世界上最重的气体

发现简史

1899年R·B·欧文斯和E·卢瑟福在研究钍的放射性时发现氡，当时称为钍射气，即氡220。1900年F·E·多恩在镭制品中发现了镭射气，即氡222。1902年F·O·吉塞尔在锕化合物中发现锕射气，即氡219。

1903年，还是发现氩、氪、氖、氙一系列惰性气体的拉姆赛对它们进行了初步探索。他和索迪从溴化镭的放射产物中获得0.1立方厘米的镭射气。这样少量的气体比一个大头针的针头还小，是看不见的。探索没有取得有成效的结果。

到1904年，拉姆赛测定了它的光谱；1908年他和格雷合作测定了它的密度，确定它是一种新元素，不是别的，正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它的原子量为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。

元素分布

由于地球表面的岩石和土壤中含有微量的铀，在土壤、地表水和大气中都含有氡。大气中氡的浓度受到气象与地质等因素的影响，变化较小。根据世界各地的调查，一般室外空气中Rn的平均放射性浓度约为（0.4～2）×10贝可/升。由于氡的密度较大，空气中氡的相对含量随海拔高度的增加而迅速减少。氡在地壳中的含量极微。

物理性质

在通常条件下，氡是无色无味的气体，在标准状况下。氡较易压缩成无色的发磷光的液体。固体氡有天蓝色的钻石光泽。与其他惰性气体相比，氡显著地溶于水，氡更易溶于煤油、甲苯、二硫化碳等有机溶剂。氡很容易吸附于橡胶、活性炭、硅胶和其他吸附剂上，加热到350℃时，氡又能从活性炭上全部解吸下来。可以利用这一特性将氡与其他气体杂质分离。单质由单原子分子组成，稀有气体，有放射性，衰变时释放出高能量的α粒子，寿命最长的同位素222Rn的半衰期为3.82天。能使水分解。

化学性质

氡原子的电子组态为（Xe）4f1?5d1?6s26p?。

化学性质不活泼。利用氡与氟气直接化合，可以得到氟化氡，它与氙的相应化合物类似，但更稳定，更不易挥发。此外，氡能和水、酚等形成络合物。

已知氡的放射性同位素有2??Rn～22?Rn共27种。其中，通常所指、最重要、寿命最长的是222Rn，半衰期为3.82d，放出的α粒子能量为5.489MeV，经衰变后产生一系列子体，最后变成稳定的2??Pb。

应用领域

将铍粉和氡密封于管中，氡衰变时放出的α粒子与铍原子核进行（α，n）核反应，产生中子，可用作实验室的中子源。氡还可用作气体示踪剂，用于研究管道泄漏和气体运动等。

强烈地震前，地应力活动加强，氡气不仅运移增强，含量也会发生异常变化。如果地下含水层在地应力作用下发生形变，就会加速地下水的运动，增强氡气的扩散作用，引起氡气含量的增加。测定地下水中氡气含量的增加可以作为一种地震前兆。

制备方法

已发现质量数为199～226的全部氡同位素，除了Rn219、Rn220、Rn222是天然放射性同位素外，其余都是通过人工核反应合成的。氡是镭、钍等放射性元素蜕变时的产物。

健康危害

1.在许多国家中，氡是肺癌的第二种最重要病因。

2.根据一个国家中的平均氡水平，氡估计造成所有肺癌的3%至14%。

3.氡更有可能使吸烟者罹患肺癌，而且是非吸烟者中肺癌的主要病因。

4.氡诱发的肺癌主要是中低浓度、而不是高浓度的氡造成的，因为有许多人在家中接触这种低浓度的室内氡。

5.家中的氡浓度越低，风险也就越小。

6.对多数人而言，接触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；室内外空气的交换速度，这取决于房屋的构造、居住者的通风习惯和窗户的密封程度。

7.氡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。

8.邻近房屋中的氡浓度可有差异，而且在一座房屋中每天及每小时都可有所不同。鉴于这种起伏，估算室内空气中氡的年平均浓度需要对氡的平均浓度至少进行三个月的测定。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。

9.氡222属中毒性核素，通过呼吸系统进入人体后，能引起肺癌，也能严重地损伤肾脏。放射性工作场所空气中氡的最大容许放射性浓度为1.1贝可/升。需要注意的是，其毒性是由放射产生的α粒子造成的，并不是化学性质所至。

安全措施

氡浓度控制标准

室内氡浓度控制标准：从1995年到2004年，中国先后颁布了《住房内氡浓度控制标准》GB/T16146-1995、《民有建筑工程内部环境污染控制规范》GB50325-2001、《地下建筑氡及其子体控制标准》GB16356-1996、《人防工程平时使用环境卫生标准》GB/T17216-1998和《室内空气质量标准》GB/T118883-2002，均明确了各类建筑物的室内氡浓度控制标准。2004年国家住宅与居住环境工程中心制订的《健康住宅建设技术要点（2004版）》中也将氡浓度控制标准列入了人居健康工程的室内空气质量标准的要素之中。其中，《地下建筑氡及其子体控制标准》GB16356-1996规定：（1）已建的地下建筑的行动平衡当量浓度为400。（2）待建的地下建筑的行动平衡当量浓度为200。这是基于中国地下建筑使用情况，即通常不作为永久性住宅的考虑。若实际情况并非如此，则应采用相应标准规定的控制水平。《民用建筑工程内部环境污染控制规范》GB50325-2001规定：I.类民用建筑（住宅、医院、老年建筑、幼儿园、学校教室等）氡浓度限量≤200；Ⅱ.类民用建筑（办公楼、商店、旅馆、图书馆、展览馆、体育馆、公共交通等候车室、餐厅、理发店等）氡浓度限量≤400。并规定“民用建筑工程及室内装修工程的室内环境质量验收，应在工程完工至少7天以后、工程交付使用前进行。”“室内环境质量验收不合格的民用建筑工程，严禁投入使用。”

氡浓度控制措施

氡的源头控制技术措施：氡的防治应从源头抓起，一般性原则是：（1）使土壤中的氡进入室内的途径最少；（2）使室内外的压力差保持为零；（3）在建造房子时要满足室内氡能够容易排出的要求。具体措施如下：

正确选择地基：在设计和施工以前，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，岩石（土壤）是地下工程内部环境氡的主要来源之一。从岩石类型的角度考虑，如果建在酸性岩（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。另外，如果地下工程建在铀矿化（床）或油气田地下水流经的地方，室内氡浓度也较高。

铺垫隔离层：当必须在氡释放潜力较高的地址上建造房物时，合理地处理地基、铺垫隔离层，可在一定程度上降低进入新建房屋的氡量。

自然或强制沉积：氡子体是荷电的，这使得它们能黏附于气溶胶颗粒表面。它们也能保持为非附着状态，并且沉积到建筑物表面，从而减少暴露。实验表明，沉积到建筑物表面的氡子体量占总氡子体的百分比是气溶胶颗粒浓度的函数。当气溶胶颗粒浓度大于105个/cm3时，沉积到建筑物表面的氡子体占总氡子体的4%；而当气溶胶颗粒的浓度小于103个/cm3时，该比值为86%。观察还表明氡子体沉积到墙面上的能力高于地板和室内物体的台面。沉积消减氡子体暴露的实际应用包括：使用天花板和HVAC系统设备来降低氡子体暴露；选择强制空气供暖系统替代辐射传热系统；减少颗粒产生。比如限制吸烟和控制室内灰尘等。

防氡涂料：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。砖外附有白灰，析出率大约可以降低3倍，如果白灰外再涂有油漆，析出率又会降低1倍。如果在地下工程内表面涂上一层密封性能较好的材料，则可以阻止部分氡的析出，从而降低氡的析出率。一般防潮性能较好的材料，防氡性能也较好，这是因为防潮材料一般都具有很好的密封性能，它在阻止水分散发的同时，也阻止了氡的析出。国外有一种名为“RadonSeal”的防氡防潮涂料，当将这种涂料刷在混凝土或砖块上后，它可以渗透一定深度，增加了混凝土和砖块的密实性和强度，可以达到较好的防氡效果。国内某学院研究了一种环保防氡内墙漆，采用双层膜物质交叉聚合成膜技术，提高了漆的密实性和耐久性，防氡防潮。

防止土气进入室内的地下建筑物设计和施工：通过合理设计和建设地下室、水泥地板和管廊等地下工程，可有效地防止土气进入室内。

防止氡气进入已建好的房子：

（1）浇注水泥之前，在地板下面铺垫约10cm厚豌豆大小或再大些的砾石层，以便于在地板下面建立通风系统。

（2）在浇注地板之前，将约30cm，最小直径10cm的聚气乙烯短管垂直插入地板下面的砾石层，并将短管的上端盖好。当建筑完工后，若需要采取进一步降氡措施，则可将竖立短管的盖取下，并将其连到对流式烟道或风机驱动的排风管中。

另一种方法是在已建好的水泥板上钻一些直径为10cm的小孔，然后把风管插入这些孔中。

（3）为产生必要的空气对流，被动式通风降氡方法通常需设置从地板直达屋顶的烟囱。当装有主动通风系统时，通过屋顶的通风仍然是最好的方法。

（4）当地板下面的通风系统采用主动式通风（风机驱动）时，为防止排出的气体又反抽回去，必须采取措施及时补充空气。

避免室内真空防止土气进入室内：当室内存在真空时，土气在压力差的作用下，可能通过缝隙进入室内，因此，保持墙壁无裂缝和裂隙、窗玻璃安装严密，甚至各房间居室之间减少对流风，以免形成负压造成地下氡气上涌是比较合理的。

氡浓度其它控制措施：

（1）增强室内通风，这是降低室内氡浓度最简单、最有效的方法。这是因为：氡从土壤或结构表面析出率服从气体扩散的裴克定律，氡的扩散及扩散系数随室内温度升高和压力下降而增加，而通风能使室内外气压保持一致或者室内略高，从而减少了氡从土壤中析出的数量；同时，加大新风换气量可以把室内的氡及其子体排至室外，用室外空气稀释了室内空气中的氡浓度。以往的通风空调系统为了节能大量采用回风，使含氡的空气重复使用，加剧了氡的富集，因此，通风空调系统，尤其是地下建筑，在设计时应考虑防氡通风所需的新风换气次数。在条件有限的情况时可以采用强迫通风的方式。

（2）采用空气净化器或负离子发生器，可有效降低关门窗情况下室内氢浓度的增长速率。

（3）采用过滤或增加室内空气流动，以提高氡子体的沉积，达到降低室内氡子体的目的。

（4）减少家庭用水量以及天然气用量，并在使用时，保持浴室、厨房的良好通风。如果检测水的氡浓度过高，可采用粒状活性碳处理后饮用。

（5）覆盖室内暴露土壤，密封各种裂缝。