Лекция по Радону_2024_09

1.

Афонин Алексей
«Радон и его воздействие на
человека»

2.

Радон – радиоактивный газ без цвета и запаха, может представлять
опасность для здоровья в жизни. При комнатной температуре является одним из
самых тяжелых газов. Наиболее стабильным изотопом является, 222Rn - имеет
период полураспада 3,8 суток. Ввиду химической инертности радон легко
покидает кристаллическую решётку «родительского» минерала и попадает в
подземные воды, далее в природные газы и воздух. Радон имеет три природных
изотопа: радон 222 (222Rn), радон 220 (торон 220Th) и радон 219 (актинон 219An),
все они являются тяжёлыми инертными радиоактивными газами. ( 238U, 232Th и 235U )
222Rn является наиболее долгоживущим изотопом радона, поэтому именно его содержание в
воздушном пространстве является максимальным.
С точки зрения радиационной безопасности (времени жизни), основной интерес
представляют: радон 222 (222Rn) и радон 220 (торон 220Th), и радон 219 (актинон 219An), который
может оказывать воздействие лишь в специфических случаях, связанных с сильным загрязнением
помещения продуктами переработки уранового сырья, содержащего селективно экстрагированные
радионуклиды актиноуранового ряда 227Ac и 231Pa.
Радон в тех или иных количествах неизбежно присутствует в любом воздушном
пространстве, в воздухе любого здания, независимо от типа его конструкции.
Средняя объёмная активность радона составляет 10 Бк/м3, действительное значение в разы выше.

3.

Классическое представление ситуации гласит, что наличие радона
обусловлено слишком близким присутствием источника радона,
материнского нуклида - 226Ra, при распаде которого образуется радон 222Rn.
Далее, посредством путей миграции, под воздействием движущих и
препятствующих проникновению сил, 222Rn попадает внутрь оболочки
зданий и сооружений.
В общем случае, в помещения
радон может попасть разными
путями: из недр земли; из стен и
фундамента
зданий,
т.к.
строительные материалы (цемент,
щебень, кирпич, шлакоблоки) в
разной степени, в зависимости от
качества,
содержат
дозу
радиоактивных элементов; вместе с
водопроводной водой и природным
газом. Так как этот газ тяжелее
воздуха,
он
оседает
и
концентрируется в нижних этажах и
подвалах.

4.

История открытия
Английский физик Э. Резерфорд в 1899 году обнаружил, что препараты тория
испускают, кроме ионизирующих частиц и некое неизвестное ранее вещество, которое
покидает препарат и воздух вокруг постепенно становится радиоактивным. Это вещество
он предложил назвать эманацией (от латинского emanatio - истечение). Последующие
наблюдения показали, что, и препараты радия также испускают некую эманацию, которая
обладает радиоактивными свойствами и ведет себя как инертный газ. Первоначально
эманацию тория называли тороном, а эманацию радия - радоном. Было доказано, что все
эманации на самом деле представляют собой радионуклиды нового элемента - инертного
газа, которому отвечает атомный номер 86. Впервые его выделили в чистом виде Рамзай
и Грей в 1908 году, они же предложили назвать газ нитон (от лат. nitens, светящийся).
В 1923 году газ получил окончательное название радон и ему был присвоен символ Rn.

5.

Необъяснимые факты
Высокая смертность австрийских горняков в XV-XVI в.в. от таинственной
"горной болезни" при добыче свинцовых руд.
В районе Jachymov руду добывали на поверхности земли или неглубоко под
землей, а в районе Scneeberg (Саксония, Германия) руду (уранит) добывали в глубоких
шахтах, глубина которых достигала 400 м.
В экспериментах именно с уранинитом, добытым в районе Jachymov,
Беккерель открыл явление радиоактивности, а Пьер и Мари Кюри обнаружили и
выделили радий.
В 1879 г. Хартинг и Хессе описали это профессиональное заболевание
горняков как рак легких.
После второй Мировой войны по директиве правительства Советского Союза
началось интенсивное производство урана в 1946 году в районе исторической добычи
Schneeberg (Восточная Германия) и в 1948 году – в Богемии (Чехословакия). В том же
1946 году началась добыча урана во Франции.

6.

Объяснимые факты
Только в 1951 году Уильям Ф. Бэйл выдвинул идею о том,
что именно продукты распада изотопов радона могут быть агентами,
вызывающими рак легких у рабочих подземных рудников.
С 1987 года Международный Центр по Исследованию Раковых Заболеваний
классифицирует продукты распада радона как канцерогены, вызывающие рак легких у
людей (Группа 1 классификации IARC канцерогенов).
В 1994 году под руководством Национального Института Раковых Заболеваний было
проведен объединенный анализ данных по обследованиям 11 трудовых коллективов
подземных рудников. Этот анализ проводился на основе данных по более чем 65 тыс.
рабочих и 2620 случаев заболевания раком легких.
Некоторые данные указывают на то, что дети могут быть более чувствительными к
радону, чем взрослые.

7.

Поступление радона. Плотность потока радона (ППР)
Основными источниками (почти 100%) поступления радона в атмосферу являются почва,
вода и отходы разработок месторождений природных ископаемых.
ППР радона линейно пропорциональна содержанию радия в грунте.
ППР (плотность потока радона) зависит не только от содержания 226Ra в грунте,
значения коэффициента эманирования и пористости грунта, но и от скорости
фильтрационного потока, создаваемого миграцией к поверхности земли паров воды и
иных газов, образующихся в результате различных химических процессов,
протекающих в земной коре.
Процесс выделения радона из земли можно разделить на три этапа:
- первый этап: выделение (эманирование) радона из кристаллической решётки
минералов в свободное состояние в поры и микротрещины отдельностей горного
массива.
Характеризуется коэффициентом эманирования породы.
- второй этап заключается в диффузионном распределении радона в порах и
микротрещинах отдельностей горного массива до тех пор, пока он не попадает в
макротрещины.
- третий этап: происходит фильтрационно-диффузионный перенос радона по
макротрещинам и выделение его в атмосферу.

8.

Пути поступления радона в жилое помещение

9.

Поступление радона за счёт стройматериалов
все строительные материалы, по значению коэффициента
эманирования, можно разбить на две группы: не подвергавшиеся и
подвергавшиеся при их изготовлении высокотемпературной обработке.
коэффициент эманирования стройматериалов снижается в результате
высокотемпературной обработки в 15-20 раз, в том числе и за счёт
вынесения радона выпариваемой влагой.
не подвергавшиеся при изготовлении высокотемпературной обработке
материалы: силикатный кирпич, щебень, гравий, песок, песчаногравийную смесь и т.д.
подвергавшиеся при изготовлении высокотемпературной обработке
матриалы: красный кирпич, зола, цемент, керамзитовый гравий, шлак с
коэффициентом эманирования 1-2%, в том числе и туф-порода
вулканического происхождения.

10.

Физико-химические свойства
Собственная радиоактивность радона вызывает его флюоресценцию.
Газообразный и жидкий радон флюоресцирует светом голубого цвета, у
твёрдого радона при охлаждении до азотных температур цвет флюоресценции
становится жёлтым, а затем красно-оранжевым.
Ядерно - физические свойства радона и его ДПР существенно различны.
Радон (также как торон и актинон) – инертный газ!
Все же ДПР радона представляют собой тяжелые металлы,
существующие в воздухе в двух видах: свободные атомы или ионы. Ионы, в
свою очередь, образуют кластерные молекулы («неприсоединенная
активность») или ДПР, присоединенные к аэрозолям, присутствующим в
воздухе. Свободные атомы могут образовываться, либо из предыдущего
неприсоединённого ДПР, либо за счет соскока атома с аэрозольной частицы за
счет эффекта отдачи, возникающего при распаде.
Время жизни свободного атома ДПР, до присоединения к аэрозолям,
зависит от их концентрации и не превышает нескольких секунд.

11.

Физико-химические свойства
Природные изотопы радона образуются в соответствующих радиоактивных
семействах (рядах):
222Rn (T
1/2 = 3,824 сут.) - в семействе урана (
220Rn (торон, T
219Rn (актинон, Т
238U, Т
1/2 = 55,6 сек.) - в семействе тория (
9
1/2 = 4,468·10 лет),
232Th, T
1/2= 3,96 сек.) - в семействе актиноурана (
10 лет),
1/2 = 1,4·10
235U, Т
8
1/2= 6,85·10 лет).
Тория в природе значительно больше урана. Соединения тория содержатся в
монацитовом песке. Содержание тория в земной коре составляет 1,3·10-3 % по
массе. В ничтожных количествах он встречается даже в гранитах.
Все изотопы радона являются -излучателями,
превращение дочерних продуктов распада (ДПР) радона происходит с
испусканием - и/или - и - излучения.

12.

Физико-химические свойства
При нормальных условиях: 222Rn - газ без цвета, запаха и вкуса;
T кипения = - 61,8 оС, Т плавления = - 71 оС.
Плотность при 0 °С около 9,9 г/л.
В единице объёма воды при 0°С растворяется около половины объёма 222Rn,
при 25°С растворяется четверть объёма,
в органических веществах растворимость радона существенно выше.
На внешней электронной оболочке атома 222Rn находится 8 электронов
(конфигурация 6s2 6р6), именно поэтому химически 222Rn весьма недеятелен
(инертен). Как и ксенон, 222Rn даёт фторид (состава RnF2), который при 500 °С
восстанавливается водородом до элементарного 222Rn. Установлено, что 222Rn
может образовывать клатраты с водой, фенолом, толуолом и т. д.
Для получения 222Rn через водный раствор соли радия пропускают ток газа
(азота, аргона и т. п.). Прошедший через раствор газ содержит около 5-10% 222Rn.
Для извлечения 222Rn используют или его способность хорошо сорбироваться на
пористых телах (активный уголь и др.), или специальные химические методы.

13.

238U
234U
4.47*109 г.
2.45*105 г.
234Pam
(4.15,4.20)
(2.3)
234Th
образования
230Th
(0.10,0.20)
24.1 дней
Схема
(4.72,4.78)
1.17 мин.
7.54*104г.
222Rn и его продуктов распада
(4.62,4.69)
226Ra
1600 г.
(4.60,4.78)
222Rn
3.82 дней
(5.49)
218Po
3.04 мин.
(6.00)
214Pb
26.8 мин.
(3.27,1.54,1.50)
214Bi
19.9 мин.
(0.67,0.72,1.02)
214Po
164 мкс.
(7.69)
210Pb
22.3 г.
(1.16)
210Bi
5.01 дней
(0.02,0.06)
210Po
138 дней
(5.30)
206Pb
Стабильный

14.

226 Ra
Схема образования
1629 лет
E =4,78 МэВ
продуктов
распада
и его
222Rn
(приведен
период
полураспада и энергия -излучения)
222Rn
3,82 сут
E =5,49 МэВ
214Po (RaC')
218Ро (RaA)
, (99,96%)
3,05 мин
E =6,00 МэВ
214Рb (RaB)
26,8 мин
,
,
214Bi (RaC)
19,9 мин
E =5,5 МэВ
(0,04%)
210Tl (RaC'')
1,30 мин
,
1,63 10-4 с
E =7,68 МэВ
210Pb (RaD)
,
21,7 лет
210Bi (RaЕ)
5,01 сут
210Po (RaF)
138,4 сут
E =5,30 МэВ
206Pb (RaG)
стабильный

15.

224 Ra(ThX)
Схема образования 220Rn
3,66 сут
(торона) и его продуктов распада
220Rn (Th)
55,6 c
E =5,49 МэВ
216Ро (ThA)
(66,3%)
0,145 c
E =6,77 МэВ
212Рb (ThB)
10,64 ч
212Bi (ThC)
60,55 мин
E =6,055 МэВ
(33,7%)
208Tl (ThC'')
3,1 мин
,
212Po (ThC')
2,96 10-7 с
E =8,48 МэВ
208Pb (ThD)
,
стабильный

16.

Биологические последствия от воздействия радиоактивного излучения
изотопов радона и ДПР на человека
Природные источники радиации вносят существенный вклад в суммарную
дозу облучения организма человека.
И основной, и наиболее варьирующий, вклад создаётся за счёт радиоактивности радона и его короткоживущих дочерних продуктов распада (ДПР).
Биологическое действие радона и его ДПР в основном связывают с их
радиоактивностью. Возникающие при распаде α-, β-, γ- излучение при
взаимодействии с веществом ионизируют или возбуждают атомы или
молекулу, или за счёт прямого взаимодействия, или за счёт вторичных
процессов. В результате, или происходит ионизация компонент живой клетки,
за счёт чего они становятся химически активными, или возникают скрытые
повреждения, частично переходящие в несвойственные структуры, или
происходит замедление клеточного деления.

17.

Биологические последствия от воздействия радиоактивного излучения
изотопов радона и ДПР на человека
-излучение представляет особую опасность. Воздействуя на органы
дыхания, средняя доза на лёгкие в пять-шесть раз выше, чем на организм в
целом, -излучение вызывает микро ожог, поскольку вся энергия -частиц
поглощается практически в точке распада, вызывая радиационные
повреждения и гибель живых клеток, приводя к мутации клеток и
возникновению рака.
Также отмечается усугубление негативных симптомов при наличии
других негативных факторов: пыль, выхлопные газы, продукты сгорания табака.
Помимо рака лёгких, радон создаёт вклад в эффективную дозу,
растворяясь в иных тканях, особенно жировых.
Растворяясь в крови и лимфе, радон и продукты его распада быстро
разносятся по всему телу, и накапливаются в костях и мозге человека.
В результате эти органы подвергаются массированному воздействию
излучения, что может также привести к заболеванию раком крови.

18.

Биологические последствия от воздействия радиоактивного излучения
изотопов радона и ДПР на человека
Результаты исследования на мышах (результаты дозиметрии их лёгких,
ингалированных, как радоном, так и его ДПР) показали, что в основном доза
облучения органов дыхания определяется именно концентрацией ДПР радона, а
не самим радоном.
Было обращено внимание на тот факт, что объёмные активности в воздухе:
RaD (210Pb), в силу его большого периода полураспада (λ1/2=22 года) и объёмная
активность ThD (206Pb), в силу его стабильности, никогда не достигают значимых
значений.
Поэтому, рассмотрение цепочек распада 222Rn и 220Tn было ограниченно
рассмотрением радионуклидов:
RaA – RaC(RaC’) (218Po – 214Bi(214Po)) ; ThA – ThC(ThC’) (216Po – 212Bi(214Po)).
На практике, для оценки опасности было введено понятие «скрытой
энергии» ДПР радона, под которым понимается энергия -частиц, которая
выделяется при полном распаде всех короткоживущих ДПР радона в единице
объёма аэрозоля.

19.

Биологические последствия от воздействия радиоактивного излучения
изотопов радона и ДПР на человека
Скрытая энергия
– это суммарная энергия альфа-излучения, которая выделяется
при распаде всех короткоживущих ДПР в единице объёма воздуха.
Скрытая энергия -распада: для радоновой цепочки равна 19,2 Мэв,
для тороновой - 20,9 Мэв.
Единицей скрытой энергии является МэВ·м-3 (Дж·м-3).
Скрытая энергия также может быть выражена в
единицах эквивалентной равновесной объёмной активности или
удельной объёмной активности радона и его ДПР. (Бк·м-3)
Величина скрытой энергии пропорциональна мощности эквивалентной дозы,
создаваемой ДПР радона в легочной ткани.

20.

Биологические последствия от воздействия радиоактивного излучения
изотопов радона и ДПР на человека
Величина скрытой энергии пропорциональна мощности эквивалентной
дозы, создаваемой ДПР радона в легочной ткани.
Поглощённую годовую дозу D, создаваемую ДПР радона осевшими органах
дыхания человека, можно выразить формулой:
V k1 k 2 k 3
D
E
m
D – поглощенная доза,
V – объём воздуха, вдыхаемого за год,
к1 – коэффициент качества альфа-излучения,
к2 – коэффициент перехода от МэВ к Дж,
к3 – коэффициент задержки ДПР радона в лёгких человека,
m – масса лёгких стандартного человека,
Еα – скрытая энергия ДПР радона.

21.

Биологические последствия от воздействия радиоактивного излучения
изотопов радона и ДПР на человека
Еα - скрытая энергия ДПР радона, согласно её определению, может
быть выражена в следующем виде:
E N A E A N A EC ' N B EC ' N C EC '
NA, NB, NC - количество атомов RaA, RaB, RaC в м3,
EA, EC’ - энергия альфа-частиц RaA и RaC’ соответственно, МэВ.
Количество атомов i-го радионуклида в единице объёма можно выразить через
объёмную активность qi, Бк/м3:
Ni
qi
i
λi - постоянная распада i-го радионуклида,с-1.

22.

Биологические последствия от воздействия радиоактивного излучения
изотопов радона и ДПР на человека
Получаем:
E
qА
А
EA
qА
А
EC '
qВ
В
EC '
qС
С
EC '
Если подставить λA = 3,79·10-3с-1, λB = 4,31·10-4с-1, λC = 5,86·10-4с-1,
EA = 6,00 МэВ, EC’ = 7,69 МэВ получаем:
E
Rn
0,36 10 4 q А 1,78 10 4 q В 1,31 10 4 qС 3,44 10 4 (0,10 q А 0,52 q В 0,38 qС )
ЭРОА
E 3,44 10 4 q Rn
ЭРОА
q Rn
0,10 q А 0,52 q В 0,38 qС

23.

Биологические последствия от воздействия радиоактивного излучения
изотопов радона и ДПР на человека
Аналогично для 220Rn, получаем:
E
qА
А
EA
qА
А
EC '
qВ
В
EC '
qС
С
EC '
Если подставить λATh = 4,387 с-1, λBTh = 1,816 10-5 с-1, λCTh = 1,766 ·10-4с-1,
EATh = 6,77 МэВ, EC’Th = 8,78 МэВ получаем:
E
Th
3,548 q А 4,838 10 5 q B 0,497 10 5 q C ' 5,335 10 5 (0,67 10 5 q А 0,91 q B 0,09 q C ' )
E
Th
ЭРОА
5,335 10 5 qTh
ЭРОА
qTh
0,91 qB 0,09 qC '

24.

Биологические последствия от воздействия радиоактивного излучения
изотопов радона и ДПР на человека
ЭРОА – эквивалентная объёмная активность радона реальной смеси –
это объёмная активность условной равновесной смеси ДПР радона,
короткоживущие дочерние продукты распада которой находятся в равновесии и
имеют ту же величину скрытой энергии, что и короткоживущие дочерние
продукты распада радона реальной смеси, которые находятся не в равновесии.
ЭРОА – эквивалентной равновесной объёмной активностью радона
для неравновесной смеси короткоживущих дочерних продуктов распада в
воздухе называется такая объёмная активность радона в полном равновесии с
дочерними продуктами распада, которая имеет такую же величину скрытой
энергии, как и данная неравновесная смесь.
Если поделить ЭРОА ДПР (ОА) равновесной смеси на ЭРОА ДПР
неравновесной смеси, получим «коэффициент равновесия»:
ЭРОА
q Rn
К
q Rn
ЭРОА
q Rn
К q Rn

25.

История нормотворчества
Первый норматив, принятый в нашей стране, по содержанию радона в
жилых помещениях, был представлен во "Временных критериях для принятия
решений и организации контроля" № 43-10/796 "М" 1990 г. В 1996 году в России
были утверждены "Нормы радиационной безопасности (НРБ-96)", основанные
на рекомендациях МКРЗ.
Согласно им, для существующих зданий принято нормативное
значение среднегодовой эквивалентной равновесной объемной активности
изотопов радона и торона в помещениях, равное 200 Бк·м-3, а для строящихся
зданий - 100 Бк·м-3. Вопрос о переселении жильцов (с их согласия) и
перепрофилировании помещений или сносе здания решается в тех случаях,
когда невозможно снижение среднегодовой ЭРОА до значения < 400 Бк·м-3.

26.

Российские нормативные документы
СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)»,
СП
2.6.1.2612-10
«Основные
санитарные
правила
обеспечения
радиационной безопасности (ОСПОРБ 99/2010)»
МУ 2.6.1.2838-11 МР 2.6.1.0333-23 «РАДИАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ И
САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЖИЛЫХ, ОБЩЕСТВЕННЫХ И
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ
РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ»
МУ 2.6.1.1981-05 «Радиационный контроль и гигиеническая оценка
источников питьевого водоснабжения и питьевой воды по показателям
радиационной безопасности. Оптимизация защитных мероприятий источников
питьевого водоснабжения с повышенным содержанием радионуклидов»
МУ
2.6.1.2398-08
«Радиационный
контроль
и
санитарноэпидемиологическая оценка земельных участков под строительство жилых
домов, зданий и сооружений общественного и производственного назначения в
части обеспечения радиационной безопасности»

27.

Нормы в России
ЭРОА = ЭРОА