RADON W NASZYCH DOMACH
1. Podstawowe wiadomości o radonie
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. Oziębiony poniżej temperatury krzepnięcia tworzy nieprzezroczyste kryształy i świeci brylantowo-niebieskim światłem.
Obecnie znanych jest 30 izotopów tego pierwiastka o liczbach masowych od 198 do 227.
Wszystkie izotopy radonu są promieniotwórcze o różnych okresach półrozpadu: od mikrosekund do kilku dni. Większość z nich jest wytworzona sztucznie, jedynie trzy występują naturalnie w przyrodzie. Są to izotopy o liczbach masowych 219, 220 i 222.
Powstają one z ciężkich pierwiastków promieniotwórczych zawartych w skałach, w wyniku następujących po sobie rozpadów typu alfa lub beta.
Kolejne produkty tych przemian tworzą tzw. szereg promieniotwórczy. Znane są trzy szeregi naturalnie występujące w przyrodzie:
1. torowy – rozpoczyna się od 232Th. W tym szeregu powstaje 220Rn zwany toronem, o okresie półrozpadu 54,5s.
2. uranowo – aktynowy – rozpoczyna się od 235U. W szeregu tym powstaje 219Rn zwany aktynonem, o okresie półrozpadu 3,9s.
3. uranowo – radowy – rozpoczyna się od 238U. W szeregu tym powstaje najniebezpieczniejszy 222Rn – radon, w wyniku rozpadu alfa radu 226Ra
226Ra 222Rn + α
Ma on najdłuższy okres półrozpadu wynoszący 3,8 dnia.
Po odkryciu, że toron, aktynon i radon to izotopy tego samego pierwiastka, nazwę radon rozszerzono na wszystkie izotopy.
Szereg uranowo – radonowy przedstawia się następująco:
238
92U 23490 Th 23491Pa 23492U 230
90Th 22688Ra 22286Rn 21884Po 21482Pb 21483Bi 21484Po 21082Pb 21083Bi
210
84Po 20682Pb 2. Źródła radonu
Naturalna promieniotwórczość jest częścią wszechświata, zaistniała w momencie powstawania Ziemi. Wiele pierwiastków promieniotwórczych występuje w przyrodzie. Można zadać pytanie dlaczego radon jest najniebezpieczniejszy? Decydują o tym jego własności fizyczne:
jest to jedyny gazowy pierwiastek promieniotwórczy. Wszystkie pozostałe są ciałami stałymi, więc są uwięzione w skałach i nie mogą się przemieszczać. Radon natomiast może migrować ze skał i gleby ku powierzchni. Szczególnie niebezpieczny jest radon 222Rn ponieważ jest to najdłużej żyjący izotop. Inne naturalne izotopy mają dużo krótszy okres półrozpadu, który praktycznie uniemożliwia migrację w dużej ilości na powierzchnię ziemi, a tym bardziej przenikanie do wnętrza budynków. Izotop 220Rn stanowi 25% radonu w powietrzu, a tylko 10% wewnątrz budynków. Resztę stanowi 222Rn, gdyż ilość 219Rn można zaniedbać.
Radon jest gazem naturalnym, a jego bezpośrednim źródłem jest rad zawarty w śladowych ilościach w skorupie ziemskiej, powstający w szeregu przemian promieniotwórczych z uranu lub toru. Stężenie U i Th w gruncie zmienia się w zależności od rodzaju skał i minerałów.
Typowe stężenie wynosi 1-2 ppm (1 ppm = 1 część na milion = 0,0001%) pozostałych
składników gleby. Są obszary na Ziemi o znacznie zwiększonej ilości uranu lub toru w glebie, należą do nich: Wybrzeże Malabarskie w Indiach, okolice miasta Guarapari w Brazylii, niektóre tereny w Tybecie, Nigierii, Iranie, Kanadzie i na Madagaskarze. Na Wybrzeżu
Malabarskim przeciętna dawka promieniowania pochłaniana przez mieszkańca tych ziem jest 5 do 10 razy większa od przeciętnej dla pozostałych mieszkańców świata. W okolicach
Guarapari gdzie piasek zawiera znaczne ilości toru dawki adsorbowane przez mieszkańców są nawet 2 razy większe od przeciętnej. W Polsce zwiększone tło naturalne występuje w
Sudetach. Promieniowanie skorupy ziemskiej jest tam średnio 1,5 razy większe niż w centrum kraju.
Stężenie radonu w powietrzu na otwartej przestrzeni nad powierzchnią Ziemi waha się w granicach 0,1-15 Bq/m3 (średnio 10 Bq/m3), chociaż na pokrytej lodem Antarktydzie jest o dwa rzędy wielkości mniejsze. Generalnie koncentracja radonu maleje ze względną
wysokością, na ogół na wysokości powyżej 10 m nad powierzchnią ziemi nie znajduje się już
220Rn, natomiast stężenie 222Rn spada do ok. 90% wartości obserwowanej tuż nad powierzchnią. Zaobserwowano też duże wahania w ciągu doby. Maksimum przypada na wczesny ranek, a minimum na późne popołudnie i wynosi 1/3 rannego maksimum. Na przestrzeni roku poziom radonu jest największy podczas miesięcy jesiennych i zimowych, a najmniejszy w okresie wiosny. Zmiany stężenia radonu zależą od czynników
meteorologicznych, które wpływają na jego rozprzestrzenianie się w atmosferze. Koncentracja Rn w danej chwili zależy min. od tego, jak przemieszczały się masy powietrza przez ostatnie dni, od wilgotności, opadów i ciśnienia. Nad oceanami stężenie radonu jest niewielkie. Stąd też przychodzące masy powietrza oceanicznego powodują zmniejszenie się koncentracji radonu.
Duże znaczenie dla stężenia radonu w powietrzu ma struktura skał. 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. Również przeszkodą mogącą utrudnić wydostanie się radonu na powierzchnię jest gleba. Czysta glina ma przepuszczalność około milion razy mniejsza niż piach co powoduje, że zatrzymuje w sobie znaczną część radonu. Oprócz radonu zawartego w skałach i glebie bywa on obecny w wodach gruntowych i źródłach geotermalnych. W Polsce nie stanowi to większego problemu ponieważ nasze wody zawierają stosunkowo małą jego zawartość. Najwyższe w kraju stężenie występuje w źródle mineralnym w Świeradowie.
3. Radon w budynkach
Przyjmuje się, że 80% czasu spędzamy w pomieszczeniach a tylko 20% na otwartej przestrzeni. Koncentracja radonu w powietrzu atmosferycznym na otwartym terenie jest zwykle bardzo mała. Natomiast radon z podłoża wnika do wnętrza budynków, co powoduje, że jego stężenie w zamkniętych
pomieszczeniach jest o wiele większe niż na otwartej przestrzeni.
Ilość radonu pochodzącego z podłoża zależy od jego parametrów (glina i lita skała utrudnia przenikanie radonu) i konstrukcji budynku.
Radon wnika do piwnic przez pęknięcia fundamentów, przez nieszczelności
w osadzeniu rur wodociągowych i kanalizacyjnych oraz przez systemy odwadniania. Małe różnice ciśnień między gruntem pod fundament i wnętrzem pomieszczeń wywołane przez wiatry i różnicę temperatur wewnątrz i na zewnątrz domu powodują, że dom wsysa radon z podłoża. Można zapobiec powstawaniu nadciśnienia pod fundamentami przez zastosowanie rury wentylacyjnej łączącej podłoże z atmosferą zewnętrzną. Betonowa podłoga może zmniejszyć wydzielanie się radonu do wnętrza budynku 10-krotnie. Zaleca się również wietrzenie piwnic, w których należy uszczelnić nawet niewielkie pęknięcia w betonowej podłodze, ścianach, a także szczeliny wokół instalacji. Najlepszym materiałem uszczelniającym jest silikon. Jednak mimo to radon z gleby może stanowić poważny problem zwłaszcza w piwnicach. Jego źródłem mogą być także materiały budowlane i gaz ziemny doprowadzany do naszych mieszkań. Materiały budowlane są tworzywami pochodzenia mineralnego, czyli wytwarzane są ze skał. Dlatego zawierają uran i tor, a w konsekwencji rad.
Pewne materiały takie jak – betony piankowe i niektóre fosfogipsy mają znacznie większą zawartość radu niż inne materiały i powodują zwiększone stężenie radonu wewnątrz budynków. Małą aktywność wykazują: drewno, naturalny gips, piasek i żwir. Tempo wydzielania się radonu ze ścian zależy od porowatości (umożliwiającej dyfuzję), a także od zastosowania uszczelnień powierzchni. Za pomocą malowania, gipsowania czy wyklejania ścian tapetą można zmniejszyć ilość wydzielającego się radonu pięciokrotnie. Radon znajduje się więc w naszych mieszkaniach zawsze.
Stwierdzenie w drugiej połowie lat osiemdziesiątych wielkich różnic stężenia radonu w pomieszczeniach wywołała olbrzymie zainteresowanie tym problemem. Zaczęto przeprowadzać pomiary stężenia w tysiącach domów. Pomiary średniego dobowego stężenia radonu przeprowadzane na wielką skalę w różnych krajach świata pokazały, [1] że średnio w Europie wynosi ono 15-60 Bq/m3, ale w Skandynawii przekracza nawet 100 Bq/m3. W Stanach Zjednoczonych wynosi ono 46 Bq/m3, ale w kilku procentach domów przekraczało 300 Bq/m3.Obniżane są dopuszczalne limity stężenia radonu w pomieszczeniach mieszkalnych. W niektórych krajach władze samorządowe odpowiedzialne są za wykonywanie bezpłatnych pomiarów w domach, podejrzanych o występowanie dużych wartości koncentracji radonu, a także zezwolenie na budowę domu wydają dopiero po sprawdzeniu stężenia radonu w planowanym miejscu zabudowy. Szacuje się, że mieszkanie przez całe życie w domu o stężeniu radonu 150 Bq/m3 pociąga za sobą dodatkowe ryzyko 1-3% zachorowania na raka płuc. Jest porównywalne z ryzykiem śmierci w Stanach Zjednoczonych w wypadkach samochodowych.
4. Pochodne radonu
Pomimo, że radon jest gazem promieniotwórczym to ze względu na swoją bierność chemiczną wprowadzany do płuc podczas wdechu zostaje szybko usunięty przy wydechu. Zmiany spowodowane jego krótką obecnością w płucach wydają się niewielkie. W istocie tak by było, gdyby nie następował jego dalszy rozpad. Cztery kolejne produkty rozpadu radonu są krótko żyjącymi izotopami. Są to 218Po, 214Pb, 214Bi i 214Po. Wszystkie te izotopy mają okres półrozpadu krótszy od 30 minut. Dlatego rozpad 222Rn powoduje kaskadowo następne cztery przemiany, aż do 210Pb (czas półrozpadu 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 okres półrozpadu i emitują ciężkie cząstki alfa.
5. Zagrożenie dla człowieka
Do organizmu radon dostaje się podczas wdychania powietrza. Jeżeli rozpad 222Rn zdarzy się w płucach, wówczas powstały 218Po może bezpośrednio przyłączyć się do ścian oskrzeli lub wniknąć do pęcherzyków płucnych. Naraża to wówczas układ oddechowy na spore napromieniowanie. Promieniowanie to przechodząc przez materię powoduje w wyniku zderzeń z elektronami jej jonizację. W rezultacie wzdłuż drogi cząstki powstaje „pas zniszczeń”.
Bardzo ważnym rodzajem uszkodzeń są zmiany w DNA co powoduje rozregulowanie podstawowych funkcji komórek. Niektóre uszkodzenia mogą być usunięte dzięki działaniu mechanizmów samo naprawczych komórek, ale pozostałe szkody mogą pociągnąć za sobą groźne dla człowieka skutki i objawić się po latach w postaci raka płuc lub białaczki.
Oczywiście, wywołany efekt zależy od rodzaju i energii cząstek. Cząstki alfa są dwudziestokrotnie bardziej szkodliwe 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.
Stałe produkty rozpadu radonu doczepione do cząstek aerozoli, kurzu lub pyłu zawartego w powietrzu również dostają się tą samą drogą ale nie mogą już płuc opuścić. Osadzone tam promieniują i penetrują komórki błon śluzowych, oskrzeli i tkanki płucnej powodując podobne zmiany. Radioaktywne atomy uszkadzają kod genetyczny DNA, a co za tym idzie następuje rozregulowanie podstawowych funkcji komórek.
Wysokie stężenie radonu i jego pochodnych powoduje zwiększenie ryzyka zachorowania na choroby nowotworowe, a szczególnie na raka płuc.
Badania wykazały, że ryzyko choroby jest szczególnie duże dla człowieka palącego. Ryzyko to jest dziesięciokrotnie wyższe niż niepalącego, gdyż w dymie tytoniowym również znajdują się substancje rakotwórcze. Efekty palenia sprzęgają się z napromieniowaniem, powodując zwiększenie zagrożenia nowotworem. Szacuje się, że rocznie w USA około 10 tysięcy zgonów na raka płuc spowodowanych jest wdychaniem radonu. Jeden nowotwór na 20 jest wywołany przez promieniowanie tego gazu. Porównując te dane z innymi przypadkami zgonów, okazuje się prawdopodobieństwo śmierci spowodowanej przeciętną dawką radonu jest podobne do szansy śmierci w ogniu lub wypadku samochodowym. Azbest, znany jako silny środek kancerogenny, powoduje 10 razy mniej zgonów niż radon.
