Menu1

Publikacje

Radon ... groźniejszy niż Czarnobyl?

Obecnie wiele wagi zwraca się na niebezpieczeństwa grożące człowiekowi. Niekontrolowany rozwój przemysły spowodował znaczne zanieczyszczenie powietrza, wód, gleby, prowadząc do degradacji środowiska. Powstanie efektu cieplarnianego oraz dziury ozonowej również jest spowodowane przez człowieka i zagraża jego egzystencji na Ziemi. Gdy do tych długotrwałych i bardzo trudnych do zatrzymania procesów dodamy niebezpieczeństwa związane z katastrofami chemicznymi, czy awariami elektrowni jądrowych okaże się, że życie jest bardzo niebezpieczne.
Wszystkie te problemy są doskonale znane przeciętnemu człowiekowi. Ileż to artykułów, reportaży i programów telewizyjnych poświęcono tym tematom! Ileż pracy włożyły ruchy ekologiczne w "uświadamianie" społeczeństwa o grożących mu niebezpieczeństwach! W tej sytuacji trochę dziwi fakt całkowitego braku zainteresowania radonem, który może się okazać groźniejszy niż skutki awarii elektrowni jądrowej w Czarnobylu. Czyżby zagrożenia spowodowane przez samą naturę nie interesowały "Zielonych"?
Przebywając we własnym domu człowiek czuje się bezpiecznie. Odcięty od świata ze wszystkimi jego zagrożeniami, które wydają się być dalekie i nierealne, nie zdaje sobie sprawy z czyhającego niebezpieczeństwa. W ostatnich latach odkryto, że radon jest głównym źródłem promieniowania jonizującego (alfa, beta, gamma) oddziałującego na człowieka. Stężenie radonu w pomieszczeniach zamkniętych jest średnio kilkakrotnie wyższe niż na zewnątrz, a przecież człowiek większość życia spędza w budynkach.
W niektórych mieszkaniach stężenie radonu może być znacznie wyższe. Przekonał się o tym niejaki Stanley Watras, inżynier pracujący w jednej z elektrowni atomowych w USA. W grudniu 1985r. po przyjściu z domu do pracy wywołał on alarm urządzeń ostrzegawczych w elektrowni. Okazało się, że był skażony produktami rozpadu radonu, a następnie wykryto, że stężenie radonu w jego domu wynosiło około 100000 Bq/m3, to znaczy kilkanaście tysięcy razy więcej niż na zewnątrz. Dopuszczalna norma została przekroczona ponad 600-krotnie.
Zacznijmy od początku.

Bekerel, Bq - jednostka aktywności promieniotwórczej preparatu. 1 Bq odpowiada zachodzeniu jednego rozpadu promieniotwórczego w ciągu 1 sekundy. Spotyka się także jednostkę dawniejszą - cure, 1 Ci = 3,7E+10 Bq. 1 Bq 222Rn odpowiada 1,7E-16 g tego gazu.

Co to jest radon?

Radon jest pierwiastkiem promieniotwórczym o liczbie atomowej 86, należącym do grupy helowców. Jest najcięższym gazem szlachetnym, bezbarwnym, bezwonnym i bez smaku. Dobrze rozpuszcza się w wodzie, słabo w rozpuszczalnikach organicznych i amoniaku. Oziębiony poniżej temperatury krzepnięcia tworzy nieprzezroczyste kryształy i świeci brylantowo-niebieskim światłem.
Tabela 1. Właściwości fizyczne radonu
temperatura topnienia-71oC
temperatura wrzenia-68oC
gęstość gazu (warunki normalne)9,73 g/dm3
gęstość cieczy w temp. wrzenia4,4 g/cm3
gęstość ciała stałego4,0 g/cm3
Obecnie znanych jest 30 izotopów tego pierwiastka o liczbach masowych od 198 do 227, a zatem zawierających w jądrze 86 protonów i od 112 do 141 neutronów. Wszystkie izotopy radonu są promieniotwórcze, o różnych okresach półrozpadu: od mikrosekund do kilku dni. Większość z nich jest wytworzona sztucznie, a jedynie 3 występują naturalnie w przyrodzie. Są to izotopy 219, 220 i 222. Powstają one z ciężkich pierwiastków zawartych w skałach, w wyniku następujących po sobie rozpadów typu alfa lub beta. Kolejne produkty tych przemian tworzą tzw. szereg promieniotwórczy. Szereg taki rozpoczyna się długożyciowym izotopem promienotwórczym, a kończy izotopem trwałym. Znane są 4 szeregi, z czego 3 występują naturalnie w przyrodzie:
  1. torowy - rozpoczyna się 232Th. W szeregu tym powstaje 220Rn zwany dawniej emanacją torową lub toronem, o okresie półrozpadu 54,5s.
  2. uranowo-aktynowy - rozpoczyna się 235U. W szeregu tym powstaje 219Rn zwany emanacją aktynową lub aktynonem, o okresie półrozpadu 3,9s.
  3. uranowo-radowy - rozpoczyna się 238U. W szeregu tym powstaje 222Rn w wyniku rozpadu alfa izotopu radu 226Ra. Z tego powodu nazwano go emanacją radową lub radonem (po odkryciu, że toron, aktynon i radon to izotopy tego samego pierwiastka, nazwę radon rozszerzono na wszystkie izotopy). Ma on najdłuższy okres półrozpadu wynoszący 3,823 dnia.
Szereg uranowo-radonowy
23892U(alfa, 4,5E-9a) --> 23490Th (beta, 24,5a) --> 23491Pa (beta, 70s) -->
23492U (alfa, 267000a) --> 23090Th (alfa, 83000a) --> 22688Ra (alfa, 1630a) -->
22286Rn (alfa, 3,823d) --> 21884Po (alfa, 3,05min) --> 21482Pb (beta, 26,8min) -->
21483Bi (beta, 19,7min) --> 21484Po (alfa, 0,00015s) --> 21082Pb (beta, 22 a) -->
21083Bi (beta, 4,85d) --> 21084Po (alfa, 138,3d) --> 20682Pb (trwały)

Dlaczego 222Rn?

Tak wiele pierwiastków promieniotwórczych występuje w przyrodzie. Dlaczego akurat radon ma być najbardziej niebezpieczny? Zadecydowały o tym jego właściwości fizyczne: jest to jedyny gazowy pierwiastek promieniotwórczy. Wszystkie pozostałe są ciałami stałymi - ergo są uwięzione w skałach i nie mogą się przemieszczać. Radon natomiast może migrować ze skał i gleby ku powierzchni.
Ale dlaczego akurat 222Rn? Odpowiedź jest prosta: to najdłużej żyjący izotop. Inne naturalne izotopy radonu mają dużo krótszy czas półrozpadu, który praktycznie uniemożliwia migrację w dużej ilości na powierzchnię ziemi, a tym bardziej przenikanie do wnętrza budynków. Jak wykazują dane, izotop 220Rn stanowi 25% radonu w powietrzu atmosferycznym, a tylko 10% wewnątrz budynków. Resztę stanowi 222Rn, gdyż ilość 219Rn jest zaniedbywalna.

Źródła radonu

Radon jest gazem naturalnym, a jego bezpośrednim źródłem jest rad zawarty w skorupie ziemskiej, powstający w szeregu przemian promieniotwórczych z uranu lub toru. Stężenie uranu i toru w gruncie zmienia się w zależności od rodzaju skał i minerałów. Typowe ich stężenie wynosi 1-2 ppm (1 ppm = 1 część na milion = 0,0001%) pozostałych składników gleby. Pewne skały, np. granity, łupki ilaste, fosforyty, mogą zawierać znacznie więcej tych pierwiastków.
Tabela 2. Zawartość uranu w skałach
Rodzaj skałyZawartość
uranu (ppm)
wapienie1,3
inne skały osadowe1,2
granity4
fosforyty (Płn.Afryka)20-30
fosforyty (Floryda)120
meteoryty0,003
Tereny na których one występują
są bardziej radioaktywne niż inne
Do obszarów o zwiększonej ilości uranu lub toru w glebie należą: Wybrzeże Malabarskie w Indiach, okolice miasta Guaraari w Brazylii, niektóre tereny w Tybecie, Nigerii, Iranie, na Madagaskarze. Na wybrzeżu Malabarskim przeciętna dawka pochłaniana przez mieszkańca tych ziem jest 5 do 10 razy większa od przeciętnej dla pozostałych mieszkańców świata. Na niektórych ulicach Guarapari, gdzie piasek zawiera znaczne ilości związków toru, dawki absorbowane przez mieszkańców są nawet 2 razy większe od przeciętnej. W Polsce zwiększone tło naturalne występuje w Sudetach i na Przedgórzu Sudeckim. Promieniowanie skorupy ziemskiej jest tam średnio około 1,5 razy wyższe niż w centrum kraju.
Duże znaczenie dla stężenia radonu w powietrzu atmosferycznym ma struktura skał i gleby. Jeżeli skała jest spękana, radon może bez trudu wydostać się z niej do atmosfery, natomiast lita skała bez spękań więzi dużą część radioaktywnego gazu, znacznie utrudniając migrację.
Drugą przeszkodą mogącą utrudnić wydostanie się radonu na powierzchnię jest gleba. Typowe stężenie tego pierwiastka pomiędzy ziarnami gleby wynosi dziesiątki tysięcy Bq/m3, a średnie stężenie w powietrzu 5-10 Bq/m3. Wielką rolę gra przepuszczalność ziemi. Czysta glina ma przepuszczalność około milion razy mniejszą niż piach, co powoduje, że zatrzymuje w sobie znaczną część radonu. Tak więc gleba jest jedną z lepszych barier powstrzymujących migrację gazu na powierzchnię.
Tabela 3. Źródła radonu w atmosferze.
gleba81%
rośliny i wody gruntowe18%
oceany0,8%
budynkiok. 0,04%
gaz ziemny2E-4%
węgiel kamienny2E-5%
Innymi, stosunkowo istotnymi źródłami radonu w powietrzu, są rośliny, wody gruntowe, oceany itp. Źródłami radonu o lokalnym znaczeniu są ponadto odpady kopalniane.

Radon w budynkach

Pięć głównych źródeł radonu w domu to: materiały budowlane, gleba, woda, gaz ziemny i powietrze atmosferyczne.
Materiały budowlane są wytwarzane ze skał naturalnych. Dlatego zawierają również uran i tor, a w konsekwencji rad. Pewne materiały - takie jak betony piankowe i niektóre fosfogipsy - mają znacznie większe zawartości radu niż inne materiały i powodują zwiększone stężenie radonu wewnątrz budynków. Poza wymienionymi powyżej materiałami średnie stężenie radu w materiałach budowlanych wynosi około 100 Bq/kg. Małą aktywność wykazują: drewno, naturalny gips, piasek i żwir.
Tempo wydzielania radonu ze ścian zależy od porowatości (umożliwiającej dyfuzję), a także wszelkich zastosowanych uszczelnień powierzchni. Za pomocą malowania, gipsowania, czy wyklejania ścian tapetą można zmniejszyć ilość wydzielanego radonu około pięciokrotnie.
Drugim ważnym źródłem jest gleba i powietrze atmosferyczne. Ilość radonu pochodzącego z gleby zależy od parametrów samego podłoża, jak i konstrukcji budynku. Na przykład betonowa podłoga może zmniejszyć wydzielanie gazu do wnętrza budynku 10-krotnie. Jednak mimo to radon z gleby może stanowić poważny procent jego stężenia - zwłaszcza w piwnicach.
Innym źródłem radonu może być zasobna w ten radioizotop woda. W Polsce wody pitne mają stosunkowo małą jego zawartość. Najwyższe w kraju stężenie występuje w źródle mineralnym w Świeradowie.
Gaz ziemny lub inny spalany w mieszkaniach również przyczynia się do wzrostu skażenia budynku.

Drogi przenikania radonu do wnętrza domu:
1) przez pęknięcia w ścianach,
2) przez pęknięcia w podłodze,
3) przez złącza w konstrukcji.
Zastanówmy się teraz, w jaki sposób rado dostaje się do wnętrza budynku. Wszak jest on znacznie cięższy od powietrza i powinien pozostać w przyziemnej warstwie. Podstawowym powodem infiltracji tego gazu do domów jest nieznaczna różnica ciśnień pomiędzy wnętrzem i zewnętrzem: ciśnienie wewnątrz budynku jest o kilka paskali mniejsze niż na zewnątrz. W pierwszym momencie może się to wydać Czytelnikowi zaskakujące. Jak to możliwe? Są dwa powody. Pierwszym jest działanie w domu urządzeń "wypompowujących" powietrze na zewnątrz, np. kanalizacji czy zsypów na śmieci. Drugim, głównym powodem jest nagrzanie domu. Przecież cieplejsze powietrze jako lżejsze i bardziej rozrzedzone wywołuje mniejsze ciśnienie. W dodatku unoszenie się ciepłego powietrza działa jak pompa ssąca, wyciągając radon z niższych pomieszczeń i z gleby, a także ze ścian zewnętrznych budynku. W ten sposób radon zbiera się w mieszkaniu, zwiększając promieniowanie na które narażony jest człowiek.

Chemia radonu

Jeszcze kilkadziesiąt lat temu chemicy uważali, że pierwiastki z grupy gazów szlachetnych (a wśród nich radon) nie reagują z niczym, nie tworzą żadnych związków chemicznych. Traktowano je najbardziej rekatywnymi chemicznie substancjami, ale nie dawało to żadnych rezultatów.

Pierwszymi połączeniami radonu o stałej stechiometrii były związki klatratowe (inkluzyjne) np. Rn*6H2O i Rn*3C6H5OH. Powstają on przez zmieszanie radonu (często potrzebne jest zwiększone ciśnienie) z nadmiarem takich substancji, jak dwutlenek siarki, siarkowodór, fenol, p-chlorofenol i woda. We wszystkich tych związkach radon podczas krystalizacji zostaje uwięziony wewnątrz sieci substancji - gospodarza. Brak jest klasycznych wiązań między radonem i otaczającymi go atomami, występują jedynie słabe oddziaływania międzycząsteczkowe (tzw. siły van der Waalsa). Po rozpuszczeniu lub stopieniu związki te rozpadają się.
Dopiero w 1960r. wykazano, że niektóre helowce tworzą prawdziwe związki chemiczne, tj. takie, w których występują zwykłe wiązania chemiczne. Znana jest ogólna tendencja występująca w grupie gazów szlachetnych: hel, neon i argon nie tworzą związków, krypton tworzy nieliczne i z trudem, ksenon znacznie łatwiej. Mogłoby się wydawać, że radon jest jeszcze bardziej reaktywny, a tu... niespodzianka. Występuje on tylko na +2 stopniu utlenienia, a jedynym znanym prostym związkiem jest dwufluorek radonu RnF2. Powstaje on z radonu i fluoru w temperaturze ok. 400oC:

Rn + F2 --> RnF2

Reakcja zachodzi powoli nawet bez ogrzewania - ułatwiają ją bowiem wysokoenergetyczne cząstki, emitowane w trakcie promieniotwórczego rozpadu jąder radonu.

Dwufluorek radonu jest trwały w 200oC w atmosferze wodoru, ale powyżej 500oC reaguje z nim zgodnie z równaniem:

RnF2 + H2 --> Rn + 2HF

Pod wpływem wody związek ten hydrolizuje:

RnF2 + H2O --> Rn + 2HF + 1/2O2

Ponadto radon tworzy szereg złożonych fluorków. Przykładowo:

Rn + 2(O2)+(SbF6)- --> (RnF)+(Sb2F11) + 2O2
Rn + (IF6)+(SbF6)- --> (RnF)+(SbF6)- + IF5

Powstałe związki mają charakter jonowy. Ciekawostką jest fakt, że prowadzone są badania nad wykorzystaniem powyższych reakcji do oczyszczania powietrza w kopalniach z radonu. Skażone powietrze przepuszcza się przez pojemnik zawierający (O2)+SbF6- i radon, przereagowawszy, zostaje zatrzymany w postaci złożonego fluorku. Okazuje się, że ten sposób oczyszczania może być znacznie tańszy od tradycyjnej wentylacji.
I to właściwie cała chemia radonu - doniesienia radzieckich naukowców o syntezie RnF4, RnF6 oraz RnO3 nie zostały ostatecznie potwierdzone. Badania utrudnia wysoka promieniotwórczość Rn a wszystkie doświadczenia prowadzi się z próbkami zawierającymi mniej niż 0,001g radonu.

Literatura:
Lawrence Stein, Radiochimica Acta, 32 (1983), str. 163.
Lawrence Stein, Inorganic Chemistry, 23 (1984), str. 3670.

Pochodne radonu

Radon znajduje się w mieszkaniach w dużym stężeniu. Ponieważ jest on gazem szlachetnym mogłoby się wydawać, że możemy go wdychać (i wydychać) bez żadnych następstw. Ale...
Przyjrzyjmy się dokładniej szeregowi uranowo-radonowemu. Cztery kolejne produkty rozpadu radonu, zwane pochodnymi radonu, są krótko żyjącymi izotopami. Są to 218Po,214Pb,214Bi i 214Po. Wszystkie te izotopy mają czas półrozpadu krótszy od 30 minut. Dlatego rozpad 222Rn powoduje kaskadowo następne 4 przemiany, aż do 210Pb (okres półtrwania 22 lata). Ponadto izotopy 214Pb i 214Bi są również silnymi emiterami promieniowania gamma. Tak więc dawki spowodowane przez sam radon są znacznie mniejsze niż dawki wynikające z rozpadu jego pochodnych. Główna część promieniowania pochodzi z rozpadu 218Po i 214Po, gdyż mają one krótki czas półrozpadu i emitują ciężkie cząstki alfa.
To jeszcze nie wszystko. Przecież pochodne radonu nie są obojętne i mogą być wbudowane w tkankę płucną, gdzie będą przebywać przez dłuższy czas, niszcząc ją. Jeżeli rozpad 222Rn zdarzy się w płucach, wówczas powstały 218Po może bezpośrednio przyłączyć się do ściany oskrzeli lub wniknąć do pęcherzyków płucnych. Naraża to wówczas układ oddechowy na spore napromieniowanie, które może stać się przyczyną raka płuc. Jeżeli nawet rozpad 222Rn zajdzie poza organizmem, to jego pochodne zostają w większości przyłączone do aerozoli obecnych w powietrzu i po przedostaniu się do dróg oddechowych wraz z wdychanym powietrzem zostają częściowo osadzone w płucach.

Ocena stężenia radonu.

Stężenie radonu, zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz budynków, jest zależne od wielu czynników, a w dodatku (zwłaszcza w pomieszczeniach), może się bardzo szybko zmieniać. W tej sytuacji konieczne staje się określenie średniego stężenia radonu. W powietrzu atmosferycznym wynosi ono 5-10 Bq/m3. W zależności od regionu koncentracja może sięgać wartości bądź znacznie niższe (czasami wręcz rzędu 0,1 Bq/m3), bądź wyższe.
Przeciętne stężenie radonu wewnątrz budynków oszacowane zostało w Wielkiej Brytanii na 20 Bq/m3, a w USA na około 50 Bq/m3. W Polsce dostateczne badania nie zostały przeprowadzone, gdyż konieczne są do tego dziesiątki tysięcy pomiarów, a każdy pojedynczy pomiar kosztuje kilkaset tysięcy złotych.
Tabela 4. Położenie domu a stężenie radonu.
Położenie domuWielka
Brytania		Kornwalia
i Dewon
Zawartość średnia20 Bq/m3 200 Bq/m3
ilość
domów
o danym
stężeniu
radonu		 <100 Bq/m397,7%49,2%
100-200 Bq/m31,9%22,2%
200-400 Bq/m30,3%15,9%
>400 Bq/m30,1%12,7%
Wymienione wielkości stężeń są średnimi dla całych krajów. Dane z poszczególnych regionów tego samego państwa mogą się znacznie różnić. Dla przykładu przeanalizujmy dane z badań przeprowadzonych w Wielkiej Brytanii, Gdzie zmierzono koncentrację radonu w ponad 10 tys. domów.
Jak widać, średnie stężenie radonu w domach w Kornwalii i Dewonie jest 10-krotine wyższe niż w pozostałych obszarach. Oznacza to tylko tyle, że w tych regionach znacznie bardziej prawdopodobne jest zaistnienie wysokiego stężenia tego gazu w domach. Biorąc pod uwagę, że dopuszczalna norma wynosi w Wielkiej Brytanii 200 Bq/m3, możemy zaobserwować, że w 0,4% domów wartość ta została przekroczona. Natomiast w regionie Kornwalii i Dewonu ilość takich budynków przekracza 28%. Zdarzają się nawet przypadki przekroczenia 1000 Bq/m3.
Zastanówmy się teraz jakie mogą być powody tak znacznego zróżnicowania stężeń radioaktywnego gazu wewnątrz budynków, nawet w obrębie jednego regionu. Otóż czynników tych jest bardzo wiele - dotąd nie określono wszystkich powiązań ze stężeniem radonu. Dlatego koncentracja tego pierwiastka w każdym budynku, w każdym mieszkaniu, a nawet w każdym pomieszczeniu może zasadniczo się różnić. Z tych powodów wielkość ta jest niemożliwa do oszacowania.
Oto niektóre z czynników wpływających na stężenie radonu:
Tabela 5. Stężenie 226Ra w niektórych
surowcach budowlanych (Bq/kg)
rodzaj
surowca		stężenie
średnie		przedział
stężenia
pochodzenia naturalnego
gips162-36
glina4625-78
wapień163-32
piasek72-17
drewnoznikome
pochodzenia przemysłowego
popiół lotny12238-229
żużel
wielkopiecowy		11339-351
fosfogips30841-620
beton lekki8326-147
1. Materiał budowlany - jest on przecież jednym ze znaczących źródeł tego pierwiastka w domu. W zależności od tego z jakiego materiału zbudowany będzie budynek, różna ilość radonu będzie powstawać wewnątrz ścian. Szczególnie radioaktywne są wszelkie surowce pochodzenia przemysłowego: lotny popiół, żużel, fosfogips czy beton. Zawierają one stosunkowo dużo pierwiastków promieniotwórczych z radem na czele (a z rozpadu radu powstaje przecież radon).
W Polsce używa się szczególnie dużo materiałów o wysokim stężeniu radu. Wszak budownictwo wielkopłytowe osadza się głównie na betonie, a wszelkiego rodzaju prefabrykaty często są wykonywane z odpadów przemysłowych. Z tego powodu w polskich mieszkaniach stężenie radonu może okazać się szczególnie wysokie. Co prawda polskie normy prawne ograniczają dopuszczalne stężenie radu w materiałach budowlanych do 185 Bq/kg, ale czy przepisy te są przestrzegane?
Pewną ciekawostką mogą być wyniki badań przeprowadzonych w USA. Badano tam stężenie radonu w zależności od materiału z którego wykonany był budynek. Okazało się, że najniższą koncentrację tego gazu zanotowano w domach z kamienia, około dwukrotnie wyższą w domach ceglanych, a jeszcze wyższą w drewnianych. Jaka przyczyna powoduje, że budynki drewniane kumulują radon? A może badania zostały przeprowadzone nieodpowiednio? Nie wiadomo.
2. Konstrukcja domu - czyli usytuowanie w terenie, konstrukcja fundamentów, podpiwniczenie, szczeliny w budynku, itp. Cechy te decydują o tym, czy budynek może stać się pułapką dla radonu, czy nie.
3. Piętro - im pomieszczenie jest na wyższym piętrze tym niższe stężenie radonu. Wszak gaz ten jest kilkakrotnie cięższy od powietrza, co powoduje jego opadanie.
4. Strona budynku - mieszkania od strony zawietrznej mają nawet kilkakrotnie wyższe stężenie niż po stronie nawietrznej. Od strony wiatru do wnętrza "wciskane" jest powietrze atmosferyczne o małym stężeniu radonu, natomiast do mieszkań od strony zawietrznej wtłaczane jest powietrze z klatek schodowych i piwnic skażone tym gazem.
5. Wykończenie mieszkania - a więc pokrycie ścian tapetą, boazerią lub pomalowanie farbą. Ma to spory wpływ na zmniejszenie przenikania radonu ze ścian do wnętrza pomieszczeń. Okazuje się, że w łazienkach koncentracja tego pierwiastka jest przeważnie niższa niż w pozostałych pomieszczeniach, co spowodowane jest przypuszczalnie lamperią na ścianach. Tapeta również znacznie zmniejsza poziom radonu w mieszkaniu, natomiast boazeria w nieznaczny sposób zwiększa tą wielkość.

Zależność stężenia 222Rn wewnątrz pomieszczenia o kubaturze ok. 45m3 od liczby wymian powietrza w ciągu godziny, znaleziona w jednej z prac badawczych.
6. Wentylacja - a więc wymiana powietrza między budynkiem a otoczeniem. Szpary w budynkach, oknach, a przede wszystkim wietrzenie ma wpływ na obniżenie poziomu radonu. Okazuje się, że zamknięcie okien nawet na kilka godzin powoduje bardzo znaczny wzrost skażenia. Natomiast dobre wietrzenie może obniżyć stężenie radonu do poziomu zewnętrznego.
Omawiana wentylacja jest spowodowana zarówno warunkami atmosferycznymi (wiatr, ciśnienie, temperatura) jak również działalnością ludzi (otwieranie drzwi i okien, klimatyzacja). Możliwe są zmiany stężenia radonu w powietrzu spowodowane zmianami tempa wydzielania tego gazu ze ścian, co może być wywołane zmianami ciśnienia atmosferycznego. Znacznie ważniejsze są jednak dobowe i roczne wahania skażenia. Dobowe zmiany mogą być nawet 10-krotne. Na ogół stwierdza się, że maksimum występują w ciągu nocy i wczesnym rankiem, a minimum w południe.
Sezonowa zmienność stężenia radonu charakteryzuje się powolnym wzrostem od lata do zimy, kiedy to wentylacja jest najsłabsza, a różnice temperatur między wnętrzem i zewnętrzem powodują powstanie większej różnicy ciśnień, co z kolei powoduje wciąganie radonu do wnętrza. Skażenie radonem podczas zimy jest średnio o 30 Bq/m3 większe niż podczas lata.
W świetle powyższych faktów okazuje się, że wyznaczenie chwilowego stężenia jest mało użyteczne. Aby oszacować otrzymaną dawkę promieniowania pochłoniętego, pochodzącego z rozpadu radonu i jego pochodnych konieczne jest wyznaczenie średniej koncentracji tego gazu.

Radon a inne źródła promieniowania

Jednostką stosowaną do oceny zagrożenia promieniowaniem jonizującym jest sivert. W sivertach mierzymy biologiczny równoważnik dawki, który jest wielkością charakteryzującą zniszczenia w organizmie żywym spowodowane przez promieniowanie jonizujące. Dzięki porównaniu tych wielkości możemy stwierdzić, co powoduje największe uszkodzenia komórek i najbardziej szkodzi organizmowi. Poniższe dane opracowano na podstawie badań przeprowadzonych w Polsce w 1985 roku.
Rozpocznijmy od porównania dawek promieniowania otrzymanych na zewnątrz i wewnątrz budynków w tym samym czasie. Służą temu przedstawione poniżej diagramy.

Źródła promieniowania jonizującego: A) na zewnątrz budynków (1 - promieniowanie kosmiczne 37%, 2 - 220Rn 10,5%, 3 - 222Rn 31,5%, 4 - ziemskie gamma 21%), B) wewnątrz budynków (1 - promieniowanie gamma 27,5%, 2 - 222Rn w powietrzu 64%, 3 - 222Rn w gazie ziemnym i wodzie 1,5%, 4 - 220Rn 7%), C) udział różnych czynników w rocznym równoważniku dawki statystycznego Polaka (1 - 222Rn i pochodne 44%, 2 - narażenie zawodowe 2%, 3 - diagnostyka medyczna 17%, 4 - pożywienie 11%, 5 - promieniowanie gamma z gleby i budynków 12%, 6 - promieniowanie kosmiczne 9%, 7 - 220Rn i pochodne 5%).

Warto zwrócić uwagę na kilka szczegółów. Po pierwsze, dawki pochodzące od radonu i pochodnych na zewnątrz budynków stanowią około 42%, a wewnątrz dochodzą do 73% całego promienowania. Po drugie, całkowita dawka promieniowania jest na zewnątrz ponad 2,8 raza niższa niż wewnątrz. Tak więc człowiek, spędzając większość swego życia w budynkach automatycznie zwiększa swoje napromieniowanie. Aby je zminimalizować należy dużo czasu spędzać na wolnym powietrzu, a przede wszystkim dobrze wietrzyć mieszkanie.
Przejdźmy teraz do diagramu właściwego obrazującego dawki pochłonięte ze wszystkich źródeł promieniowania, przy założeniu, że człowiek przebywa w budynkach 80% swego czasu. W ciągu roku przeciętnie pochłania on 3,41 mSv promienowania.
Około 80% całkowitego rocznego równoważnika dawki, jaką w 1985 roku otrzymał statystyczny Polak pochodzi od promieniowania radionuklidów naturalnych, 17% ze źródeł stosowanych w diagnostyce medycznej, a 2% wnoszą grupy osób narażonych na promieniowanie z racji wykonywanego zawodu. narażenia zawodowe dotyczą głównie trzech grup pracowników. Górnicy wszystkich kopalń, a w Polsce głównie kopalń węgla kamiennego, narażeni są na wchłanianie zwiększonych dawek promieniowania od radonu. Następne dwie grupy to obsługa pijalni wód mineralnych zawierających radon i personel obsługujący aparaturę rentgenowską i izotopową. Istotny wkład do dawki pochłoniętej przez przeciętnego Polaka pochodzi od rentgenowskich badań medycznych. Udział promienowania radionuklidów sztucznych, które przedostały się do środowiska w wyniku próbnych wybuchów jądrowych stanowi około 0,4% całkowitego rocznego równoważnika dawki. Wartość napromieniowania spowodowanego awarią elektrowni jądrowej w Czarnobylu wyniosła w 1989 roku dla mieszkańca Polski, w zależności od rejonu kraju, od 0,015 do 0,1 mSv, co stanowi mniej niż 3% wartości rocznego równoważnika dawki. Ocenia się, że całkowite napromieniowanie spowodowane awarią tej elektrowni wyniesie w Polsce średnio 0,9mSv. Stanowi to około 1/4 średniej dawki jaką otrzymuje mieszkaniec Polski w ciągu roku. Biorąc pod uwagę, że roczna dawka promieniowania radonu wynosi około 1,7mSv okazuje się, że jest on znacznie groźniejszy niż Czarnobyl.

Zagrożenie człowieka

Na początek zdajmy sobie sprawę ze szkód jakich dokonać może w naszym organizmie promieniowaine jonizujące. Promieniowanie to przechodząc przez materię powoduje w wyniku zderzeń z elektronami materii rozbijanie molekuł chemicznych, pobudzenie molekuł i atomów tworzących te molekuły, wybijanie elektronów z atomów, czyli jonizację. W rezultacie wzdłuż drogi cząsteczki promieniowania powstaje "pas zniszczeń". Bardzo ważnym rodzajem uszkodzeń są zmiany w chromosomowym DNA. Niektóre uszkodzenia mogą być usunięte dzięki działaniu mechanizmów samo naprawczych komórki, ale pozostałe szkody mogą pociągnąć za sobą groźne dla człowieka skutki.
Oczywiście wywołany efekt zależy od rodzaju i energii cząsteczek. Cząstki alfa są dwudziestokrotnie bardziej szkodliwe dla organizmu niż cząstki gamma, a kilkunastokrotnie bardziej niż cząstki beta o tej samej energii. jest to spowodowane tym, że praktycznie wszystkie cząstki alfa są pochłaniane przez organizm, natomiast część cząstek beta i gamma przenika przez ciało nie wyrządzając szkody.
Skutki pochłonięcia dawki promieniowania jonizującego dzielimy na stochastyczne i niestochastyczne. Skutki stochastyczne to takie, w których efekt naświetlenia nie zależy wprost od pochłoniętej dawki, a jej wielkość wpływa jedynie na prawdopodobieństwo zachorowania. Nie oznacza to wcale, że zachorują osoby najmocniej napromieniowane - chociaż mają one na to największą szansę. Do typowych przykładów skutków stochastycznych należą nowotwory: białaczka oraz rak. Tak więc wysokie stężenie radonu w mieszkaniu znacznie zwiększa napromieniowanie, a to pociąga za sobą wzrost ryzyka powstania nowotworu.
Skutki stochastyczne są niemożliwe do przewidzenia. Można jedynie statystycznie oszacować zagrożenie, lecz i to napotyka na ogromne trudności z dwóch powodów. Po pierwsze omawiane skutki są długoczasowe i mogą pozostawać nieujawnione przez dziesięciolecia. Liczba zarejestrowanych białaczek po ekspozycji na promieniowanie jonizujące narasta stopniowo, osiągając maksimum po około 5 latach, a następnie maleje. Nowotwory w postaci guzów pojawiają się dopiero 10 do 30 lat po naświetleniu. Po drugie, nie można odróżnić nowotworu wywołanego substancjami chemicznymi lub innymi czynnikami od tych wywołanych przez promieniowanie jonizujące, a w szczególności przez promieniowanie radonu i jego pochodnych. Mimo to próbuje się prowadzić oszacowania.
Dane o skutkach napromieniowania pochodzą z badań ludzi narażonych na pochłonięcie dużej dawki. Są to: Wszystkie te osoby otrzymały stosunkowo duże dawki. Wykonuje się również badania ludzi mieszkających na terenach naturalnie wysokiej promieniotwórczości, pochłaniających dawki rzędu 10 mSv. Aby oszacować zagrożenie człowieka w zależności od różnego stopnia napromieniowania ekstrapoluje się otrzymane wyniki badań.
Tabela 6. Ryzyko raka płuc w zależności
od średniego stężenia radonu w domu.
stężenie Rn Bq/m3ryzyko choroby %
ogółempalącyniepalący
200,310,1
1001,550,5
2003,0101,0
4006,0202,0
Wysokie stężenie radonu i jego pochodnych powoduje zwiększenie ryzyka zachorowalności na nowotwory, a szczególnie na raka płuc.
Jak widać, ryzyko choroby jest wprost proporcjonalne do średniego stężenia radonu. Ryzyko człowieka palącego jest dziesięciokrotnie wyższe niż niepalącego, co powodowane jest substancjami rakotwórczymi zawartymi w tytoniu. Dla ludzi, którzy palą lub mieszkają z palącymi i żyją w domach o wysokim stężeniu radonu niebezpieczeństwo jest wyjątkowo wysokie. Ostatnie badania wskazują, że efekty palenia sprzęgają się z napromieniowaniem, powodując zwiększenie zagrożenia nowotworem.
Szacuje się, że rocznie w Stanach Zjednoczonych około 10 tys. zgonów na raka płuc powodowanych jest oddziaływaniem radonu. Jeden nowotwór płuc na 20 jest wywołany przez promieniowanie pochodzące od tego gazu. Czy to dużo czy mało? Prawdopodobieństwo śmierci w ogniu lub podczas wypadku w domu jest mniej więcej podobne do szansy śmierci spowodowanej przeciętną dawką pochłanianą przez człowieka, a pochodzącą od radonu. Ryzyko śmierci w wypadku samochodowym wynosi około 2%, tyle samo ile prawdopodobieństwo raka płuc grożącego człowiekowi mieszkającemu w domu o stężeniu radonu około 300 Bq/m3. Ponadto okazuje się, że radon jest potencjalnie znacznie groźniejszy od wszelkich trujących substancji chemicznych, gdyż powoduje kilkaset razy więcej wypadków śmiertelnych. Azbest, znany jako silny środek kancerogenny (rakotwórczy), powoduje 10 razy mniej zgonów niż radon. Powyższe przykłady pokazują niebezpieczeństwo spowodowane radioizotopem 222Rn na tle innych zagrożeń człowieka. Dla ludzi żyjących w budynkach o wysokim stężeniu radonu jest ono znaczne. Dla porównania, człowiek mieszkający w domu o stężeniu radonu powyżej 7400 Bq/m3 otrzymuje rocznie dawkę, zasadniczo równoważną dawce pochłoniętej przez ludzi ewakuowanych z najbliższej okolicy Czarnobyla w 1986 roku po wypadku.

Metody pomiaru

Dwie najszerzej stosowane metody pomiaru średniego stężenia radonu to: detektor cząstek alfa oraz absorbcja na węglu aktywnym i następnie zliczenie kwantów gamma z produktów rozpadu radonu.
Detektor cząstek alfa to płytka wykonana ze specjalnej masy plastycznej, którą pozostawia się w badanym punkcie na rok. (Krótszy okres nie jest reprezentatywny, gdyż stężenie radonu zmienia się sezonowo). Rozpady alfa radonu i jego produktów są bardzo energicznym procesem, zostawiającym ślad, widoczny pod mikroskopem po wytrawieniu płytki w kwasie. Ślady te są liczone w laboratorium i na tej podstawie ustala się liczbę rozpadów alfa, które zachodzą w domu. Koszt detektora i pracy laboratoryjnej wynosi w USA około 25%.
W drugiej metodzie posługujemy się otwartą puszką z węglem aktywnym, którą umieszczamy w domu. Część radonu będzie zaabsorbowana przez węgiel i zatrzymana w puszce. Po pewnym czasie, zazwyczaj 3-7 dniach, zakłada się pokrywkę i pojemnik wysyła do laboratorium. Tam otwiera się go i określa aktywność próbki węgla przez pomiar promieniowania gamma, które jest emitowane przez pochodne radonu w czasie ich rozpadu. Aktywność ta jest proporcjonalna do średniej koncentracji radonu w domu. Cena tego testu wynosi 10-25%.
Warto zwrócić uwagę na fakt, że w Stanach Zjednoczonych oba typy testów można kupić w sklepie. Każdy Amerykanin może więc sprawdzić poziom radonu we własnym domu, płacąc za badania. Może warto by zastosować podobny system w Polsce?

Metody obniżania stężenia radonu

W domach w których poziom Rn jest wysoki należy zredukować go środkami mechanicznymi. Wybranie odpowiedniej metody spośród wielu zależy od konstrukcji budynku. Znaczna redukcja stężenia może zostać osiągnięta dzięki uszczelnieniu wszystkich pęknięć i szczelin. Przykładowo, ułożona na podłodze pod dywanem nie uszkodzona elastyczna membrana izoluje od powstającego niżej radonu. Bardzo trudno jednak jest uszczelnić wszystkie szpary, tak więc bardziej efektywną metodą jest wentylacja dolnych części budynku. Najlepszym sposobem jest stworzenie podciśnienia pod podłogą poprzez np. urządzenia ssące. Wówczas większość radonu zostanie wypompowana na zewnątrz, Wietrzenie całego domu jest również skuteczne, aczkolwiek daje krótkotrwałe efekty.

Stan prawny

W większości krajów istnieje norma określająca maksymalne średnie stężenie radonu wewnątrz budynków mieszkalnych, np. w krajach skandynawskich 800 Bq/m3, w Niemczech 250 Bq/m3, w USA 150 Bq/m3. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) zaleca, aby dopuszczalne normy nie były wyższe niż 200 Bq/m3.
W Polsce obecnie nie obowiązuje żadna norma w tym zakresie. Jedynym pośrednim ograniczeniem na stężenie radonu jest dopuszczalne stężenie radu w materiałach budowlanych, które musi być mniejsze niż 185 Bq/kg.
Problem zabezpieczenia ludzi od zagrożenia ze strony radonu znalazł odbicie w zapisie paragraf 10 ust. 2 zarządzenia Państwowej Agencji Atomistyki z dnia 31 marca 1988r: "Średnie wartości roczne ekwiwalentnego stężenia radonu, określające zagrożenie od radonu i jego pochodnych w pomieszczeniach przeznaczonych na stały pobyt ludzi, oddanych do użytku po 1 stycznia 1995 nie mogą przekraczać 100 Bq/m3".
Jak widać, przyszła norma jest bardzo rygorystyczna, ale nasuwa się kilka wątpliwości. Po pierwsze, z przepisu wynika, że ograniczenie dopuszczalnego stężenia radonu nastąpi tylko w nowowybudowanych mieszkaniach. Czyżby ludziom mieszkającym w starszych budynkach radon nie zagrażał? Po drugie, wątpliwym jest przestrzeganie niniejszego zarządzenia. Przecież możliwości sprawdzenia są nader nikłe, a nawet jeżeli pomiar zostanie przeprowadzony to pozostaje jeszcze kwestia wyegzekwowania przepisu.
Dziwić może również fakt, że przepis ten wchodzi w życie dopiero w 1995r. a więc 7 lat po jego ogłoszeniu.

Podsumowanie

Problem radonu jest znany od kilkunastu lat. Nie pozostał on bynajmniej niezauważony w Polsce. Tym niemniej, wyniki badań naukowych były przedstawiane na konferencjach lub w pismach naukowych, dostępnych właściwie tylko dla specjalistów. Brakło omówienia tego problemu w pismach popularnonaukowych, przedstawienia go choćby w zarysie w środkach przekazu. W efekcie, niewielu ludzi wie, że taki problem istnieje. Artykuł ten miał na celu przedstawienie podstawowych wiadomości na ten temat. Nie chodzi o to, aby wzbudzać niezdrową sensację. Zagrożenie spowodowane promieniowaniem radonu po prostu istnieje i warto o tym wiedzieć. Może dzięki tej świadomości będziemy częściej wietrzyć mieszkania, więcej przebywać na świeżym powietrzu? Oby...

Mariusz Pietrzak - UW, Piotr Bernatowicz - UW (KCh 5/92)

    Literatura
  1. K.Pachocki, "Aura", nr 1/1990
  2. A.F.Gardner, R.S.Gillett, P.S.Phillips, "Chemistry in Britain", nr 4/1992
  3. K.Pachocki, A.Gajewski, M.Krzyżanowski, Z.Różycki, T.Majle, "Rocznik PZH", 1990, XLI, 1-2
  4. Ch.H.Atwood, "Journal of Chemical Education", nr 5/1992
  5. J.Peńsko, "Postępy Fizyki Medycznej", 23, 4 (1988)
  6. J.Peńsko, "Człowiek i Środowisko", 5/1/1981, str.49
  7. M.Siemiński, skrypt do wykładu "Wybrane zagadnienia z ekologii i ochrony środowiska. 2", Uniwersytet Warszawski, 1992

Jaskinie i radon

Brytyjscy grotołazi przeprowadzili całoroczne badania zawartości radonu w kilku tysiącach jaskiń, które odwiedzają. Średnio stwierdzono 2900 Bq/m3 (w mieszkaniach rzadko powyżej 200 Bq/m3, ale w rekordowej jaskinii w Derbyshire latem tego roku było aż 155000 Bq/m3, a zatem kilkunastogodzinna wyprawa do jaskinii wystarczała, by przekroczyć dawkę promieniowania przewidzianą na rok. Obecnie organizacja brytyjskich grotołazów zaleca swym członkom unikanie niektórych jaskiń i skracanie czasu przebywania pod ziemią, a wycieczki szkolne pragnące odwiedzać niektóre obiekty zachęca się do zmiany planów.

(New Scientist, 12-IX-1992). KCh 5/92

Telewizory i radon

F.P.Ziemba z Kaliforni zwraca uwagę, ("Nature", 1991-02-21) że ekrany telewizyjne doskonale wyłapują z powietrza wszędobylski promieniotwórczy nuklid 222Rn i jego produkty rozpadu. Jest to oczywiście związane z ładunkiem elektrostatycznym gromadzącym się na powierzchni ekranu. Co ciekawe, najwięcej cząstek radioaktywnych gromadzi się przy wyłączaniu telewizora lub komputera, zwłaszcza przy suchym powietrzu. Telewizory kolorowe zbierają promienotwórczość zdecydowanie skuteczniej.
Promieniotwórczość odbiornika TV we wszystkich zbadanych przypadkach okazywała się wielokrotnie większa niż ścian, stołów itp. Przy typowym sprzęcie oraz przeciętnych warunkach eksploatacji i wentylacji na każdy cm2 powierzchni ekranu rejestrowano zazwyczaj jeden rozpad alfa na sekundę.

KCh 2/91

Katoda ekranu telewizora jest wykonana ze stopu zawierającego tor (Th). Jest to tzw. metal ziem rzadkich. Stosuje się go w celu zwiększenia zdolności emitowania elektronów przez katodę. Elektroda ta w czasie pracy telewizora ma wysoką temperaturę, co powoduje że tor dyfunduje z jej wnętrza ku powierzchni, polepszając własności emisyjne. Jednocześnie tor ulega odparowaniu i przemieszczeniu pod wpływem pola elektrostatycznego w kierunku powierzchni ekranu. Na powierzchni może on ulegać przemianom promieniotwórczym , powodując tym samym samoistne powstawanie radonu. W lepszej klasy telewizorach są stosowane ekrany z tzw. pułapką jonową. Przepuszcza ona elektrony, lecz zatrzymuje praktycznie wszystkie jony ciężkie, w tym jony toru. W obydwu przypadkach radon jest uwięziony wewnątrz szklanego ekranu, jednak nie eliminuje to promieniowania które powstaje podczas kolejnych rozpadów (patrz Szereg uranowo-radonowy). W telewizorach kolorowych zamiast jednej elektrody są stosowane trzy, każda dla jednego z kolorów (czerwony, zielony, niebieski) lub jest stosowana jedna większa elektroda której wiązka jest następnie dzielona na trzy części. W obydwu przypadkach, w porównaniu z telewizorami czarno-białymi ilość toru oraz powierzchnia elektrod jest większa, co może powodować zwiększenie promieniowania radioaktywnego. Niniejszy przypis odnosi się nie tylko do telewizorów lecz też do wszelkiego typu monitorów (przyp: GS).

Menu2