Радиоактивный радон

РАДИОАКТИВНЫЙ РАДОН

Радоном назван наиболее долгоживущий и важнейший в практике изотоп эманации. Она известна в 19 изотопных формах с атомным номером 86 и массовыми числами от 204 до 224. Вместе с тем под названием «радон» объединяют всю плеяду эманации, поскольку все они не посредственно происходят от трех изотопов радия и имеют общие свойства, прежде всего свойства инертного газа. Главное же — название «радон» указывает на положение этого изотопического семейства в периодической системе элементов под ксеноном.
 
Тем не менее в силу традиций в радиохимической номенклатуре продолжает бытовать термин «эманация» с символом Em. Поэтому тождественными являются символы: ²²²Rn, ²²²Em и Rn; ²²⁰Rn, ²²⁰Em и Tn (торон); ²¹⁹Rn, ²¹⁹Em и An (актинон).
От соседей по нулевой группе все виды радона отличает та особенность, что они — как природные, так и полученные искусственно — радиоактивны и образуются («истекают») из радиоактивных элементов, находящихся в твердом или растворенном состоянии. Все естественные элементы с атомным весом больше 222 дают эманацию в процессе своего распада.
Радиоактивность эманации закономерна: ядра их атомов перегружены нуклонами, они содержат 86 протонов и 118—136 нейтронов. Сочетание в атоме эманации неустойчивого ядра с замкнутой электронной оболочкой во всех слоях представляет явление абсолютно исключительное в природе. В естественных условиях неизвестен какой-либо другой радиоактивный газ, кроме трех изотопов радона да еще следов ³⁷Аr, ⁴¹Аr и ⁸⁵Кr, появляющихся в атмосфере вследствие воздействие космических лучей высоких энергий на аргон и криптон.
 
Вместе с тем это самый редкий, самый рассеянный, самый тяжелый, самый токсичный из газов, созданных природой.
Известны четыре вида естественных эманации, являющихся  членами всех  трех природных  радиоактивных
семейств. Каждая эманация являет собой-одно из промежуточных звеньев в цепи распада соответствующего материнского элемента. В семействе урана-238 рождается главный член плеяды ²²²Еm (радон — Rn) — непосредственное производное самого распространенного изотопа радия-226.
 
Сравнительно недавно выяснилось, что наряду с этой эманацией в семействе урана возникает еще одна коротко-живущая эманация²¹⁸Еm — продукт превращения ²¹⁸Ро. Однако эта вторая разновидность радона образуется в ничтожно малых относительно первой разновидности количествах. В условиях установившегося радиоактивного равновесия массы ²¹⁸Rn и ²²²Rn относятся как 1 : 10¹². К тому же его период полураспада составляет только 0,019 сек. Радон-218 можно также получить искусственно.
 
Третий естественный изотоп ²²⁰Rn (торон) возникает в семействе тория как шестой от родоначальника и непосредственный продукт α-распада ²²⁴Ra (тория X). Наконец, ²¹⁹Rn (актинон) образуется из ²²³Ra (актиния X) в семействе ²³⁵U.
Что касается искусственно полученного нептуниевого ряда, то в него не входит элемент с атомным номером 86, но боковая цепочка этого семейства содержит ²¹⁷Rn с периодом полураспада 10³ сек. Среди искусственно полученных изотопов фигурируют и такие, как²¹⁵Rn, ²¹⁶Rn, ²¹⁷Rn,²¹⁸Rn, соответственно возникающие в рядах распада искусственных радиоизотопов ²²⁷U,  ²²⁸U,  ²²⁹U, ²³⁰Ra.
 
Радон — дочерний элемент долгоживущего изотопа радия-226 с периодом полураспада 1622 года. Несравнимо меньшие периоды полураспада имеют рождающие торон и актинон изотопы радия — торий X и актиний X. Они равны соответственно 3,64 и 11,2 дня.
Срок жизни всех изотопов эманации мал, и это обстоятельство, усугубляемое газообразным состоянием эманации, определяет необычайную рассеянность и малое содержание ее на Земле. Наибольшим периодом полураспада обладает радон: 3 дня 19 час 12 мин. У тор она он равен 54,5 сек, у актинона — 3,92 сек. Представляет интерес и такое статистическое понятие, как средняя продолжительность жизни  (г).  Эта константа  равна сумме времен существования всех атомов, деленной на исходное число атомов.
 
Она приблизительно в 1,45 раза больше периода полураспада. Для радона т равна 5,515 дня, для торона — 78,62 сек, а для актинона — 5,65 сек. Наибольшая продолжительность жизни радона в сочетании с наибольшей продолжительностью жизни его предшественника радия-226 среди изотопов радия определяет преимущественную распространенность радона в семействе эманации. Для самых долгоживущих искусственные изотопов период полураспада измеряется часами, для большинства же — минутами и секундами.
 
Отщепляя α-частицы, эманации превращаются в твердые радиоактивные изотопы, уже не имеющие отношения к группе инертных газов. В первой -четверти XX в. исследователи с помощью тонких экспериментов изучили сложную, часто разветвляющуюся цепь продуктов распада эманации и установили генетическую связь между ними. Не зная их истинной природы, нарекли производными радия — А, В, С, С’, С», D, Е, Е’, F и т. д. Позднее выяснилось, что-это неустойчивые изотопы астата, полония, висмута, таллия, свинца. Последнее звено в цепи превращений радона — стабильный изотоп свинца ²⁰⁶Рb. Распад торона завершается образованием стабильного ²⁰⁸Рb, а актинона — ²⁰⁷Рb.
 
Характерна способность эманации придавать всем соприкасающимся с ними телам наведенную радиоактивность. Последняя есть прямое следствие того, что радон и его изотопы — газы, в результате распада которых образуются твердые радиоактивные вещества. Выделяясь из относительно разреженных газовых молекул, эти вещества оседают в виде тончайшего налета на поверхности тел. Так можно активировать предметы одежды, кожный покров животных и человека, стены, листы бумаги, металлические пластины и т. д. Состав излучения активных осадков сложен; в него входят αβ-частицы и γ-кванты обширного энергетического спектра. Более однородна α-радиация, возникающая при непосредственном распаде эманации и при образовании их из предшественников .
Электроны образующихся при α-распаде элементов сначала могут находиться в возбужденном состоянии.
 
Порой возможен их переход на основной уровень. Такой процесс сопровождается испусканием γ-лучей. У эманации проникающее β— иγ-излучение почти отсутствует, заметно оно только у актинона. Подавляющая часть излучения всех изотопов радона приходится на α-частицы. Длина пробега в воздухе испускаемых радоном частиц равна 4,04 см. Намного меньше она в твердых и жидких телах. В силу сказанного не удается обнаружить какое-либо излучение через запаянную ампулу, только что заполненную радоном: стенки ампулы полностью задерживают α-частицы; β— и γ-лучи регистрируются спустя некоторое время, в течение которого на внутренних стенках накапливается и подвергается распаду активный осадок.
 
Поместив некоторое количество соли радия в замкнутый сосуд, станем наблюдать динамику образования радона. Если соль радия недавно перекристаллизована, то вначале радон не обнаруживается. Говорят, что радий в этот момент находится «при минимуме активности». Вскоре, однако, появляется радон, и в течение первых четырех недель его содержание нарастает — вначале быстро, затем все медленнее и примерно через месяц достигает предельной величины. При 0° С и 760 мм рт. ст. 1 г радия образует 0,66 мм³радона, и далее это количество не увеличивается. Если откачать радон из сосуда, то газ снова начнет накапливаться, пока не достигнет указанной величины. Таким образом, создается стационарное состояние, при котором число распадающихся в секунду атомов радия и радона одинаково и распад радона точно компенсируется его образованием. Такое состояние называется радиоактивным равновесием.
Подобно гелию, почти весь радон рассеян в толщах земли и вод. Верхний слой земной коры до глубины 1,6 км содержит по приблизительным подсчетам 115 т радона, в атмосфере же его меньше 4 кг. Если гелия в атмосфере относительно мало из-за отлета, то ничтожное присутствие радона обусловлено хорошей сорбируемостью в горных породах и воде и краткостью срока его жизни.
 
Как мало в природе радона (и особенно его коротко-живущих изотопов), можно представить из отношения его массы к массе равновесного радия, которое составляет 150 000. Среднее же содержание радия в горных породах равно только одной миллионной доле грамма на тонну, Но распространен радон очень широко: его находят недрах Земли, почве, водах океанов и рек, воздухе, природных газах, нефти. Практически нет радона только в воздухе и льдах Антарктики. Животные и растительные организмы также выделяют радон, поскольку в них присутствует радий (в человеческом организме содержится 0,6·10¹³—1,5·10¹⁰ г радия).
 
Радон часто служит индикатором содержания радия. Любопытны исследования вод многих водоемов. Концентрация радона в них иногда превышает то количество радия, которое соответствует состоянию равновесия. Причиной этой аномалии является подвижность вод. В моря непрерывно втекают более богатые радоном речные воды, а в воды рек и ручьев — подземные источники, вымывающие радон из радиоактивных пород.
Как упоминалось, максимальный объем радона в равновесии с 1 г радия равен 0,66 мм³, или 6,46· 10 г. На состоявшемся в 1910 г. Конгрессе по радиоактивности излучение этого количества радона было принято в качестве универсальной единицы радиоактивности и названо «кюри» в честь П. Кюри. Эта единица эквивалентна излучению такого количества любого радиоактивного вещества, которое дает 36 млрд. распадов в секунду. Последнее определение более широкое и точное.
Для оценок естественной радиоактивности кюри — слишком крупная единица. Чаще употребляют ее производные: в тысячу раз меньшую — милликюри, в миллион раз меньшую — микрокюри; миллионная часть микрокюри называется микромикрокюри. В этих единицах измеряют α-, β— и позитронную активность. Один грамм радия в динамических условиях выделяет за час 7,5 милликюри радона-222, иными словами — 4,8·10 г этого газа.
Принятый в настоящее время атомный вес радона, равный 222,04, получен расчетным путем на основании экспериментально -теоретических данных о радиоактивном распаде.
Статья на тему Радиоактивный радон