Radon

Radon (wie 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 ²²²Rn mit einer Halbwertzeit von 3,8 Tagen; es entsteht als Zerfallsprodukt aus Radium. Zwei andere natürliche Isotope tragen die historischen Namen Thoron (Tn) und Actinon. Daneben hat Radon noch zwei weitere natürliche Isotope, die aus verschiedenen Gründen praktisch in der Erdatmosphäre nicht vorkommen. Da sich die drei relativ häufigen Isotope in Häusern in schlecht belüfteten Räumen ansammeln können, stellen sie eine Gefahr für die Gesundheit dar. Radon hat am natürlichen Strahlungsaufkommen auf der Erdoberfläche den bei weitem größten Anteil (durchschnittliche effektive Dosis pro Person in Deutschland: 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 radioaktiven Stoffen mit je etwa 0,3 mSv/Jahr.

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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 im Gestein und im Erdreich in Spuren vorhandenes 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, Höhlen und Bergwerke. Radon aus tiefergelegenen Erdschichten erreicht 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 und Mühlviertel. 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. Unter Normalbedingungen ist Radongas farblos, geruchlos, geschmacklos; beim Abkühlen unter seinen Schmelzpunkt wird es leuchtend gelb bis orange. Als Füllung in Gasentladungsröhren erzeugt Radon rotes Licht^[1]. Außerdem ist es mit 9,73 mg/cm³ das mit Abstand schwerste elementare Gas.

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.

Als radioaktives Gas mit sehr hoher Dichte kann sich Radon in physiologisch bedeutenden Mengen, besonders in Kellern und den unteren Stockwerken, in Gebäuden ansammeln. Näheres dazu unter Radon in Häusern.

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 zur Anwendung bei Jugendlichen und Schwangeren.

In der Hydrologie kann der Radongehalt eines Gewässers Aufschluss über dessen Grundwasserversorgung 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 33 Isotope und 4 Kernisomere des Radon bekannt. In den drei natürlichen Zerfallsketten kommen von ihnen nur die fünf Isotope ²²³Rn, ²²²Rn, ²²⁰Rn, ²¹⁹Rn und ²¹⁸Rn vor. Eines der natürlichen Isotope ist ein Betastrahler und vier sind Alphastrahler. Daneben entsteht in der künstlichen Neptuniumreihe der Alpastrahler ²¹⁷Rn.

• Radon ²²³Rn entsteht in einer Seitenkette der Uran-Actinium-Reihe beim Zerfall des Radium ²²⁷Ra, das selbst nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,000001 % aus Thorium ²³¹Th entsteht. Es ist deshalb so selten, dass es fast nicht in der Erdatmposphäre vorkommt. Radon ²²³Rn zerfällt mit einer Halbwertszeit von 23,2 Minuten durch Betastrahlung in Francium ²²³Fr. Radiologisch ist es durch seine Seltenheit bedeutungslos.

• Radon ²²²Rn ist das Zerfallsprodukt des Radiumisotops ²²⁶Ra in der Uran-Radium-Reihe. Es ist das stabilste Radon Isotop und zerfällt unter Aussendung von Alphateilchen mit einer Halbwertszeit von 3,823 Tagen zu Polonium ²¹⁸Po. Wenn Strahlenschützer von Radon ohne weitere Bezeichnung sprechen, meinen sie ²²²Rn. Allgemein angewendet (z. B. Radon-Messung), schließt der Begriff auch die kurzlebigen Zerfallsprodukte ein.

• Radon ²²⁰Rn ist ein Zerfallsprodukt des Radium ²²⁴Ra in der Thorium-Reihe. Strahlenschützer bezeichnen es oft als Thoron. Seine Halbwertszeit beträgt 55,6 Sekunden; es zerfällt ebenfalls unter Aussendung von Alphateilchen zu Polonium ²¹⁶Po.

• Radon ²¹⁹Rn ist ein Zerfallsprodukt des Radium ²²³Ra in der Uran-Actinium-Reihe und trägt auch die Bezeichnung Actinon. Seine Halbwertszeit beträgt 3,96 Sekunden; es zerfällt ebenfalls unter Aussendung von Alphateilchen zu Polonium ²¹⁵Po. Radiologisch ist es praktisch bedeutungslos.

• Radon ²¹⁸Rn entsteht in einer Seitenkette der Uran-Radium-Reihe beim Zerfall des Astat ²¹⁸At mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,1 %, das Astat selbst entsteht nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,02 % aus Polonium ²¹⁸Po. Radon ²¹⁸Rn zerfällt mit einer Halbwertszeit von nur 35 Millisekunden unter Aussendung von Alphateilchen in Polonium ²¹⁴Po. Durch seine extrem kurze Halbwertszeit hat es praktisch keine Zeit um in die Erdatmposphäre zu kommen. Radiologisch ist es deshalb bedeutungslos.

• Radon ²¹⁷Rn entsteht in einer Seitenkette der Neptunium-Reihe beim Zerfall des Radium ²²¹Ra, das Radium selbst entsteht nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,1 % aus Francium ²²¹Fr. Die restlichen 99,9% des ²²¹Fr zerfällt zu Astat ²¹⁷At das mit 0,01% Wahrscheinlichkeit ebenfalls zu Radon ²¹⁷Rn zerfällt. Das Radonisotop entsteht daher auf zwei wegen in geringer Menge in der Neptunium-Reihe. Radon ²¹⁷Rn zerfällt mit einer Halbwertszeit von nur 54 Millisekunden unter Aussendung von Alphateilchen in Polonium ²¹³Po. Es kommt natürlich nicht vor.

Siehe auch

• Radon in Häusern
• Radonmessung
• Radon-Zerfallsprodukte

Quellen

1. ↑ Klaus Hoffmann:Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente. Urania-Verlag, Leipzig • Jena • Berlin 1979, keine ISBN, Seite 67