Radon

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP
²⁰⁸Rn	{syn.}	24,35 min	α ε	6,260 2,850	²⁰⁴Po ²⁰⁸At
²⁰⁹Rn	{syn.}	28,5 min	ε α	3,930 6,155	²⁰⁹At ²⁰⁵Po
²¹⁰Rn	{syn.}	2,4 h	α ε	6,159 2,374	²⁰⁶Po ²¹⁰At
²¹¹Rn	{syn.}	14,6 h	ε α	2,892 5,965	²¹¹At ²⁰⁷Po
²¹²Rn	{syn.}	23,9 min	α	6,385	²⁰⁸Po
.
²¹⁹Rn	1 %	3,96 s	α	6,946	²¹⁵Po
²²⁰Rn	9 %	55,6 s	α	6,405	²¹⁶Po
²²¹Rn	{syn.}	25,0 min	β^- α	1,22	²²¹Fr ²¹⁷Po
²²²Rn	90 %	3,824 d	α	5,590	²¹⁸Po
²²³Rn	{syn.}	23,2 min	β^-	.	²²³Fr
²²⁴Rn	{syn.}	107 min	β^-	.	²²⁴Fr

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen.
Über die natürlichen Häufigkeiten NH lässt sich keine sinnvolle
Angabe machen, weil die Isotope unabhängig voneinander
vorkommen. Statt dessen ist ihr ungefährer Anteil an der
Strahlenexposition eingetragen.

Radon (wie schon bei Radium von lat. radius „Strahl“, wegen seiner Radioaktivität) ist ein radioaktives chemisches Element. Sein Symbol ist Rn, seine Ordnungszahl ist 86. Im Periodensystem der Elemente findet man es in der Hauptgruppe der Edelgase.

Alle Isotope des Radon sind radioaktiv. Das stabilste Isotop ist Rn-222 mit einer Halbwertzeit von 3,8 Tagen; es entsteht als Zerfallsprodukt aus Radium. Andere Isotope tragen die historischen Namen Thoron (Tn) und Actinon. Da sich Radon in Häusern in schlecht belüfteten Räumen ansammeln kann, stellt es eine Gefahr für die Gesundheit dar. Radon hat am natürlichen Strahlungsaufkommen auf der Erdoberfläche den bei weitem größten Anteil (durchschnittliche effektive Dosis eines Bundesbürgers: etwa 1,1 mSv/Jahr), gefolgt von der direkten terrestrischen Strahlung mit ca. 0,4 mSv/Jahr, der direkten kosmischen Strahlung und den natürlicherweise in der Nahrung vorkommenden radioaktive Stoffen mit je etwa 0,3 mSv/Jahr.

Im Sprachgebrauch des Strahlenschutzes steht Radon meistens für Rn-222-Gas einschließlich seiner kurzlebigen Zerfallsprodukte. So schließen auch alle Dosisangaben und Grenzwerte die Wirkung der Zerfallsprodukte ein. Falls diese allgemeine Bedeutung nicht gemeint ist, wird auf Radongas, Zerfallsprodukte oder ein anderes Isotop ausdrücklich hingewiesen.

Geschichte

Radon wurde 1900 erstmals von Friedrich Ernst Dorn entdeckt; er nannte es Radium Emanation („aus Radium herausgehendes“). 1908 isolierten William Ramsay und Robert Whytlaw-Gray eine ausreichende Menge des Gases, um seine Dichte zu bestimmen; sie nannten es Niton, nach dem lateinischen nitens „leuchtend“. Seit 1923 ist die Bezeichnung Radon gebräuchlich.

Vorkommen

Im Mittel findet sich in der Erdatmosphäre ein Radonatom auf 10²¹ Moleküle in der Luft. Radon ist damit der seltenste Bestandteil der Luft. Die Quelle des Radons sind das im Gestein und im Erdreich in Spuren vorhandene Uran und Thorium, die langsam zerfallen. In deren Zerfallsreihen wird das Radon gebildet. Dieses diffundiert dann aus den obersten Bodenschichten in die Atmosphäre, ins Grundwasser, in Keller, Rohrleitungen und Bergwerke. Radon aus tiefergelegenen Erdschichten erreicht dabei nicht die Oberfläche, da es bereits auf dem Weg dorthin zerfällt.

Radon kommt deswegen vermehrt in Gebieten mit hohem Uran- und Thoriumgehalt im Boden vor. Dies sind hauptsächlich die Mittelgebirge aus Granitgestein, in Deutschland vor allem der Schwarzwald, der Bayerische Wald, das Fichtelgebirge und das Erzgebirge, in Österreich das Granitbergland im Waldviertel Hier finden sich vor allem saure und helle (leukokrate) Gesteine. Insgesamt kommt Radon in Süddeutschland in wesentlich höherer Konzentration vor als in Norddeutschland.

Manche Quellen besitzen einen bedeutenden Radonanteil. Bad Gastein mit den Gasteiner Heilstollen ist einer der bekanntesten Kurorte mit hohem Radonvorkommen. Ebenso auch Meran, Sibyllenbad, Menzenschwand, Bad Schlema, Bad Kreuznach, Bad Zell und Ischia im Golf von Neapel, neben Capri.

Weitere Orte, an denen Radon in relativ hohen Konzentrationen vorkommt, sind neben Uranerz-, Flussspat- oder Bleibergwerken auch Laboratorien und Fabriken, in denen Uran, Radium oder Thorium gehandhabt werden.

Eigenschaften

Wie alle Edelgase ist Radon chemisch fast nicht reaktiv; nur mit Fluor reagiert es zu Radonfluorid. Es ist bei Raumtemperatur eines der schwersten bekannten Gase. Unter Normalbedingungen ist Radongas farblos, geruchlos, geschmacklos; beim Abkühlen unter seinen Schmelzpunkt wird es leuchtend gelb bis orange. Als Füllung in Gasentladungsröhren erzeugt Radon weißes Licht.

Wie sein leichteres Gruppenhomologes Xenon ist Radon in der Lage, echte Verbindungen zu bilden. Es kann erwartet werden, dass diese stabiler und vielfältiger sind als beim Xenon. Das Studium der Radonchemie wird durch die hohe spezifische Aktivität des Radons sehr behindert, weil die energiereiche Strahlung zur Selbstzersetzung (Autoradiolyse) der Verbindungen führt. Eine Chemie mit wägbaren Mengen dieser Stoffe ist daher nicht möglich.

Messgrößen für Radon und seine Zerfallsprodukte

Wie bei den meisten radioaktiven Stoffen ist die übliche Mengenangabe für Radongas die Aktivität in Becquerel (Bq). Die Maßeinheit für die Radonkonzentration in Luft ist dementsprechend Bq/m³. Im Freien beträgt die mittlere Radonkonzentration ungefähr 10 Bq/m³, in Wohnräumen sind es ungefähr 50 Bq/m³ und in den Luftporen im Erdboden ungefähr 20.000 Bq/m³.

Das Zeitintegral der Radonkonzentration heißt Radonexposition mit der Einheit Bq h/m³. Es ist praktisch die aufsummierte Radonkonzentration, der ein Mensch oder ein Messgerät während einer bestimmten Zeitspanne ausgesetzt ist.

Wesentlich komplizierter ist eine sinnvolle quantitative Angabe der Radon-Zerfallsprodukte, weil es sich dabei um ein Gemisch aus mehreren unterschiedlichen Strahlern handelt. Der professionelle Strahlenschutz in Uranerzbergwerken hat eine ganze Reihe ungewöhnlicher Messgrößen dafür hervor gebracht, von denen die gebräuchlichste die potentielle Alphaenergiekonzentration in J/m³ oder MeV/l ist. Die gleichgewichts-äquivalente Radonkonzentration beschreibt ebenfalls die Konzentration der Radon-Zerfallsprodukte und entspricht der potentiellen Alphaenergiekonzentration. Sie hat die Einheit Bq/m³ und darf nicht mit der Radongas-Konzentration verwechselt werden.

Messung von Radon und seinen Zerfallsprodukten

Für Radonmessungen gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Messgeräte. Es ist üblich, sie danach einzuteilen, ob sie Radongas oder Zerfallsprodukte messen und ob sie aktiv oder passiv arbeiten.

Messgeräte für Radongas sind meistens einfacher gebaut als Geräte für Zerfallsprodukte. Sie liefern eine Aussage über die Obergrenze einer möglichen Strahlenexposition, nicht aber über deren genaue Größe. Geräte für Zerfallsprodukte liefern die genauesten Messwerte, die noch physikalisch erfassbar sind. Alle weiteren Einflussgrößen einer Strahlenexposition sind biologischer Natur, z. B. die Atemrate eines Menschen. Deshalb verwendet der professionelle Strahlenschutz in Bergwerken Zerfallsprodukt-Messgeräte.

Aktive Geräte verwenden Pumpen oder Messelektronik und benötigen deshalb Strom während der Messung. Dazu gehören praktisch alle Laborgeräte. Passive Geräte benötigen während der Messung keinen Strom oder andere Betriebsenergie. Verschiedene Messlabors versenden sie per Post und werten sie später in einem recht aufwändigen Labor aus.

Anwendung

In der medizinischen Radonbalneologie soll Radon das menschliche Immunsystem stimulieren und dadurch Krankheiten lindern. Aus naturwissenschaftlicher Sicht ist die positive Wirkung des Radons nicht nachgewiesen. Das Radon gelangt durch die Inhalation hochaktiver radonhaltiger Luft oder in Wannenbädern durch die Haut in den menschlichen Organismus. Unter Aspekten des Strahlenschutzes ist die zusätzliche Strahlenexposition durch Radon zwar gering, jedoch nicht vernachlässigbar. Das Umweltbundesamt äußert sich daher zurückhaltend in Bezug auf die Radonbalneologie, insbesondere bei der Anwendung bei Jugendlichen und Schwangeren.

In der Hydrologie kann der Radongehalt eines Gewässers Aufschluss über die Grundwasser-Versorgung eines Gewässers geben. Regenwasser enthält fast kein Radon, Oberflächenwasser ist ebenfalls nahezu Radonfrei, bzw. gibt das Radon schnell an die Atmosphäre ab. Grundwasser hingegen weist Radonkonzentrationen auf, die um Größenordnungen über denen von Oberflächenwässern liegen. Daher ist ein hoher Gehalt an Radon im Oberflächenwasser ein Anzeiger für den Einfluss von Grundwasser.

In mehreren Ländern stützt sich die Erdbeben-Vorhersage auch auf Radonmessungen. Leichte Erschütterungen des Erdreiches sorgen für eine schnellere Ausbreitung des in der Erde entstehenden Radongases als unter normalen Bedingungen. In unterirdischen Hohlräumen steigt dadurch die Radonkonzentration messbar an.

Radonmessungen helfen bei der Suche nach Uranerz-Lagerstätten. Die Größe der Radonexhalation, also die Menge des aus dem Boden austretenden Radongases, hängt vom Radiumgehalt und der Porosität des Untergrundes ab. Während der Uranprospektion werden auf großen Gebieten einfache, passiv arbeitende Radonmessgeräte auf der Erdoberfläche oder dicht darunter ausgelegt. Überdurchschnittliche Messwerte weisen auf höhere Uran/Radium-Konzentrationen und Bodenporosität und damit auf eine mögliche Lagerstätte hin. Es gibt geologische Prozesse, die Uran und das daraus entstandene Radium voneinander trennen. Deshalb ist der Hinweis auf Uran nicht eindeutig.

Isotope

Es sind 20 Isotope des Radon bekannt. In der Erdatmosphäre kommen von ihnen nur Rn-222, Rn-220 und Rn-219 vor.

Das stabilste Isotop ist Radon-222, das ein Zerfallsprodukt des Radiumisotops Ra-226 in der Uran-Radium-Reihe ist. Es zerfällt unter Aussendung von Alphateilchen mit einer Halbwertszeit von 3,823 Tagen. Wenn Strahlenschützer von Radon ohne weitere Bezeichnung sprechen, meinen sie Rn-222. Allgemein angewendet (z. B. Radon-Messung), schließt der Begriff auch die kurzlebigen Zerfallsprodukte ein.

Radon-220 ist ein Zerfallsprodukt des Ra-224 in der Thorium-Reihe. Strahlenschützer bezeichnen es oft als Thoron. Seine Halbwertszeit beträgt 55,6 Sekunden; es zerfällt ebenfalls unter Aussendung von Alphateilchen.

Radon-219 ist ein Zerfallsprodukt des Ra-223 in der Uran-Actinium-Reihe und trägt auch die bezeichnung Actinon. Seine Halbwertszeit beträgt 3,96 Sekunden; es zerfällt ebenfalls unter Aussendung von Alphateilchen. Radiologisch ist es praktisch bedeutungslos.

Lungenkrebs

Durch das Einatmen von Radon steigt das Risiko, an Lungenkrebs zu erkranken. Ursache dafür ist nicht das Radongas selbst, sondern die daraus entstehenden ebenfalls radioaktiven Radon-Zerfallsprodukte. Die Zerfallsprodukte sind Schwermetallatome, die zum größten Teil an Aerosolteilchen der Atemluft angelagert sind und sich im Atemtrakt abscheiden und anreichern. Die in den Zerfallsprodukten enthaltenen Alphastrahler bestrahlen die Atemwege mit den biologisch besonders wirksamen Alphateilchen. Am größten ist die Wahrscheinlichkeit, an einem Bronchialkarzinom zu erkranken, weil die lokale Strahlendosis in den Bronchien am größten ist. Bei Uran-Bergarbeitern ist Lungenkrebs durch Radon eine anerkannte Berufskrankheit. In den Anfängen des Bergbaus ist sie als Schneeberger Krankheit bekannt geworden und hat praktisch alle Bergleute in der Umgebung von Schneeberg im Erzgebirge getötet.

Rechnerische Abschätzungen aus der Lungenkrebshäufigkeit bei Bergarbeitern haben ergeben, dass Radon für etwa 10 % der Lungenkrebstodesfälle in der Normalbevölkerung verantwortlich ist. Diese Größenordnung wurde inzwischen durch epidemiologische Studien belegt. Damit gehen in der EU 20.000 Lungenkrebstodesfälle und in Deutschland etwa 3000 pro Jahr auf Radon zurück. (Die Mehrheit – 90 % – der tödlichen Lungenkrebsfälle gehen jedoch auf das Tabakrauchen zurück. In der EU fallen damit fast 180.000 Menschen und in Deutschland immerhin noch fast 27.000 Menschen dem Rauchen zum Opfer. Es können neben den chemischen Karzinogene auch im Tabak vorhanden Radonabbauprodukte beteiligt sein.)

Die Haut ist zwar ebenfalls dem Gas ausgesetzt, aber die Epidermis als absterbendes Gewebe wird von der Strahlung nur unwesentlich betroffen und schirmt das darunterliegende Gewebe effektiv ab, da die Alphastrahlung eine sehr geringe Eindringtiefe (Reichweite) besitzt.

Belastung

Wie oben bereits erwähnt, ist die regionale Belastung mit Radon in der Luft sehr unterschiedlich. Dies ist auf die unterschiedlichen Vorkommen einzelner Gesteinsarten und -zusammensetzungen zurückzuführen. Dies sind vorwiegend Regionen, in denen früher Uran abgebaut wurde, aber auch Regionen mit Granit-, Bauxit- und Schwarzschiefervorkommen weisen hohe Radonkonzentrationen im Boden, der Luft und im Wasser auf. In Häusern ist die Belastung noch einmal größer als in der freien Atmosphäre, besonders in Kellern oder im Erdgeschoss. In höheren Geschossen nimmt die Belastung stark ab. Auch alte Häuser aus Naturstein oder Lehm (Fachwerkhaus) sind stärker belastet.

Teilweise löst sich Radon auch im Grundwasser und kann, sofern das Grundwasser an Quellen austritt bzw. durch den Menschen gefördert wird, mit diesem an die Oberfläche gelangen. Radioaktives Radon kann daher auch in Brunnenschächten, Hochbehältern, Filterhallen, Wasseraufbereitungsanlagen etc. an Stellen, an denen das Wasser direkt mit der Raumluft Kontakt hat, aus dem Wasser in die Luft gelangen. Bei unzureichender Belüftung kann die Konzentration von radioaktivem Radon zu einer erhöhten Strahlenbelastung bei Menschen führen, die sich hier aufhalten.

Wichtig ist vor allem die Lüftung: Da die Fenster heute besser abgedichtet sind, werden die Räume weniger belüftet, und die Belastung ist heute größer als vor einem halben Jahrhundert. Für das Problem der Lüftung gibt es heute Fenster, die eine kleine Klappe im Rahmen besitzen, welche bei Windstille eine kontinuierliche Lüftung bewirkt. Bei stärkeren Windbewegungen schliesst sich diese Klappe, und das Fenster ist so dicht wie ein, unter heutigen Bedingungen (DIN), normales Fenster. Die jahreszeitlichen Schwankungen im Haus hängen mit einem verändertem Lüftungsverhalten im Sommer gegenüber den Wintermonaten zusammen. Aber auch die Wetterlage ist für die Schwankungen verantwortlich. So kann sich bei einer austauscharmen Wetterlage die Radonkonzentration erhöhen.

In Deutschland beträgt die durchschnittliche Radonbelastung in Innenräumen 59 Becquerel je Kubikmeter Luft.

1984 ergab eine Studie in Westdeutschland eine logarithmisch-normalverteilte Belastung bei einem Mittelwert von 40 Bq/m³ in der Raumluft.

Interessant ist auch die Belastung durch Duschen: Im Wasser findet sich ebenfalls Radon, welches beim ersten Kontakt mit der Luft in diese übergeht. Im Durchschnitt in Deutschland 4,4 kBq/m³. Während des Duschens erhöht sich die Konzentration von Radon in der Luft auf über 3000Bq/m³. Quelle: Kiefer/Koelzer.

Literatur

Hans Kiefer und Winfried Koelzer: Strahlen und Strahlenschutz. Springer-Verlag, Berlin; … 1986, ISBN 3-540-15958-4 ISBN 0-387-15958-4
GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit: Strahlung im Alltag. München 1991, ISSN 0175–4521
Veröffentlichungen der Strahlenschutzkommission; Band 47: Leitfaden zur Messung von Radon, Thoron und ihren Zerfallsprodukten. Urban und Fischer, München; 2002, ISBN 3-437-21478-0

Weblinks

Commons: Radon – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Radon – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

http://periodic.lanl.gov/elements/86.html – Los Alamos National Laboratory: Radon
http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Rn/index.html – WebElements.com: Radon
http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Rn.html – EnvironmentalChemistry.com: Radon
http://chemlab.pc.maricopa.edu/periodic/Rn.html Radonisotope
http://www.radon-info.de/shtml/home.shtml – Informationseite zum Thema Radon & Radioaktivität
http://www.bfs.de/ion/radon – Bundesamt für Strahlenschutz
Radonmessungen in Wasserversorgungsanlagen durch das Forschungszentrum Jülich
http://www.wdr.de/tv/q21/1478.0.phtml – Bericht des WDR-Wissenschafts-Magazins Q21 über Radon
http://www.univie.ac.at/Kernphysik/oenrap – Österreichische Nationale Radonprojekt
http://www.radon-info.de Radon-Info.de
http://www.cansar.org Cancer Survivors against Radon
http://www.fzk-radon.de Radonseite des Forschungszentrums Karlsruhe
http://www.ch-radon.ch Radonseite des Bundesamt für Gesundheit, Bern, Schweiz