氡

化學元素
氡(Radon)又名氭,是一種化學元素,符号Rn。氡元素對應的單質是氡氣,為無色、無臭、無味的惰性氣體,具有放射性。氡的化學性質不活潑,不易形成化合物。氡沒有已知的生物作用。因為氡是放射性氣體,當人吸入體内後,氡發生衰變的阿爾法粒子可在人的呼吸系統造成輻射損傷,引發肺癌。而建築材料是室内氡的最主要來源。如花崗岩、磚砂、水泥及石膏之類,特别是含放射性元素的天然石材,最容易釋出氡。[1]
    中文名:氡 外文名:Radon 别名: 分子量:222 CAS登錄号:10043-92-2 EINECS登錄号:233-92-2 熔 點:-71 ℃ 沸 點:-62 ℃ 密 度:9.73 kg/m³ 外 觀:無色、無臭、無味氣體 發現人:多恩 元素符号:Rn 原子序數:86 周期:第六周期 族:18族 區:p區 電子排布:[Xe]4f145d106s26p6 元素類别:稀有氣體 電負性:2.2(鮑林标度)

發現簡史

1899年R·B·歐文斯和E·盧瑟福在研究钍的放射性時發現氡,當時稱為钍射氣,即氡220。1900年F·E·多恩在鐳制品中發現了鐳射氣,即氡-222。1902年F·O·吉塞爾在锕化合物中發現锕射氣,即氡-219。

1903年,還是發現氩、氪、氖、氙一系列惰性氣體的拉姆賽對它們進行了初步探索。他和索迪從溴化鐳的放射産物中獲得0.1立方厘米的鐳射氣。這樣少量的氣體比一個大頭針的針頭還小,是看不見的。探索沒有取得有成效的結果。

到1904年,拉姆賽測定了它的光譜;1908年他和格雷合作測定了它的密度,确定它是一種新元素,不是别的,正和已經發現的一些惰性氣體一樣,是一種化學惰性的氣體元素。他們将它命名為niton。這個詞來自希臘文niteo,原意是“發光”,因為它在黑暗中能夠發光,并且能夠使一些鋅鹽發光。兩年後他們二人共同測定了它的原子量為220,确定了它在化學元素周期表中的位置,正好處在惰性氣體的末位。

元素分布

由于地球表面的岩石和土壤中含有微量的鈾,在土壤、地表水和大氣中都含有氡。大氣中氡的濃度受到氣象與地質等因素的影響,變化較小。由于氡的密度較大,空氣中氡的相對含量随海拔高度的增加而迅速減少。氡在地殼中的含量極微。 

物理性質

在通常條件下,氡是無色無味的氣體,在标準狀況下。氡較易壓縮成無色的發磷光的液體。固體氡有天藍色的鑽石光澤。與其他惰性氣體相比,氡顯著地溶于水,氡更易溶于煤油、甲苯、二硫化碳等有機溶劑。氡很容易吸附于橡膠、活性炭、矽膠和其他吸附劑上,加熱到350℃時,氡又能從活性炭上全部解吸下來。可以利用這一特性将氡與其他氣體雜質分離。

單質由單原子分子組成,稀有氣體,有放射性,衰變時釋放出高能量的α粒子,壽命最長的同位素222Rn的半衰期為3.82天。能使水分解。

熔點

-71℃

沸點

-62℃

密度

9.73 kg/m³

溶解度

0.507

化學性質

氡原子的電子組态為[Xe]4f145d106s26p6。

化學性質不活潑。利用氡與氟氣直接化合,可以得到氟化氡,它與氙的相應化合物類似,但更穩定,更不易揮發。此外,氡能和水、酚等形成絡合物。

已知氡的放射性同位素有200Rn~226Rn共27種。其中,通常所指、最重要、壽命最長的是222Rn,半衰期為3.82d,放出的α粒子能量為5.489MeV,經衰變後産生一系列子體,最後變成穩定的206Pb。

元素周期表

第六周期0族

原子共價半徑

214pm

第一電離能

1038kJ/mol

氧化态

+4、+2

化合物:已制成的化合物有氟化氡。用于放射治療或作中子源。

應用領域

将铍粉和氡密封于管中,氡衰變時放出的α粒子與铍原子核進行(α,n)核反應,産生中子,可用作實驗室的中子源。氡還可用作氣體示蹤劑,用于研究管道洩漏和氣體運動等。

強烈地震前,地應力活動加強,氡氣不僅運移增強,含量也會發生異常變化。如果地下含水層在地應力作用下發生形變,就會加速地下水的運動,增強氡氣的擴散作用,引起氡氣含量的增加。測定地下水中氡氣含量的增加可以作為一種地震前兆。

制備方法

已發現質量數為199~226的全部氡同位素,除了Rn-219、Rn-220、Rn-222是天然放射性同位素外,其餘都是通過人工核反應合成的。氡是鐳、钍等放射性元素蛻變時的産物。

健康危害

1.在許多國家中,氡是肺癌的第二種最重要病因。

2.根據一個國家中的平均氡水平,氡估計造成所有肺癌的3%至14%。

3.氡更有可能使吸煙者罹患肺癌,而且是非吸煙者中肺癌的主要病因。

4.氡誘發的肺癌主要是中低濃度、而不是高濃度的氡造成的,因為有許多人在家中接觸這種低濃度的室内氡。

5.家中的氡濃度越低,風險也就越小。

6.對多數人而言,接觸的大部分氡來自家中。家中氡的濃度取決于:地基的岩石和泥土中鈾的含量;可供氡進入家中的途徑;室内外空氣的交換速度,這取決于房屋的構造、居住者的通風習慣和窗戶的密封程度。

7.氡通過以下途徑進入家中:水泥地面與牆壁連接處的裂縫;地面的縫隙;空心磚牆上的小洞;污水坑和下水道。氡水平在地下室、地窖或與泥土接觸的其它結構區通常較高。

8.鄰近房屋中的氡濃度可有差異,而且在一座房屋中每天及每小時都可有所不同。鑒于這種起伏,估算室内空氣中氡的年平均濃度需要對氡的平均濃度至少進行三個月的測定。多數國家采用室内空氣氡濃度200-400 Bq/m³為參考水準,超過此水準就應采取緩解措施。

9.氡-222屬中毒性核素,通過呼吸系統進入人體後,能引起肺癌,也能嚴重地損傷腎髒。放射性工作場所空氣中氡的最大容許放射性濃度為1.1貝可/升。 需要注意的是,其毒性是由放射産生的α粒子造成的,并不是化學性質所至。

由于氡與人體的脂肪有很高的親和力,氡能在脂肪組織、神經系統、網狀内皮系統和血液中廣泛分布,對細胞造成損傷,最終誘發癌變。氡被WHO(世界衛生組織)公布為19種主要環境緻癌物之一,且被國際癌症研究機構列入室内主要緻癌物。氡不僅會增加患癌尤其是肺癌、敗血症等疾病的可能,而且會因為對人體細胞的機質性損傷帶來對子女甚至第三代的潛在傷害。所以氡對人類的有健康危害。

安全措施

氡濃度控制标準

室内氡濃度控制标準:從1995年到2004年,中國先後頒布了《住房内氡濃度控制标準》GB/T16146-1995、《民有建築工程内部環境污染控制規範》GB50325-2001、《地下建築氡及其子體控制标準》GB16356-1996、《人防工程平時使用環境衛生标準》GB/T17216-1998和《室内空氣質量标準》GB/T18883-2002,均明确了各類建築物的室内氡濃度控制标準。2004年國家住宅與居住環境工程中心制訂的《健康住宅建設技術要點(2004版)》中也将氡濃度控制标準列入了人居健康工程的室内空氣質量标準的要素之中。其中,《地下建築氡及其子體控制标準》GB16356-1996規定:

(1)已建的地下建築的行動平衡當量濃度為400。

(2)待建的地下建築的行動平衡當量濃度為200。這是基于中國地下建築使用情況,即通常不作為永久性住宅的考慮。若實際情況并非如此,則應采用相應标準規定的控制水平。《民用建築工程内部環境污染控制規範》GB50325-2001規定:I.類民用建築(住宅、醫院、老年建築、幼兒園、學校教室等)氡濃度限量≤200;Ⅱ.類民用建築(辦公樓、商店、旅館、圖書館、展覽館、體育館、公共交通等候車室、餐廳、理發店等)氡濃度限量≤400。并規定“民用建築工程及室内裝修工程的室内環境質量驗收,應在工程完工至少7天以後、工程交付使用前進行。”“室内環境質量驗收不合格的民用建築工程,嚴禁投入使用。”

《民用建築工程室内環境污染控制标準》GB50325-2020新标準于2020年8月1日開始正式實施,與GB50325-2001舊版規定I.類民用建築和Ⅱ.類民用建築氡濃度對比如下:

染物

Ⅰ/Ⅱ類民用建築工程

GB 50325-2010

GB 50325-2020

要求

氡(Bq/m³)

Ⅰ類

≤200

≤150

提高

Ⅱ類

≤400

≤150

提高

新舊版民用建築室内環境污染氡濃度限量對比

氡濃度控制措施

氡的源頭控制技術措施:氡的防治應從源頭抓起,一般性原則是:

(1)使土壤中的氡進入室内的途徑最少;

(2)使室内外的壓力差保持為零;

(3)在建造房子時要滿足室内氡能夠容易排出的要求。具體措施如下:

正确選擇地基:在設計和施工以前,對地基進行放射性測量和評價,以避免房屋建在含放射性鐳等的地基上。這是降低氡及其子體潛在危害的最有效措施。例如,岩石(土壤)是地下工程内部環境氡的主要來源之一。從岩石類型的角度考慮,如果建在酸性岩(如花崗岩)上,内部氡濃度一般比建在沉積岩(如石灰岩、紅色砂岩)上更高些,建在正變質岩(從岩漿岩經變質而成,如花崗片麻岩)要比建在副變質岩(從沉積岩經變質而成,如大理岩)上更高些。另外,如果地下工程建在鈾礦化(床)或油氣田地下水流經的地方,室内氡濃度也較高。

鋪墊隔離層:當必須在氡釋放潛力較高的地址上建造房物時,合理地處理地基、鋪墊隔離層,可在一定程度上降低進入新建房屋的氡量。

自然或強制沉積:氡子體是荷電的,這使得它們能黏附于氣溶膠顆粒表面。它們也能保持為非附着狀态,并且沉積到建築物表面,從而減少暴露。實驗表明,沉積到建築物表面的氡子體量占總氡子體的百分比是氣溶膠顆粒濃度的函數。當氣溶膠顆粒濃度大于105個/cm3時,沉積到建築物表面的氡子體占總氡子體的4%;而當氣溶膠顆粒的濃度小于103個/cm3時,該比值為86%。觀察還表明氡子體沉積到牆面上的能力高于地闆和室内物體的台面。沉積消減氡子體暴露的實際應用包括:使用天花闆和HVAC系統設備來降低氡子體暴露;選擇強制空氣供暖系統替代輻射傳熱系統;減少顆粒産生。比如限制吸煙和控制室内灰塵等。

防氡塗料:在牆壁表面覆蓋裝飾貼面可以減少氡的析出,在牆壁和地面塗某些塗料可以有效抑制氡的析出。磚外附有白灰,析出率大約可以降低3倍,如果白灰外再塗有油漆,析出率又會降低1倍。如果在地下工程内表面塗上一層密封性能較好的材料,則可以阻止部分氡的析出,從而降低氡的析出率。一般防潮性能較好的材料,防氡性能也較好,這是因為防潮材料一般都具有很好的密封性能,它在阻止水分散發的同時,也阻止了氡的析出。國外有一種名為“RadonSeal”的防氡防潮塗料,當将這種塗料刷在混凝土或磚塊上後,它可以滲透一定深度,增加了混凝土和磚塊的密實性和強度,可以達到較好的防氡效果。國内某學院研究了一種環保防氡内牆漆,采用雙層膜物質交叉聚合成膜技術,提高了漆的密實性和耐久性,防氡防潮。

防止土氣進入室内的地下建築物設計和施工:通過合理設計和建設地下室、水泥地闆和管廊等地下工程,可有效地防止土氣進入室内。

防止氡氣進入已建好的房子:

(1)澆注水泥之前,在地闆下面鋪墊約10cm厚豌豆大小或再大些的礫石層,以便于在地闆下面建立通風系統。

(2)在澆注地闆之前,将約30cm,最小直徑10cm的聚氣乙烯短管垂直插入地闆下面的礫石層,并将短管的上端蓋好。當建築完工後,若需要采取進一步降氡措施,則可将豎立短管的蓋取下,并将其連到對流式煙道或風機驅動的排風管中。

另一種方法是在已建好的水泥闆上鑽一些直徑為10cm的小孔,然後把風管插入這些孔中。

(3)為産生必要的空氣對流,被動式通風降氡方法通常需設置從地闆直達屋頂的煙囪。當裝有主動通風系統時,通過屋頂的通風仍然是最好的方法。

(4)當地闆下面的通風系統采用主動式通風(風機驅動)時,為防止排出的氣體又反抽回去,必須采取措施及時補充空氣。

避免室内真空防止土氣進入室内:當室内存在真空時,土氣在壓力差的作用下,可能通過縫隙進入室内,因此,保持牆壁無裂縫和裂隙、窗玻璃安裝嚴密,甚至各房間居室之間減少對流風,以免形成負壓造成地下氡氣上湧是比較合理的。

氡濃度其它控制措施:

(1)增強室内通風,這是降低室内氡濃度最簡單、最有效的方法。這是因為:氡從土壤或結構表面析出率服從氣體擴散的裴克定律,氡的擴散及擴散系數随室内溫度升高和壓力下降而增加,而通風能使室内外氣壓保持一緻或者室内略高,從而減少了氡從土壤中析出的數量;同時,加大新風換氣量可以把室内的氡及其子體排至室外,用室外空氣稀釋了室内空氣中的氡濃度。以往的通風空調系統為了節能大量采用回風,使含氡的空氣重複使用,加劇了氡的富集,因此,通風空調系統,尤其是地下建築,在設計時應考慮防氡通風所需的新風換氣次數。在條件有限的情況時可以采用強迫通風的方式。

(2)采用空氣淨化器或負離子發生器,可有效降低關門窗情況下室内氫濃度的增長速率。

(3)采用過濾或增加室内空氣流動,以提高氡子體的沉積,達到降低室内氡子體的目的。

(4)減少家庭用水量以及天然氣用量,并在使用時,保持浴室、廚房的良好通風。如果檢測水的氡濃度過高,可采用粒狀活性碳處理後飲用。

(5)覆蓋室内暴露土壤,密封各種裂縫。

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