Радон (222Rn) представляет собой не имеющий запаха бесцветный инертный газ, образующийся в процессе радиоактивного распада урана (238U), а точнее радия (226Ra). Считается, что как элемент, вносящий свой вклад в общий естественный радиационный фон, радон обусловливает появление от 1000 до 20 000 случаев заболевания раком легких в Соединенных Штатах ежегодно.
а) Источники радона. В атмосфере радон появляется благодаря расщеплению радия, повсеместно распространенного в каменистых породах и почве. Серия распадов начинается с атома урана-238 и проходит 4 промежуточных этапа до образования радия-226 с периодом полураспада последнего, равным 1600 лет. Радий-226 расщепляется с выделением радона-222.
Период полураспада радона составляет 3,8 сут, что позволяет ему проникать через почву в дома людей, где дальнейшая дезинтеграция элемента приводит к образованию химически и радиологически активных дочерних атомов. Последние, к которым относится 4 изотопа с периодом полураспада менее 30 мин, представляют максимальную опасность для человека, так как испускают альфа-частицы (частицы с большой энергией и массой, состоящие из 2 протонов и 2 нейтронов).
Такое альфа-излучение способно вызвать клеточную трансформацию в респираторном тракте и привести к развитию рака легких, т. е. рака, фактически индуцированного радоном.
Подземные урановые рудники есть на всех континентах, в том числе в западной части Соединенных Штатов и в Канаде. Работа в них связана с колоссальной опасностью радиоактивного поражения, так как в них присутствует радон в больших концентрациях.
Было обнаружено, что и железорудные шахты, и копи, где добываются поташ, плавиковый шпат, золотоносные, цинковые и свинцовые руды, также содержат большое количество радона, в основном это обусловлено присутствием в окружающей породе радия. В прошлом отвалы шахт нередко использовались в качестве строительного материала при возведении домов, школ и других строений.
б) Определения. Почти всегда уровни радона, определяемые в помещениях или на улице, выражают в пикокюри на 1 л воздуха (пКи/л) или в единицах СИ — в беккерелях на 1 м3 воздуха (Бк/м3), а дочерние элементы — в рабочих уровнях (РУ). Месячный рабочий уровень (МРУ) определяется из расчета 170 ч (21,25 рабочих дней/мес х 8 ч/дней), проведенных на рабочем месте при одном РУ.
Таким образом, 12 ч/день контакта с радиоактивным веществом в доме при одном РУ соответствует примерно 26 месячным рабочим уровням в год, т. е. 2,1, умноженные на величину, которая характеризует профессиональный контакт. Подразумевается, что концентрации в доме и на рабочем месте одинаковы при прочих равных условиях.
Интенсивность облучения обычно определяется как число месячных рабочих уровней в год (МРУ/год).
С точки зрения дозиметрии это соответствует дозе, рождающей в 1 л воздуха 1,3 х 10s эВ потенциальной альфа-энергии. Согласно данным NCRP No. 78, в типичном случае уровни радона вне помещения в Соединенных Штатах составляют 0,2 пКи/л.
Допустимые нормы, относящиеся к общей популяции (и составляющие <0,02 РУ, или <4 пКи/л), намного ниже, чем распространяющиеся на профессиональную деятельность (в Соединеных Штатах — 4,0 МРУ в год). В среднем контакт человека с радоном вне помещений оценивается в 0,005 РУ (1,0 пКи/л). Считается, что воздействие радона с уровнем радиации в 2 пКи/л/год делает риск рака легких эквивалентным таковому при выполнении 100 рентгенограмм грудной клетки; воздействие радона при уровне лучевой нагрузки в 4 пКи/л в год приравнивает риск рака легких риску при выкуривании полпачки сигарет в день.
Если те же самые 100 человек подвергаются воздействию в среднем 1,0 РУ (200 пКи/л) в течение 70 лет, то у 14—42 человек из 100 разовьется рак легких в результате воздействия радона.
в) Механизм действия радона. Внешнее облучение за счет воздействия 222Rn и его производных, присутствующих в воздухе, составляет лишь малую долю от общей дозы, получаемой человеком за счет естественного фона. Ингаляция радона и его дочерних элементов может привести к поглощению тканями потенциально большого количества энергии, т. е. значительной общей дозы, воздействующей на эпителий трахеи и бронхов (ЭТБ) за счет короткоживущих продуктов распада, выделяющих альфа- и бета-частицы (в основном это 2,8Ро, 2,4Pb, 2,4Bi и 214Ро).
Доза облучения ЭТБ в результате воздействия радона сама по себе является мизерной, поскольку время его пребывания в легких невелико, если сравнивать его с периодом полураспада. Доза оказывается высокой благодаря распаду дочерних элементов радона, контактирующих с ЭТБ. Более 85 % дозы, поражающей ЭТБ, — это облучение альфа-частицами. Оно проникает на глубину 30 мкм от участка распада.
г) Факторы риска отравления радоном. К факторам, усиливающим действие радона на человека, относятся курение сигарет, контакт с радиацией такого рода на производстве, высокие концентрации радона из естественных источников, слишком длительный контакт с газом и большой минутный объем вентиляции (например, у детей).
д) Радон в жилом помещении. Иногда радон попадает в дом по системе водоснабжения. Что касается муниципального водопровода и открытых источников, большая часть радона успевает улетучиться или разложиться до того момента, когда вода попадает к человеку. Однако этого нельзя сказать о воде из частных колодцев. Грунтовые воды, которые поступают из глубоких горизонтов и проходят сквозь каменистые слои, обогащаются радием (такое явление наблюдается в северной части Новой Англии) за счет растворения газа, образуемого в результате распада радия.
При разбрызгивании воды в душе, смывании туалета, мойке посуды и стирке радон попадает в воздух и действует на органы дыхания. Радон может также присутствовать в природном газе.
Количество радона, поднимающегося из почвы и концентрирующегося в жилище человека, в значительной мере варьирует в зависимости от региона и места. Практически в каждом штате в США выявляются дома с концентрациями радона, превышающими установленные нормы. Согласно данным ЕРА, в 6 % американских домов (в которых проживают примерно 6 млн человек) концентрация радона выше 4 пКи/л. В Клинтоне, Нью-Джерси, около богатой радием геологической формации, называемой Ридинг Пронг, во всех из 105 проверенных домов были обнаружены концентрации этого газа, превышающие норму; в 40 домах уровень радиации оказался выше 200 пКи/л.
К территориям, где в зданиях непременно будут выявляться повышенные уровни радона, относятся те, на которых строительство велось из материалов, взятых из отвалов переработки гранита, урановой руды, глинистых сланцев и фосфатов, — все они содержат значительное количество радия и являются в связи с этим потенциальными источниками радона. Впрочем, некоторые дома в указанных местностях могут быть вполне благополучными.
Из-за многочисленности факторов, детерминирующих уровни радона внутри помещений, одни лишь геологические особенности данной местности не позволяют достаточно точно прогнозировать риск.
е) Радон как причина рака. По самым скромным оценкам на основе имеющейся информации, радон является одним из самых значимых экологических факторов, определяющих смертность. По мнению ЕРА, в Соединенных Штатах примерно 14 000 смертных случаев ежегодно обусловлено раком легких из-за действия радона на человека в его собственном жилище. Удалось также выяснить, что примерно 14 % от числа всех зарегистрированных на текущий момент случаев рака легких связано с облучением за счет распада радона. Согласно данным ЕРА, при пожизненном контакте с этим газом в концентрации 4 пКи/л риск развития рака легких составляет от 1 до 5 %.
Национальный научно-исследовательский совет (National Research Council) оценил степень риска в 0,8—1,4 %.
ж) Клиника облучения радоном. Воздействие радона, присутствующего в норме в окружающей среде, не проявляет себя никакими острыми или подострыми симптомами, если говорить о влиянии на здоровье: не бывает ни раздражения, ни каких-либо других признаков патологии. Единственный критерий оценки влияния этого элемента на здоровье человека, контактирующего с радоном, — это число случаев рака легких.
Эпидемиологические исследования среди горняков продемонстрировали возрастание частоты хронических незлокачественных заболеваний легких, таких как эмфизема, пневмосклероз и хроническая интерстициальная пневмония. Данный показатель повышается пропорционально увеличению суммарной дозы облучения и курению сигарет.
Эпидемиологические исследования и недавние работы по выявлению радона в грунтовых водах, а также анализ уровня смертности от опухолей показали отсутствие влияния данного фактора на заболеваемость злокачественными новообразованиями внелегочной локализации, например лейкозами и опухолями желудочно-кишечного тракта. Не найдено также доказательств того, что наличие радона во внешней среде отрицательно влияет на детородную функцию.
В ряде исследований не обнаружено существенной взаимосвязи между очень низкими концентрациями радона в домах (1,25 пКи/л) и раком легких. Однако такая взаимосвязь продолжает оставаться актуальной при уровнях радоновой радиоактивности, равной 4 пКи/л и выше.
з) Минимизация бытовой экспозиции радона. Агентство по защите окружающей среды США (U. S. Environmental Protection Agency — ЕРА) признает необходимым проводить обследование жилых домов на предмет выявления радона. Если уровень радиации, обусловленной радоном, достигает 4 пКи/л или превышает этот показатель, можно рекомендовать реконструкцию дома. Уровни радиации меньше 4 пКи/л также представляют определенную опасность, и во многих случаях можно найти возможность их снизить.
Радон проникает в помещения через трещины в заливных полах; через стыки в конструкциях; трещины в стенах; отверстия, присутствующие в подвесных полах и вокруг коммуникационных труб; полости в стенах и систему водоснабжения.
и) Быстрое обследование. Самый короткий путь к выяснению ситуации — быстрое обследование. При его проведении тестирующую систему оставляют в помещении на 2—90 дней в зависимости от используемого устройства. Для этих целей чаще всего прибегают к детекторам "Charcoal canister", "alpha track", "electret ion chamber", "continuous monitor" и "charcoal liquid scintillation".
Поскольку концентрация радона имеет тенденцию изменяться день ото дня и со сменой сезонов, по результатам кратковременного обследования установить среднегодовой уровень вряд ли возможно.
Если необходимо максимально быстро собрать данные, то за одним быстрым исследованием можно провести второе и на основании этого установить, нуждается ли дом в ремонте.
к) Долгое обследование. Теститующие приборы для долговременного обследования остаются в доме на срок, превышающий 90 дней. В этом случае обычно применяют детекторы "alpha track" и "electret". Такой вид обследования дает более надежные результаты в отношении среднегодового уровня радоновой радиации, чем упомянутый ранее.
л) Ослабление действия радона. Если внутри здания обнаруживаются чрезмерно высокие концентрации радона, то в первую очередь предпринимают дешевые и быстродействующие методы. К ним относятся сокращение времени пребывания в зараженной зоне и усиление вентиляции. Прежде чем предпринять более решительные шаги по предотвращению контакта с радиацией, желательно проконсультироваться с учреждением радиационного контроля в данном штате. Сведения о возможности ослабления воздействия газа можно получить во многих источниках.
Помимо увеличения интенсивности воздухообмена, к мерам по борьбе с радоном относятся герметизация фундаментов, почвенная декомпрессия (создание отрицательного давления в толще почвы), создание положительного давления внутри жилища и использование очищающих воздух устройств. Обновлению воздуха в помещениях способствуют открывание окон, проветривание подвалов и скрытых полостей, отстойников и дренажей в полах с выведением воздуха наружу, также усиление движения воздуха с помощью подвесных вентиляторов.
Впрочем, вентиляция должна быть правильно организована, так как в некоторых случаях она может способствовать понижению давления внутри здания, что приводит к усилению процесса поступления газа из почвы внутрь дома. Теплообменники реализуют возможность поступления свежего воздуха в помещения без значительной потери тепла, но в данном случае необходима правильная сбалансированность в их работе, поскольку они способны усугубить ситуацию.
