👩‍🏫 ◽️ 🏎️ الإشعاع: القاتل الخفي وبناته أو القليل من غاز الرادون 🚶🏾 👲🏾 🧕🏽

في المقالات السابقة ومناقشتها ، جادلت مرارًا وتكرارًا: لا يمكن للطرق الحديثة اكتشاف تأثير حجم خلفية الإشعاع الطبيعي في نطاق واسع بما فيه الكفاية على صحة الإنسان. ولكن هناك عامل إشعاع طبيعي واحد ، يكون تأثيره واضحًا نسبيًا. هذا غاز الرادون الخامل المشع ، الملقب من قبل الصيادين على الكلمة الحمراء من قبل الصحفيين باسم "القاتل الخفي".

انبعاث الراديوم

في عام 1899 ، اكتشف رذرفورد وأوينز أنه بالإضافة إلى الإشعاع المشع ، يصدر الثوريوم مادة معينة ، والتي تمتلك أيضًا الخاصية الرئيسية للإشعاع المشع - القدرة على التأين - تتصرف مثل الغاز: يتم نقلها بتيار هواء ، ولا تنتشر في خط مستقيم ، تنتشر عبر خط مسامي ، تأخر بسبب أنحف الأقسام الصلبة ، وبالإضافة إلى ذلك ، "يستقر" على الأشياء الموضوعة في بيئته ، ويخبرهم أن النشاط الإشعاعي ينهار بسرعة بموجب قانون الأس. كان هذا غير عادي: قبل ذلك ، بدا النشاط الإشعاعي ظاهرة ثابتة للغاية. في وقت واحد معهم وعدم معرفة أي شيء عن عملهم ، لوحظ ظاهرة مماثلة من قبل الألماني فريدريش دورن ، الذي عمل مع الراديوم وانبعاث الغاز المشع أيضا منه. كان الغاز المنطلق من المواد المشعة يطلق عليه الانبعاث. لم تكن انبعاثات الراديوم والثوريوم هي نفسها ، وقبل كل شيء ، كان عمر النصف مختلفًا: 3.8 يومًا للراديوم و 55 ثانية للثوريوم.

بدأ رذرفورد وسودي ، اللذان انضما إليه ، في توضيح طبيعة الانبعاثات. في الطيف من تصريف الغاز في انبعاث ، كانت خطوط الهليوم موجودة. علاوة على ذلك ، زادت شدتها بسرعة في وقت واحد مع انخفاض في كثافة الإشعاع من الأنبوب مع انبعاث. كانت علاقة الهيليوم بالمعادن المشعة معروفة بالفعل: على الأرض تم عزلها أولاً من معادن تحتوي على الثوريوم. عندما كان من الممكن في عام 1903 جمع كمية كافية من الانبعاثات ، كان من الممكن رؤية طيف الانبعاث نفسه ، والذي كان مختلفًا عن أطياف جميع الغازات الأخرى. لم يكن طيفًا من الهيليوم: كان طيفًا لعنصر كيميائي جديد.
انبثاق لم يكن الهيليوم. لكنها تحولت إليه! ضعفت طيفه مع مرور الوقت ، وبدلاً من ذلك ظهر الطيف المألوف للهيليوم مع خطه الأصفر بجانب صوديوم مزدوج. لقد كان شيئًا جديدًا لا يصدق: شاهد العلماء كيف ، قبل أعينهم ، يتحول عنصر كيميائي إلى عنصر آخر.

تقع المهمة الأكثر صعوبة على دور U. Ramzai: لقد نجح في عزل كمية ضئيلة من الغاز الجديد في شكل حر وتمكن من تحديد كثافته. تبين أن الوزن الجزيئي المحسوب منه هو 222 ، وهو أقل من الكتلة الذرية للراديوم بمقدار أربعة بالضبط - الكتلة الذرية للهيليوم.

اتضح أن الراديوم تحول إلى هيليوم وانبعاث. ثم تحول الانبثاق إلى الهيليوم - وشيء آخر.

حددت الأبحاث الإضافية التي أجريت على راذرفورد جزيئات ألفا مع ذرات الهيليوم ، وتم تطوير الصورة في النهاية. حقيقة وجود ظاهرة طبيعية جديدة بشكل أساسي - تحول بعض العناصر إلى عناصر أخرى مع انبعاث جسيمات سريعة التحليق - تم تأسيسها بشكل موثوق. وكسرت كل الأفكار العلمية التي بالكاد كان لديها وقت لتتشكل. منذ وقت ليس ببعيد ، تم تشكيل مفهوم الذرة - وحدة أولية غير قابلة للتجزئة وغير قابلة للتغيير ، حيث اتضح أن الذرة يمكن أن تتحلل فجأة ، وستكون "شظاياها" ذرتين جديدتين لعناصر كيميائية أخرى.

وانبعاث ذلك ، من خلال جهود رامزي ، احتلت مكانها في النظام الدوري ، مضيفة عنصرًا آخر إلى عائلة الغاز الخاملة وتم تغيير اسمها لاحقًا غاز الرادون.

غاز الرادون كمادة

من وجهة نظر كيميائية ، يعتبر الرادون غازًا خاملًا. مثل الزينون ، فإنه ليس خامل مثل الهيليوم ، النيون أو الأرجون ، وعلى عكس الأخير ، فإنه يحتوي على بعض الخصائص الكيميائية . ومع ذلك ، في الحياة العادية يمكن إهمالها بأمان: قدرة الرادون على الدخول في مركبات كيميائية صغيرة جدًا. ولكن يتم امتصاصه بسهولة بواسطة الأنسجة والورق والكربون المنشط وهلام السيليكا ، ويذوب في الزيوت ومن محلول في الماء ينتقل بنشاط إلى الجليد عند التجمد ، وتشكيل clathrates. يشكِّل الرادون أيضًا كالاترات مستقرة مع عدد من المركبات الجزيئية الأخرى - على سبيل المثال ، كلاثرات الرادون مع الجلوكوز معروف جيدًا ويستخدم في "دواء الرادون".

يضيء الرادون النقي بسبب النشاط الإشعاعي. يضيء الضوء الأزرق المشرق خاصة الرادون السائل ، الذي يتجمد عند مزيد من التبريد وعند تغيير درجة حرارة النيتروجين السائل يغير لون التوهج إلى الأصفر ، ثم إلى اللون البرتقالي. عندما تتراكم منتجات الاضمحلال ، يصبح لون الرادون السائل والصلب ، عديم اللون في البداية ، أكثر قتامة.
ولكن خارج المختبرات الخاصة والغرف الساخنة ، لن نرى أبدًا رادون سائل أو صلب. حتى الغازية ، وجدت في الطبيعة فقط في تركيز صغير جدا. بعد كل شيء ، غرام من الراديوم يوميا يشكل كل شيء

1 م م^{3}

$1 مم ^ 3$ الرادون. لذلك ، فإن العلامة الوحيدة لوجوده ستكون دائمًا النشاط الإشعاعي - منتجاته وابنته تتحلل.

غاز الرادون باعتباره النويدات المشعة

بالإجمال ، هناك 19 نظيرًا من الرادون معروفة ، لكن نظيرتي الرادون فقط يمكن أن تصادفهما في الحياة العادية: الرادون فعليًا (انبعاث الراديوم) بكتلة ذرية تبلغ 222 ثورونًا وثورون قصير العمر مع عمر نصف يبلغ 55 ثانية وكتلة 220. وهناك أيضًا نظير رادون طبيعي ، قصير الأكتون عضوًا في سلسلة اليورانيوم 235 - الأكتينيوم ، لكن نظرًا لقلة عمر النصف وانخفاض محتوى اليورانيوم 235 و "بناته" بطبيعته ، يصعب اكتشافه. يتحول الرادون -222 ، الذي ينبعث من جسيم ألفا بطاقة 5.59 ميغا فولت ، إلى بولونيوم - 218 (غالباً ما يرمز إليه زوجات كوري القديمة ، تسمية RaA) مع عمر نصف يبلغ 3.1 دقيقة فقط ، ومرة أخرى "يبصق" ألفا - يتحول الجسيم إلى الرصاص 214 (RaB) ، أو يخضع للتسوس التجريبي ، ويتحول إلى astat-218 وعلى الفور تقريبًا - من خلال تحلل ألفا - البزموت - 214 (RaC). الرصاص 214 يتحول أيضا إلى الأخير. في الرصاص والبزموت - 214 ، يكون نصف العمر أقل بقليل من نصف ساعة ، وتتكون ذراتها ، التي تشكلت بعد التحلل ، من الوقت للتكثيف خلال هذا الوقت ، لتشكيل ما يسمى بالطلاء النشط الذي يغطي أسطح جزيئات الغبار وجزيئات الهباء الجوي الأخرى. النشاط بيتا يجعل جزيئات الغبار هذه موجبة الشحنة. Bismuth-214 ، بعد أن انبعث منه جسيم بيتا وألفا في وقت واحد تقريبًا (عبر polonium-214) ، ينتقل إلى الرصاص -21 الطويل العمر (22 عامًا) ، والذي يتم فيه تعليق سلسلة سريعة من التحولات. يمثل تحلل ألفا للبولونيوم -21 والبولونيوم-214 غالبية الجرعة الداخلية الناتجة عن الرادون -222. لكن جرعة الرادون نفسها لا تتجاوز 2٪ من إجمالي الجرعة.

هذه السلسلة من النويدات المشعة التي تنتقل بسرعة إلى بعضها البعض - البولونيوم - 218 ، الرصاص - 214 ، البزموت - 214 ، البولونيوم - 214 ، الرصاص - 210 - تسمى منتجات ابنة تسوس (DPR) الرادون وترتبط به بشكل لا ينفصم. جنبا إلى جنب مع غاز الرادون ، نتنفسهم في رئتينا ، وعندما تمطر ، تطردهم من الهواء ، بسبب مياه الأمطار التي تكتسب النشاط الإشعاعي مع عمر النصف حوالي 25 دقيقة. يمكن اكتشاف هذا النشاط الإشعاعي بسهولة عن طريق مسح أي سطح باستخدام قطعة قماش في المطر وقياس قطعة القماش باستخدام مقياس الجرعات المنزلية ، ويفضل باستخدام مستشعر الميكا (يجب إزالة غطاء الرصاص على المستشعر). في الوقت نفسه ، يأخذ الكثيرون شهادة مروعة لمقياس الجرعات على عواقب كارثة تشيرنوبيل ، فوكوشيما ، أو علامات لحادث من نوع ما تختبئه السلطات ، ولكن في الحقيقة السبب في ذلك هو غاز الرادون. ترتبط زيادة خلفية الإشعاع أثناء هطول الأمطار الغزيرة به جزئيًا (وجزئيًا مع تشتت الميونات الكونية على قطرات المطر مع تكوين إلكترونات ثانوية وإشعاع غاما bremsstrahlung).
ثورون ، من ناحية أخرى ، يعيش أقل من دقيقة وعادة ما ينهار حيث تكوّن. بعد انبعاث جزيئين ألفا في صف واحد (من خلال الجزء الحي من البولونيوم الثاني-216 - الثوريوم- A) ، يتحول إلى الرصاص 212 (الثوريوم- B) ، الذي يعيش لمدة 10 ساعات ويشكل لوحة نشطة من الثورون مع البزموت "212" الثوريوم- C) مع عمر نصف يبلغ 1 ساعة. هذا الأخير يصنع "شوكة": في أحد فروعه ، بعد أن ينبعث من جسيم ألفا ، يتحول إلى ثاليوم -208 ، المشهور بخط غاما 2.6 ميجا فولت في أقصى اليمين على مقياس الطاقة ، ومن خلال تسوس بيتا ، يتحول إلى polonium-212 ، الذي يصدر على الفور (في ميكروثانية) جسيمًا ألفا من الطاقة العالية جدًا (10.5 ميجا فولت). في كلتا الحالتين ، يتم تشكيل الرصاص المستقر -208. نظرًا لوقت الحياة القصير ، فإن عملياً لا يملك وقتًا للتخلص منه ولا نتنفسه. هذا هو بالضبط نظائر 212 المتربة التي أصبحت مصدر إشعاع ألفا بيتا وغاما من الطاقة العالية للغاية.

كخاصية لمحتوى الرادون في الهواء ، عادة ما يتم استخدام قيمة تسمى النشاط الحجمي المكافئ للتوازن (EERA). يتم حسابها للرادون 222 بواسطة الصيغة:

C_{R n e q u i v} = A_{R n} * F_{R n} = 0.10 A_{R a A} + 0.52 A_{R a B} + 0.38 A_{R a C} ،

$C_ {Rn equiv} = A_ {Rn} * F_ {Rn} = 0.10A_ {RaA} + 0.52A_ {RaB} + 0.38A_ {RaC} ،$

حيث

A_{R n}

$A_ {Rn}$ و

A_{R a A . . R a C}

$A_ {RaA..RaC}$ - النشاط الحجمي للرادون ومنتجات تسوس ابنته (Po-218، Pb-214، Bi-214) في

B q / م^{3}

$Bq / م ^ 3$ .
وبالمثل ، وفقا للصيغة

C_{T n E Q} = A_{T n} * F_{T n} = 0.91 A_{T h B} + 0.09 A_{T h C} ،

$C_ {Tn EQ} = A_ {Tn} * F_ {Tn} = 0.91A_ {ThB} + 0.09A_ {ThC} ،$

تحديد عصر ERAA من الرادون 220. هنا ThB و ThC هما ، على التوالي ، الرصاص والبزموت 212.
هنا

F_{R n}

$F_ {Rn}$ - عامل التوازن ، الذي يكون عند التوازن الكامل مساوياً للوحدة ، لكن في الممارسة العملية لا يتجاوز 0.5.

في المستقبل ، عند الحديث عن "التركيز" ، "المستوى" ، "المحتوى" ، وما إلى ذلك ، أعني بالضبط EROA.

قاتل الرادون (ومعالج قليلا)

انحطاط الرادون 222 ومنتجات ابنته يرجع إلى ما يقرب من نصف جرعة التعرض البشري الطبيعي. كما هو عمليًا النويدات المشعة الطبيعية الوحيدة الموجودة في البيئة في شكل غاز (لا يتم احتساب الكميات الضئيلة من التريتيوم والكربون المشع) ، فإن الرادون يشكل تمامًا جرعة الإشعاع إلى الرئتين من الداخل. تعد الرئتان عضوًا ذا حساسية إشعاعية عالية نسبيًا بسبب الظهارة المتجددة باستمرار للحويصلات الهوائية ، وبالتالي فإن خطر الإصابة بسرطان الرئة عند التعرض للإشعاع أعلى بثلاث مرات تقريبًا من الخطر الإجمالي لعلم الأورام مع التعرض المنتظم للجسم. وبعد انحلال الرادون ، يتم تثبيت DPR (ويشار إليه فيما بعد - البولونيوم 210 ، المكون من الرصاص 210 المتبقي في الرئتين ، والتي لديها القدرة على التراكم في الرئتين) في أنسجة الرئة وتشعيع بجزيئات ألفا ، كل منها لديه طاقة تبلغ 5 - 6 ، وللتورون - ما يصل إلى 10 MeV ، وعامل الجودة 20 ، هو "قذيفة" المدمرة للغاية. لكل ذرة من الرادون من هذه "القذائف" هناك أربع قطع ، ولذرة الثورون - ثلاثة.

وبسبب هذا (وكذلك لأن سرطان الرئة لدى غير المدخنين هو أمر نادر الحدوث) ، تنعكس حتى مستويات منخفضة نسبيا من تركيز الرادون في حدوث سرطان الرئة. وفقا لخدمة الصحة العامة بالولايات المتحدة ، فإن الرادون هو السبب الثاني لحدوث الورم لهذا التوطين بعد التدخين. في تركيز غاز الرادون في الهواء من 200

B q / م^{3}

$Bq / م ^ 3$ الخطر الإضافي لسرطان الرئة هو 220 حالة سنويا لكل مليون شخص ويزيد خطيا مع زيادة محتوى الرادون. للمقارنة ، فإن خطر الإصابة بسرطان الرئة بالنسبة لغير المدخنين والمدخنين هو 34 و 590 حالة في السنة لكل مليون شخص (الأرقام مأخوذة من محاضرات البروفيسور إ.

ويعتقد أيضًا أن الرادون ، بالإضافة إلى التأثيرات العشوائية المعروفة ، يسبب أيضًا أمراض القلب والأوعية الدموية. ومع ذلك ، يتم التعبير عن هذا الرأي عادة فيما يتعلق بمحاولة لتفسير ما يسمى بالمناطق الجيولوجية ، والتي يكون وجودها في حد ذاته موضع شك كبير.

بشكل عام ، يعتبر الرادون هو المشكلة الأكثر أهمية في الوقت الحالي لحماية السكان من تهديد إشعاعي. هذا صحيح بشكل خاص في بعض المناطق حيث ينبعث الرادون بنشاط من أحشاء الأرض وتركيزه في الطوابق السفلية وفي الطوابق الأولى من المباني عالية للغاية.

مثل هذا المكان على الأرض ، على سبيل المثال ، مياه القوقاز المعدنية ، بشتاو. لتقييم مدى خطورة ذلك ، أوصي بمشاهدة هذا الفيديو:

هل يمكنك أن تتخيل ماذا سيحدث لرئتي شخص يتطفل هناك دون حماية الجهاز التنفسي؟
لوحظ نفس الوضع كما هو الحال في مياه القوقاز المعدنية في مناطق أخرى معروفة بمناجمها من الجرانيت والبراكين والينابيع الساخنة وخامات اليورانيوم - سويسرا والنمسا وجمهورية التشيك ، على نطاق أصغر - فنلندا وشمال غرب روسيا ، وكذلك جنوب سيبيريا ، الشرق الأقصى. في هذه المناطق ، هناك حاجة ماسة إلى اتخاذ تدابير للحد من تركيز الرادون في المباني السكنية - حماية الرادون.

تُظهر الخريطة أدناه الجرعات التي وردت من الرادون من قبل سكان المناطق المختلفة في روسيا (في ملليسف / سنة).

ومع ذلك ، هناك رأي مفاده أن مشكلة غاز الرادون مبالغ فيها. الأرقام المذكورة أعلاه عن حالات الإصابة بالسرطان غير مثبتة تجريبياً ، ولكنها محسوبة ، بناءً على حالات الأشخاص الذين يعيشون ويعملون على مستويات كبيرة من عمال الرادون - عمال المناجم والعمال وسكان منتجعات الرادون ، إلخ. ومع ذلك ، فإن مفهوم غير العتبة ، على أساس أن هذه الأرقام يتم حسابها ، لم يثبت تجريبيا ويظل فرضية ، وإن كان يستند إلى أسس نظرية. كحجة ، يشار عادةً إلى التأثير العلاجي المعروف للرادون في الأمراض المختلفة. من المعروف أن الرادون له تأثير مسكن ومضاد للالتهابات ، على الأرجح (من خلال زيادة في إنتاج DOPA والمركبات النشطة بيولوجيًا ذات الصلة بواسطة الخلايا الصباغية للجلد) ، وتفعيل عدد من آليات الغدد الصم العصبية التي تعطي تأثيرًا واضحًا على الجهاز القلبي الوعائي والجهاز العصبي ، وكذلك يعزز دوران الأوعية الدقيقة. حمامات الرادون أثبتت فعاليتها في العديد من الأمراض.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك أدلة على أن الإشعاع ألفا للجزيئات المغلفة بـ "البلاك النشط" يحفز نشاط الأهداب الرئوي ، مما يساعد على إزالة هذه الجسيمات من الرئتين ، ويمكن لهذه الآلية أن تقلل بشكل كبير من تأثير تركيزات منخفضة من الرادون.
على الرغم من أن الثوريوم (في النشاط) لا يقل عن نسبة اليورانيوم ، فإن نسبة الثورون في الجرعة الكلية لا تتجاوز 5٪ فقط. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه "لا يعيش" مع رئتينا ، وفي معظم الحالات ، ببساطة لا يوجد لديه الوقت للوصول إلى السطح.

مصادر الرادون

يبلغ عمر النصف للرادون 222 فقط 3.8 يومًا ، ولكن نظرًا لتكوينه المستمر أثناء تحلل الراديوم ، يدخل الرادون الجديد باستمرار في الغلاف الجوي. وبالتالي ، فإن مصادر الرادون هي صخور غنية باليورانيوم ، خاصة الجرانيت ، ولكن توجد أيضًا صخور أكثر نشاطًا وغنية باليورانيوم. لذلك ، فإن الفسفوريت معروف بحمل اليورانيوم. لكن أكبر كمية من الرادون لا تنبعث من كتلة الجرانيت المتجانسة ، ولكن من العيوب المؤدية إلى أحشاء الأرض ، والتي تشكل ما يسمى "التنفس الرادون". إن تخصيص غاز الرادون هو نوع من العلامات التي يمكن من خلالها العثور على هذه العيوب ، وبالتالي رواسب المعادن المختلفة المحصورة فيها. الرادون شديد بشكل خاص في المناطق البركانية. في بعض الأحيان يجدون إصدارًا مكثفًا من غاز الرادون في أماكن لا يبدو فيها من أي مكان. دراسة مفصلة تكشف عن خطأ عميق. وكثافة انبعاث غاز الرادون غنية ، والأهم من ذلك ، أنها مصدر معلومات سريع إلى حد ما عن التغييرات في حالة باطن الأرض. تنذر اهتزازاتها بالزلازل والانفجارات البركانية ، وتسمح بالتنبؤ بتأثيرات الجبال في المناجم ، وتساعد على منع الحوادث عند حفر الآبار.

يتم تحرير الرادون أيضًا من مواد البناء. "الرائد" هنا عبارة عن الفسفوجي - مادة تم الحصول عليها كنفايات من إنتاج الأسمدة الفوسفاتية ، حيث يتركز جزء كبير من الراديوم الموجود في الفسفوريت الأولي (حيث يوجد الكثير منه ، مثل اليورانيوم) ، بحيث ينبعث الفسفون الرادون كثيرًا. ونظرًا لأن التخلص من الفسفوجيبس يمثل مشكلة حقيقية ، فإن الإغراء باستخدامه كجبس في تكوين خلائط البناء مرتفع للغاية. لذلك هناك "السباكة" وألواح الجبس التي ينبعث منها الرادون وأرضيات التسوية الذاتية والجص.

لقد تحدثت بالفعل عن النشاط الإشعاعي و "التولد الإشعاعي" للجرانيت - في حين أن حصى الجرانيت والرمال غالباً ما يصبحان مكونًا من الخرسانة المستخدمة في البناء. في الوقت نفسه ، من الضروري الاسترشاد بـ NRB-99 واستخدام أنواع من الجرانيت ، تختلف في النشاط الإشعاعي ، إذا كان ذلك مسموحاً به. ينقسم الجرانيت عادة إلى 4 فئات من النشاط الإشعاعي:

I - ما يصل إلى 370 Bq / kg - يُسمح بالتطبيق دون قيود في أي بناء ،
II - ما يصل إلى 740 Bq / kg - يمكن استخدامها في المباني غير السكنية (بما في ذلك العامة) وللكسوة الخارجية ،
III - ما يصل إلى 2800 متر مكعب / كجم - فقط لبناء الطرق خارج المستوطنات ،
IV - ما يصل إلى 3700 برميل / كجم - يمكن استخدامها في البناء فقط حيث سيتم تغطيتها بطبقة سميكة من المواد قليلة النشاط.

مع نشاط أكثر من 3700 Bq / kg ، لا يتم استخدام الجرانيت في البناء.

علاوة على ذلك ، من أجل تحضير الخرسانة للمباني السكنية ، يتم استخدام أكثر أنواع الجرانيت درجة منخفضة من النشاط الإشعاعي الأول.

قد يكون بلاط السيراميك وكسوة الجرانيت أيضًا مصدرًا للرادون في الغرف. ولكن عادة ما يمكن إهمال هذه المصادر. , , ( ) : , , . , , , . -226 «» .

, . , 50-100 /^3 . .

… . , , , , — , , . , , .

, , ? , . , «» . , — , .

«», , . - , . , , , -, , - , . — , , «», , . -, - , , ( /^3) , . , : , SIRAD MR106N, Radex MR107. , ( 10000 ). , ( -210), , , .

. . -, -214. , - , . , .

— ( ), . , . . , , , .

« ». : 600-1500 , . , , :

( , — ). 6-8 , -.

, , , - . , .

« »:

10-60 / — ,
70-150 / —
150 / —
400-600 / —

, , : - -20 , , , -03.

«» . — , , , . , , «» . - , , . .

* * *

, « », , , , , . . — .