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86 氡 放射性的气体元素

本文作者:漂泊

氡是一种放射性的稀有气体元素。氡气具有巨大的危害性,它是一类放射性致癌物,特别是导致肺癌。生活环境中中低浓度的氡气主要来自于岩层和泥土中放射性物质的衰变,因此在房屋选址时需要注意。此外,对氡进行合理的包覆处理也可以使得其可以用于放射性治疗。

氡的基本物理性质

分类 第0族▪非金属(稀有气体)
原子序号原子量 86 (222)
电子配置 6s26p6
密度 9.73×10-3 g/cm
熔点 -71 oC
沸点 -61.8 oC
形状 无色无味气体
丰度 1×10-15 ppm(海水)
发现者 Ernest Rutherford, Robert B. Owens, Friedrich Ernst Dorn
主要的同位素 219Rn, 220Rn,222Rn
用途例 放射性治疗
前后的元素 砹-氡-钫

氡的发现

氡是第五种被发现的放射性元素。1899年Ernest Rutherford和Robert B. Owens在研究钍的放射性时发现了一种放射性气体,这种气体的放射性维持了几分钟,当时称这种气体为钍射气,即220Rn。1900年Friedrich Ernst Dorn在研究镭的化合物时也发现了一种放射性气体,他将其命名为镭射气,即222Rn。1903年André-Louis Debierne在锕化合物中也发现了类似的现象,他将该气体命名为锕射气,即219Rn。

1904年,William Ramsay从溴化镭的放射产物中获得0.1立方厘米的镭射气,并测定了这种气体的光谱,他发现这种气体的光谱与氩、氪、氖、氙等惰性气体的光谱具有很多相似性。1908年他和Robert Whytlaw-Gray合作测定了它的密度,确定这是一种新元素,他认为这种气体和已经发现的一些惰性气体一样,是一种化学惰性的气体元素。他们将它命名为Niton。这个词来自希腊文niteo,原意是“发光”,因为它在黑暗中能够发光,并且能够使一些锌盐发光。两年后他们二人共同测定了其原子量,为220,确定了它在化学元素周期表中的位置,正好处在惰性气体的末位。1923年,IUPAC从Radon (Rn), Thoron (Tn), and Actinon (An)三个名字中选择Radon (Rn)(最稳定的同位素)作为氡元素的正式名字。1962年,氡的第一个化合物氟化氡被成功制得。

氡气是一种无色、无臭、无味的单原子气体,它也是密度最高的气体之一。虽然在标准温度和压力下无色,但它在冷却至冰点202 K以下后会因放射性发光,随温度降低而从黄色渐变为橘红色。[1-9]

氡气

氡的医学用途

20世纪初,氡曾被用来治疗各种疾病。有的病人被安排在密封的小房间内接触氡来进行治疗;另外也有人提出用氡的辐射激效来治疗关节炎等自体免疫性疾病,人们相信在这种高氡含量环境下暴露几分钟至几个小时,会由治疗以及提神的效果。然而因为高剂量辐射会对身体产生负面影响,所以这一疗法并不受到医生的鼓励。20世纪末至21世纪初,美国蒙大拿州的一些“健康矿井”吸引了不少渴望消除关节炎等疾病的人来饮用放射性井水和暴露在氡气之中。日本鸟取县三朝町也有富含镭的温泉。德国巴德布兰巴赫则有饮用放射性水的疗法。

但是人们很快发现氡比起治疗,更容易导致癌症,虽然氡的放射性可以杀死癌细胞,但它对健康细胞同样有损害。氡产生的电离辐射会导致自由基的形成,自由基会对细胞的结构特别是基因产生巨大的损害,以至于引发癌症。

氡并不是不可以用于放射治疗,只是需要一些处理。镭所放出的氡气经一个泵进入一条金制长管进行收集,长管再经挤压、切割,形成多个较短的部份。金可以包住氡气,并阻止α和β粒子的逃离,只滤出氡及其衰变链中的短寿命同位素(218Po、214Pb、214Bi、214Po)所发出的伽马射线,再将包含氡的微小金粒植入体内,就可以用于定点杀死病变细胞,从而治疗癌症。每个微粒的辐射量在0.05至5毫居里(2至200 MBq)之间。由于氡以及衰变链中的首几个衰变产物都具有较短的寿命,在12个半衰期(43天)之后,氡的辐射量已达到原先的2000分之一。此时主要的残余辐射来自氡的衰变产物之一210Pb,它的辐射量是氡的2000分之一。 [10-14]

含有氡气的放射性温泉

肺癌诱因——氡气

氡是一种巨大危害性的放射性物质,它是世界卫生组织(WHO) 公布的19 种主要致癌物质之一, 是仅次于香烟引起人类肺癌的第二大元凶。据联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)估计, 来自天然的辐射对公众的年有效剂量为 2.4mSv ,其中氡及其子体的贡献占54%。

在高浓度氡的暴露下,机体出现血细胞的变化如外周血液中红细胞减少,淋巴细胞减少,血管扩张,血压下降,并会导致血凝增加和高血糖。氡对人体脂肪有很高的亲和力,特别是部分神经细胞与氡结合会导致痛觉缺失。此外,由于氡是放射性气体,当人们吸入后,氡衰变过程产生的α粒子可在人的呼吸系统造成辐射损伤,诱发肺癌。人体各器官受到氡辐射剂量的程度是不同的,其中肺部受到的剂量最大。而氡在肺部产生的剂量分布也是不均匀的,气管、支气管上皮细胞层的剂量大大高于肺区或全肺的平均剂量。

流行病学研究显示低剂量的放射性污染物质氡长期作用是人群肺癌发生的危险因素之一,有研究揭示室内环境中氡浓度升高与肺癌的高发有密切关系。氡诱发的肺癌主要是中低浓度、而不是高浓度的氡造成的。对多数人而言,接触到的大部分氡来自家中。家中氡的浓度取决于:地基的岩石和泥土中铀的含量;可供氡进入家中的途径有:室内外空气的交换速度;这些主要取决于房屋的构造、居住者的通风习惯和窗户的密封程度。氡可以通过以下途径进入家中:水泥地面与墙壁连接处的裂缝;地面的缝隙;空心砖墙上的小洞;污水坑和下水道。氡水平在地下室、地窖或与泥土接触的其它结构区通常较高。多数国家采用室内空气氡浓度200-400 Bq/m³为参考水准,超过此水准就应采取缓解措施。不过人们对由居室内氡引起的潜在健康隐患的认识仍然有限。

在房屋设计和施工以前,应该对地基进行放射性测量和评价,以避免房屋建在含放射性镭等的地基上。这是降低氡及其子体潜在危害的最有效措施。例如,建在酸性岩(如花岗岩)上,内部氡浓度一般比建在沉积岩(如石灰岩、红色砂岩)上更高些,建在正变质岩(从岩浆岩经变质而成,如花岗片麻岩)要比建在副变质岩(从沉积岩经变质而成,如大理岩)上更高些。当必须在氡释放潜力较高的地址上建造房物时,必须合理地处理地基、铺垫隔离层。此外,在墙壁表面覆盖装饰贴面可以减少氡的析出,在墙壁和地面涂某些涂料可以有效抑制氡的析出。[15-18]

参考文献

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  • [2] Dorn, Friedrich Ernst (1900). “Über die von radioaktiven Substanzen ausgesandte Emanation”. Abhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Halle. Stuttgart. 22: 155.
  • [3] Rutherford, E.; Owens, R. B. (1899). “Thorium and uranium radiation”. Trans. R. Soc. Can. 2: 9–12.: “The radiation from thorium oxide was not constant, but varied in a most capricious manner”, whereas “All the compounds of Uranium give out a radiation which is remarkably constant.”
  • [4] Rutherford, E. (1900). “A radioactive substance emitted from thorium compounds”. Phil. Mag. 40: 1–4.
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