфогіпс — матеріал, що отримується як відходи при виробництві фосфорних добрив, в якому концентрується значна частина що містилася в вихідному фосфорі радію (в якому його, як і урану, багато), так що радону фосфогіпс виділяє багато. А так як утилізація фосфогіпсу — справжня проблема, спокуса застосувати його в якості гіпсу в складі будівельних сумішей дуже велика. Ось і з'являються «Фоня» і виділяють радон гіпсокартонні плити, наливні підлоги і штукатурка.
Про радіоактивність і «радоногенність» граніту я вже розповідав — а гранітна щебінка і пісок часто стають компонентом бетону, що застосовується при будівництві. При цьому необхідно керуватися НРБ-99 і використовувати різні по радіоактивності різновиди граніту там, де це допустимо. Граніт прийнято ділити на 4 класу радіоактивності:
I — до 370 Бк / кг — дозволяється застосовувати без обмежень у будь-якому будівництві,
II — до 740 Бк / кг — можна використовувати в нежитлових будівлях (в тому числі громадських) і для зовнішнього облицювання,
III — до 2800 Бк / кг — тільки для дорожнього будівництва поза населеними пунктами,
IV — до 3700 Бк / кг — можна використовувати в будівництві лише там, де він буде перекритий товстим шаром низькоактивних матеріалу.
При активності більше 3700 Бк / кг граніт в будівництві не застосовується.
При цьому для приготування бетону для житлових будівель використовується тільки найбільш низькоактивних граніт I класу радіоактивності.
     Джерелом радону в приміщеннях може служити також домішка урану яку містить керамічна плитка, гранітне облицювання. Але зазвичай цими джерелами можна знехтувати. До речі, уранове скло, яке так люблять колекціонувати деякі російські знаменитості (і не тільки вони) джерелом радонової небезпеки не є абсолютно: радон не тільки не здатний вийти за межі суцільної маси скла, але і практично не утворюється в цьому склі, так як в ньому дуже мало радію. При виділенні урану з руди радій, що міститься в ній, був вилучений, а новий не встиг утворитися. А ось зразки уранових мінералів і прилади зі світлооскладом постійної дії на основі радію-226 можуть «зарадоніть» квартиру до цілком небезпечних рівнів.
    У радононебезпечних регіонах найсильнішим джерелом радону є водопровід, якщо вода для нього береться з артезіанських свердловин. Так, під час прийому душу концентрація радону в приміщенні може піднятися з 50-100 Бк / м ^ 3 до декількох кілобеккерелей на кубічний метр. Газ також поставляє радон в наші квартири.
       Радонову небезпека різко погіршує… енергозбереження. Воно змушує робити вдома набагато більш герметичними, ніж раніше, провітрювати рідше і менше, активно використовувати рециркуляцію повітря, а значить — радон, який потрапив в приміщення, в ньому і залишається. Тому матеріали і підходи до будівництва, які в нашій країні призводять до прийнятних рівнів радону, в міру посилення боротьби з витоками тепла можуть дати серйозний його зростання.
Виявлення і вимір
    Як же дізнатися, який рівень радону там, де ви живете або працюєте? На жаль, це не дуже просто. Хоч радон і є джерелом половини природного радіаційного фону, «нормальні» свідчення дозиметра нітрохи не є ознакою благополуччя. Взагалі, радон можна виявити дозиметром в рідкісних випадках дуже високих рівнів — при цьому характерною його ознакою є плавні, хвилеподібні коливання потужності дози і швидке зниження рівня радіації при відкритті дверей і вікон.
     Існує ряд «стандартних», використовуваних для офіційних вимірювань, способів кількісного визначення вмісту радону. Першим з них є безпосередній підрахунок альфа-розпадів в ионизационной камері, заповненій досліджуваним повітрям. Розпади реєструються по дуже слабких імпульсах струму, які виникають, коли заряди, що утворилися при прольоті альфа-частинки, або по іонізаційному току, який зазвичай не заміряють безпосередньо через його вкрай малий розмір, а визначають час розряду конструктивної ємності іонізаційнийної камери. Іншим методом є сцинтиляційний — як сцинтилятор використовують шар сульфіду цинку, нанесений на напівсферичну внутрішню поверхню робочого об'єму, а «пробкою», що закриває детектор, є ФЕУ. 
     Також застосовується фільтраційний метод. Через шар сорбенту прокачують кілька кубометрів повітря і потім вимірюють радіоактивність сорбенту. Для цього використовують гамма-спектрометр, реєструючи піки свинцю і вісмуту-214. Існують спеціалізовані прилади, які включають в себе детектор з гамма-спектрометром і насос з фільтруючим осередком, розміщені в одному корпусі. Це дорогі прилади, які дозволяють за короткий час визначити мінімальні активності радону і відслідковувати невеликі коливання ЕРОА радону.
     Найпростішим варіантом такого методу не складає труднощів виявити наявність радону в квартирі — для цього достатньо скористатися пилососом і фільтром Петрянова (будь-респіратор), а потім обміряти фільтр за допомогою дозиметра з слюдяним датчиком. Але щоб виміряти його кількісно, потрібно стандартизувати методику і провести калібрування. А це вже в домашніх умовах практично недоступно. Але якщо дозиметр показав після декількох хвилин роботи пилососа значно більшу, ніж природний фон, величину, це привід бити на сполох.

Всупереч розхожій думці, що «все природне шкідливим бути не може», радон, можливо, є причиною смерті великої кількості людей, ніж куріння, автокатастрофи і побутові нещасні випадки. Так що захист від нього в радононебезпечних регіонах є конче необхідним. Чи є радон шкідливим фактором при відносно низьких змістах — питання відкрите.

Слайдер записів

Комментарии 0

Предпросмотр
Завантаження...
Будьте первым, кто оставит комментарий.