什么是氡?
来自:中国辐射防护学会
氡
氡是一种化学元素,其符号为Rn,原子序数为86。它是一种放射性、无色、无味的惰性气体。作为放射性衰变链的中间子体,由钍和铀通过衰变链缓慢地衰变为铅和各种其他短寿命放射性元素的过程中释放;氡本身是镭的直接衰变产物。它最稳定的同位素222Rn的半衰期只有3.8天。其它同位素包括219Rn、220Rn等。氡的衰变产生了许多其他被称为氡子体的短命核素,以铅的稳定同位素结束。
氡同位素 氡没有稳定的同位素。共鉴定出39种放射性同位素,原子质量在193至231之间。最稳定的同位素是222Rn,它是226Ra的衰变产物,属于238U衰变链。222Rn的子体中也有少量(高度不稳定的)同位素218Rn。
220 Rn同位素是钍(232Th)的衰变产物。它的半衰期为55.6秒,还发出α辐射。219Rn来自于锕(227Ac),是一个半寿命为3.96秒的α发射体。尽管(极不稳定)同位素217Rn的微量存在,但在镎(237Np)衰变系列中没有明显的氡同位素。
氡对健康的影响 与衰变链中的所有其他中间元素不同,氡在正常情况下是气态的,容易被吸入。氡气被认为是一种健康危害。它通常是个人本底辐射剂量的最大贡献者,但由于地质条件的局部差异,氡气危害程度因地点而异。尽管氡气的寿命很短,但来自天然资源(如含铀矿物)的氡气可在建筑物中积聚。氡也可能出现在地下水中,例如一些泉水和温泉中。
流行病学研究表明,呼吸高浓度氡与肺癌发病率之间有着明显的联系。在美国、欧洲和中国进行的大量病例对照研究中,氡暴露(主要是氡子体)与肺癌有关。美国环境保护署认为,氡是肺癌的第二大主要原因,也是导致癌症死亡的主要环境原因。氡是一种影响全球室内空气质量的污染物。据美国环境保护署称,氡是仅次于吸烟的第二大肺癌病因,每年在美国造成21000例肺癌死亡。其中约2900人死于从未吸烟的人群中。虽然氡是肺癌的第二常见原因,但据环境保护局的政策性估计,它是非吸烟者中的头号原因。根据环境保护局的政策性估计,低剂量暴露对健康的影响存在重大的不确定性。随着氡本身的衰变,它会产生衰变产物,被称为氡子体(也称为氡子体)。与气态氡不同,氡子体是固体,附着在表面,如空气中的尘埃颗粒。如果吸入这种被污染的灰尘,这些微粒也会导致肺癌。
氡平衡 氡平衡因子是指氡的平衡当量浓度与氡实际浓度之比。氡的平衡当量浓度是氡与其短寿命子体处于平衡状态、并具有与实际非平衡混合物相同的α潜能(氡222Rn的子体完全衰变为210Pb时所发射的α粒子能量的总和)浓度时的氡活度浓度。
如果一个封闭的体积不断地供应氡,那么短寿命同位素的浓度将增加,直到达到一个平衡,即每个衰变产物的衰变率将等于氡本身的衰变率。当两种活性相等时,平衡因子为1,这意味着衰变产物在几个小时内保持在氡母体附近足够长的时间,以达到平衡。在这些条件下,每增加一个氡的PCI/L将使暴露增加0.01 wl(工作水平——采矿中常用的放射性测量)。WL的详细说明以浓度单位表示)。这些条件并不总是满足的;在许多家庭中,平衡分数通常为40%;也就是说,空气中氡的每一个PCI/L将有0.004wl的子体。210Pb需要更长的时间(几十年)才能与氡平衡,但是,如果环境允许灰尘积聚,那么随着时间的延长,210Pb及其衰变产物也可能对总辐射水平有贡献。
由于它们的静电电荷,氡子代会粘附在表面或尘埃颗粒上,而气态氡则不会。附着物将它们从空气中去除,通常导致大气中的平衡因子小于1。空气循环或空气过滤装置也会降低平衡系数,空气中的尘埃颗粒(包括香烟烟雾)会增加平衡系数。在高浓度下,空气中的氡同位素对人类健康风险有显著影响。流行病学研究中发现的平衡因子为0.4。
氡水平 大气中氡的浓度通常以贝克勒尔每立方米(Bq/m3)为单位,这是国际单位制得的。在美国,另一种常见的测量单位是每升的Picocuries(PCI/L);1个PCI/L=37 Bq/m3。室内的典型家庭暴露平均值约为48 Bq/m3,尽管这一数值变化很大,室外为15 Bq/m3。
在采矿业中,暴露传统上是以工作水平(wl)和工作水平月(wlm)的累积暴露来衡量的;1 wl等于1升空气中寿命短的222Rn子体(218Po、214Pb、214Bi和214Po)的任意组合,释放出1.3×105MeV的α潜能;一个wl等于每立方米空气2.08×10−5焦耳(J/m3)。累积暴露的国际单位制(SI)单位是焦耳小时/立方米(J·h/m3)。一个wlm相当于3.6×10−3 J·h/m3。1个工作月(170小时)暴露于1 wl等于1 wlm累积暴露。1wlm的累积暴露量大致相当于在氡浓度为230Bq/m3的大气中生活一年。
在自然环境中发现的氡浓度太低,无法用化学方法检测到。1000 Bq/m3(相对较高)的浓度相当于每立方米0.17皮克。大气中氡的平均浓度约为6×10−18摩尔百分比,即每毫升空气中约150个原子。整个地球大气中的氡仅有几十克。
氡的浓度在不同的地方差别很大。在户外,它在1到100Bq/m3的范围内,甚至低于海洋上方(0.1Bq/m3)。在洞穴、通风矿井或通风不良的房屋中,其浓度上升到20–2000 Bq/m3。
世卫组织在2009年提出了住宅中氡的推荐参考水平(国家参考水平),100 Bq/m3。建议还指出,如果不可能做到这一点,则应选择300 Bq/m3作为最高水平。国家参考水平不应是一个限度,但应代表住宅中可接受的最大年平均氡浓度。