气(radon gas),是唯一一种具有放射性的惰性气体。它是由原子序数为86的化学元素氡形成的单原子气体。化学式是Rn,分子量为222。
氡气无色、无味、密度9.73g/L、熔点-71℃,在达到该温度时会变成橙黄色固体,沸点-61.8℃。它能溶解于水和许多液体,并且能溶于血液和脂肪。氡气易吸附于黏土、活性炭、
矽胶等物体,化学性质不活泼。
在医疗上,它被用于癌症的放射性治疗,用来杀死
癌细胞,治疗肿瘤。氡水还是具有特殊保健、理疗功效的天然热矿水资源。氡气可被用来缓解宇航员的疲劳和帮助特殊人群戒毒。但是如果该气体被吸入人体,其发生衰变产生的阿尔法粒子会在人的呼吸系统里对人体造成辐射损害,进而引发肺癌等一系列疾病。
环境中的氡
氡气是由镭衰变产生的,是自然界唯一的天然放射性惰性气体。氡的分布很广泛,空气中就含有氡气。但是大气中氡的浓度很低,已到达一种无毒无害的水平。矿井、洞穴等密闭场所一般含氡量较高,因为长期的密闭环境会致使氡气滞留。如果氡气浓度超过4pCi/L(每公升万亿分之一单位的氡气),该区域就需要进行大约9-12个月的检测,来观察氡气的浓度是否持续过高;如果含量超过100pCi/L,需要将该地的人们转移。
有些地方的水中也含有氡,这些地方多被利用起来作热矿泉理疗使用。理疗热矿水中氡含量大于110Bq/L时被称为氡水。氡水多分布在花岗岩类等酸性岩地区。世界上的氡气温泉有例如德国的俄本斯契勒玛矿泉、日本的增富矿泉和中国广东从化温泉等。花岗岩中含有能衰变产生氡气的,因此花岗岩类建材也会辐射氡气。
大气中的氡和其他气体一样,随高度和气象条件变化而变化,夏季的浓度低,冬季浓度高。地球表面的平均浓度2.9;陆地表面平均浓度是9.8,在1~15变化;海洋表面的平均浓度是0.03,不超过1。中国大陆地区平均为13,氡气浓度最高的地方为广东阳江,平均为16.4。
理化性质
氡最外层的电子构型为8电子稳定结构,这种电子结构使得氡气在一般情况下不易失去电子也不易得到电子从而形成化学键。氡气以单原子状态存在,原子间只存在微弱的范德华力。
物理性质
氡气是稀有气体的一种,它无色,无味。氡气由单原子分子组成,由于分子间作用力很小,它的熔沸点和临界温度都很低。在标准状况下,氡气密度是9.73g/L,熔点是-71℃,沸点是-61.8℃。它会在温度为-71℃时变为橙黄色固体,在-61.8℃时变为液体。氡气能溶解于水和其他许多液体,还能溶解于血液和脂肪。相较于其他稀有气体来说,氡气易溶于水,且溶于水后能使水分解。氡气易被
活性炭、
硅胶、黏土等吸附,加热后能够脱离吸附。
化学性质
氡气化学性质极不活泼。已制成的化合物有化氡。氡的氟化物应用在辐射监测和大气净化方面。氡还能与水、酚形成相应的络合物。
氡的氟化物制备方程式:以及同时生成少量的:
检测方法
地下氡气测量法主要指使用测量仪器测定单位体积土壤中氡气的含量。测量系统可以用泵抽取部分大气(或者水中气、壤中气),即所谓抓样来测定;也可以采用被动的方式——等待氡气自己扩散到探测器上并累计一段时间后用探测器去分析。前者称作累积测量,而后者称作瞬时测量。
累积测量主要利用采样片,将其埋在土壤深坑里,使土壤中的氡经过较长时间沉积在采样片上。常见的氡气α卡测量是一种累积测氡技术。它是通过把某种材质的卡片,埋在土壤中,通过其吸附作用,使卡片上聚集氡气分子。等一段时间后,取出卡片,通过α辐射仪测量卡片上的α辐射,由此进行氡气测量。静电α卡测量是自身带有静电性质的材料制成的α卡。它的灵敏度比普通α卡片高,并且能在野外潮湿的环境下使用,它的使用范围比普通α更广。瞬时氡气测量方法主要利用测量仪器进行土壤采样,进而换算出土壤中氡气的浓度值。瞬时测量的优点是方便、快捷。
进行土壤氡测量时,测量范围应与岩土工程勘察范围大致相同。在范围内,以间距十米为参考距离,布置测试点。测试点不得少于16个。在每个测试点,根据测量目的选取合适的方法进行钻孔取气。在取气时,应避免大气渗入孔中,确保所取得气体均来自地下。通过对样品的检测来测验其氡气浓度。
应用领域
医疗、保健
氡气具有放射性,在医学里可被用来治疗肿瘤。它的作用类似于镭,利用其放射性杀死癌细胞。氡还被用于戒毒和帮助宇航员消除疲劳。
地热勘探领域
氡气可被用来勘探地热能源。氡气溶于水,随地下水的运动会在地表形成氡气高异常区。勘探人员根据对氡气的测量,来确定地热能源。氡气测量方法简单,但是由于其具有较大的不确定性,常被用作地热勘探的辅助手段。
地质测量
氡气广泛存在于地壳中,它是铀系放射性衰变产生的中间产物。通过对相关地层中氡气含量的测量与分析,可以明确地质条件。通过对各土壤层中氡气分布的测量探究,可以识别隐伏断裂位置。此外,氡气还可被用于地震报报、滑坡预报、火山活动识别、地下工程渗透性识别等工作领域。
铀矿勘查
土壤氡气测量被广泛应用于勘察铀矿。氡气测量法对于埋藏深度较浅、矿体顶板隔水层不发育的砂岩型铀矿有较好的勘察效果。依靠氡气测量,可以在二维平面趋势面分析的基础上建立带地形的三维趋势面模型,有效地在覆盖层较厚的地方和复杂地形中进行铀矿勘探工作。
地质找矿
氡气可以从地表深处迁移上升到地表,在上升过程中,一些元素会随氡气气流被带到土壤表层中。通过对土壤表层中元素测量值的分析,能知道该金属元素的富集程度。利用地质体中天然放射性
核素衰变释放出的不同射线,能够明确金属矿的具体位置。
找水打井
氡气作为一种惰性气体,易溶于水,在环境温度低于零
摄氏度时会和水结合形成结晶水合物。在干旱地区,通过对氡气的测量分析可以确定地下水富集的地方,进而确定打水位置。
安全事宜
对人体的危害
易引发癌症
如果氡气被大量吸入人体,氡分子及其子体会沉积在呼吸道上。氡气发生衰变产生的粒子,会因其高放射性辐射对支气管和肺上皮
细胞造成损害,损害DNA,从而引发肺癌、髓性
白血病、皮肤癌等多种病症。吸入氡气越多,对身体的危害越大,患肺癌的几率越高。相关研究表明,在吸烟者中,氡气是造成他们患肺癌的第二大致癌因子;而在非吸烟人体中,氡气是第一大致癌因子。
联合国世界卫生组织的研究报告曾显示全球3%-15%的肺癌是由氡气引发的。氡被世界卫生组织公布为19种主要的环境致癌物之一。
国际癌症研究机构将氡归纳为类致癌因素。
损害血细胞
氡进入人体后,能溶于人体脂肪和血液,在人体内与神经系统结合后会使人体的痛觉丧失。如果人体长期暴露在高浓度氡气环境中,人机体内的血细胞就会受到损害,进而患上一系列疾病,如中性白细胞减少、外周血液红细胞增多、
淋巴细胞增多、血压下降、血管扩张、可见血凝增加和高血糖症状等。
预防与急救
日常生活中,可以利用不同的方法减少氡气进入室内来预防氡气危害。对室内住户来说,可以通过密封墙体和地板阻止氡气进入。在地板下进行通风同样可以降低氡气的浓度;增加室内自然通风也可以有效降低室内氡气浓度。
氡气中毒后,应立即将患者从中毒现场转移,置于新鲜空气中,打开门窗,尽快通风换气。同时将患者的衣扣、腰带解开,给患者吸氧。如果遇到呼吸停止者,应立即进行心脏复苏,并及时拨打急救电话。
法律法规
氡气可能会在室内聚集,危害人体健康。氡气主要是土壤中和岩石中铀衰变后产生的蜕化物。现代住房建筑材料中可能含有过量的氡,房屋地基中也会释放氡。住房与外界隔绝,极易造成氡气富集,从而危害人体健康。水电站地下厂房、地下矿石开发等地下场所由于空间狭小,通风条件差,这些工作场所的氡气含量容易聚集达到高浓度,从而严重损害人的身体健康。
世界上有几十个国家和国际组织制定和颁布了住宅氡浓度标准。中国的国家标准《民用建筑工程室内环境污染控制规范》(GB50325-2010)规定,当土壤中氡气浓度达到20-30时,应采取底层地面抗开裂措施;当土壤中氡气浓度达到30-50时,应采取底层地面抗开裂和一级防水处理;土壤中氡气浓度高于50时,应采取建筑物综合防氡气措施。
1993年9月,国际放射防护委员会(ICRP)发表了第65号报告,对室内氡浓度行动水平提出了新的建议:年平均实测氡浓度为200-600。具体数值由有关国家根据自己的实际情况在此范围内选定决定。
1997年由
国际原子能机构等六个国际组织倡议,发表了“国际电离辐射防护和辐射源安全的基本安全标椎”。规定在大数情况下,有关涉及居室内氡的慢性照射的优化行动水平应在空气中222Rn年平均浓度为200~600的范围内。
英国于1990年将室内氡气的含量限定在200。1989年加拿大规定室内氡气浓度应限定到800,到2006年修订为150。1986年美国将室内氡气浓度限定到了150。