Radon là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và đặc điểm vật lý cơ bản của radon

Radon là nguyên tố hóa học thuộc nhóm khí hiếm trong bảng tuần hoàn, có ký hiệu là Rn và số nguyên tử 86. Ở điều kiện thường, radon là một chất khí không màu, không mùi, không vị, nặng hơn không khí và có tính phóng xạ mạnh. Đây là một trong những khí hiếm duy nhất có tính phóng xạ tự nhiên, và thuộc chuỗi phân rã của uranium và thorium trong lớp vỏ Trái Đất.

Khối lượng mol của radon khoảng 222 g/mol, điểm nóng chảy -71°C và điểm sôi -61.7°C. Là một khí trơ, radon không phản ứng dễ dàng với các chất khác, nhưng tính phóng xạ khiến nó trở nên nguy hiểm khi tích tụ trong môi trường kín như nhà ở, tầng hầm hoặc hố khoan. Trong điều kiện áp suất khí quyển, radon có thể khuếch tán từ đất vào không khí hoặc nước ngầm.

Thuộc tính	Giá trị
Số nguyên tử	86
Khối lượng mol	222 g/mol
Điểm nóng chảy	-71°C
Điểm sôi	-61.7°C
Trạng thái	Khí không màu, phóng xạ

Nguồn gốc và cơ chế hình thành radon trong tự nhiên

Radon sinh ra từ chuỗi phân rã phóng xạ của các nguyên tố uranium ($^{238}\text{U}$) và thorium ($^{232}\text{Th}$) có trong lớp vỏ Trái Đất. Khi các nguyên tố này phân rã, chúng tạo ra một loạt các sản phẩm con, trong đó có radon ở dạng khí. Sau khi được hình thành, radon khuếch tán từ khoáng vật vào các lỗ rỗng của đất, đá và nước ngầm.

Đặc biệt, các loại đá như granit, đá phiến, đá cát kết hoặc đất phù sa có nguồn gốc trầm tích cổ chứa nhiều uranium sẽ tạo ra nồng độ radon cao hơn. Radon di chuyển chủ yếu bằng cơ chế khuếch tán và đối lưu khí qua hệ mao quản đất. Trong nước ngầm, radon cũng có thể tồn tại hòa tan và thải ra không khí khi nước được bơm lên hoặc sử dụng.

• Thành phần đá: đá chứa nhiều uranium như granit tạo nhiều radon
• Độ rỗng đất: đất tơi xốp tạo điều kiện radon khuếch tán nhanh
• Nhiệt độ và độ ẩm: ảnh hưởng tốc độ thoát khí từ đất ra không khí

Đặc tính phóng xạ và chuỗi phân rã của radon

Radon là đồng vị khí phóng xạ phát ra tia alpha. Trong chuỗi phân rã, $^{222}\text{Rn}$ phân rã thành $^{218}\text{Po}$, sau đó tiếp tục phân rã thành $^{214}\text{Pb}$, $^{214}\text{Bi}$ và cuối cùng tạo ra $^{206}\text{Pb}$ ổn định. Các sản phẩm trung gian này cũng phát xạ alpha hoặc beta có năng lượng cao, gây ion hóa mạnh trong tế bào sống.

Thời gian bán rã của $^{222}\text{Rn}$ là khoảng 3.8 ngày, đủ để khí này khuếch tán từ nguồn sinh đến không khí trong nhà. Các hạt con phân rã bám vào bụi lơ lửng và có thể bị hít vào phổi. Một số đồng vị khác như $^{220}\text{Rn}$ (thoron) và $^{219}\text{Rn}$ có thời gian bán rã ngắn hơn nên ít nguy hiểm trong môi trường sống.

Đồng vị	Thời gian bán rã	Chuỗi phân rã
$^{222}\text{Rn}$	3.8 ngày	Uranium series
$^{220}\text{Rn}$ (Thoron)	55.6 giây	Thorium series
$^{219}\text{Rn}$	3.96 giây	Actinium series

Ảnh hưởng sức khỏe và nguy cơ ung thư phổi

Radon là nguyên nhân gây ung thư phổi hàng đầu trong số các tác nhân không liên quan đến hút thuốc. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã phân loại radon là chất gây ung thư nhóm 1 – mức nguy cơ cao nhất. Người sống trong nhà có nồng độ radon trên 100 Bq/m³ có nguy cơ mắc ung thư phổi cao gấp 1.3–1.6 lần so với người sống trong nhà có mức thấp hơn.

WHO khuyến nghị ngưỡng an toàn là 100 Bq/m³, trong khi EPA (Hoa Kỳ) đặt mức hành động là 148 Bq/m³. Liều phóng xạ tích lũy do radon thường được tính theo đơn vị mSv/năm, phụ thuộc vào nồng độ khí và thời gian phơi nhiễm. Các nghiên cứu dịch tễ đã ghi nhận mối tương quan chặt chẽ giữa mức radon trong nhà và tỷ lệ tử vong do ung thư phổi.

• Nồng độ >200 Bq/m³: nguy cơ tăng đáng kể
• Phơi nhiễm kết hợp với hút thuốc: nguy cơ cộng hưởng
• Trẻ em và người cao tuổi dễ tổn thương hơn

Đo lường và phương pháp phát hiện radon

Việc phát hiện radon trong môi trường sống được thực hiện bằng các thiết bị đo chuyên dụng dựa trên nguyên lý phát hiện tia alpha hoặc ghi nhận mức ion hóa không khí. Có hai loại chính: thiết bị đo ngắn hạn (2–7 ngày) và đo dài hạn (3–12 tháng). Thiết bị phổ biến gồm buồng ion hóa điện, màng thụ hạt alpha (alpha track detector), và cảm biến điện tử hiện đại có khả năng kết nối không dây.

Để đánh giá mức nguy cơ phơi nhiễm, người ta đo nồng độ radon bằng đơn vị becquerel trên mét khối (Bq/m³). Kết quả đo được phân tích để xác định nhu cầu can thiệp hoặc thiết kế lại hệ thống thông gió. Dưới đây là bảng so sánh một số thiết bị đo phổ biến:

Loại thiết bị	Nguyên lý hoạt động	Thời gian đo	Ứng dụng
Alpha track detector	Ghi dấu hạt alpha trên phim nhựa	Dài hạn	Giám sát môi trường
Buồng ion hóa	Đo dòng ion do tia alpha tạo ra	Ngắn hạn	Kiểm tra tại chỗ
Thiết bị điện tử	Phân tích thời gian thực bằng cảm biến alpha	Liên tục	Nhà thông minh, nghiên cứu

Phân bố địa lý và mức độ phơi nhiễm toàn cầu

Mức radon trong không khí thay đổi theo địa hình, địa chất, khí hậu và thói quen xây dựng. Ở châu Âu, các quốc gia như Phần Lan, Thụy Điển, CH Séc, và Na Uy có mức radon trung bình cao. Tại Mỹ, EPA phân chia 3 vùng nguy cơ: Zone 1 (cao), Zone 2 (trung bình), Zone 3 (thấp).

Các vùng có nền đá granit hoặc đất giàu uranium thường có mức phơi nhiễm cao hơn. Ở châu Á, Nhật Bản và Trung Quốc cũng ghi nhận các vùng có nồng độ radon đáng kể, đặc biệt tại các khu dân cư xây dựng trên đá bazan hoặc sét cổ.

• EPA - Radon Zones
• EURADON - European Radon Map
• Global Radon Map

Chiến lược giảm thiểu radon trong công trình xây dựng

Việc giảm thiểu radon trong nhà ở bao gồm các biện pháp kỹ thuật như tăng cường thông gió tầng hầm, làm kín khe nứt sàn nền, sử dụng màng chống radon dưới lớp bê tông nền. Đối với nhà mới xây, thiết kế có thể tích hợp hệ thống thông hơi dưới nền (sub-slab depressurization system – SSD) giúp hút khí radon trước khi nó thấm vào không khí trong nhà.

Việc lắp đặt hệ thống cảm biến tự động giúp theo dõi mức radon thời gian thực, cảnh báo khi vượt ngưỡng nguy hiểm. Các quốc gia như Canada, Thụy Sĩ và Mỹ đã ban hành tiêu chuẩn xây dựng bắt buộc đối với các vùng có nguy cơ cao.

• SSD: hút khí dưới nền ra ngoài
• Thông gió cưỡng bức: tạo chênh lệch áp suất
• Màng chắn polyethylene: ngăn radon từ đất

Ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu khoa học của radon

Radon, mặc dù độc hại trong môi trường sống, vẫn có giá trị nhất định trong công nghiệp và nghiên cứu. Trong địa chất, khí radon được dùng làm chỉ thị cho đứt gãy kiến tạo, mạch nước ngầm hoặc hoạt động địa chấn. Việc đo đột biến radon trong đất trước động đất được nghiên cứu như một chỉ báo địa chấn tiềm năng.

Trong nghiên cứu môi trường, radon được dùng làm chất đánh dấu dòng chảy ngầm (tracer) và xác định tốc độ trao đổi khí giữa nước và khí quyển. Một số ứng dụng y học hạt nhân liều thấp còn gây tranh cãi nhưng vẫn được nghiên cứu tiếp tục.

Hạn chế, thách thức và khuyến nghị kiểm soát

Khó khăn lớn nhất trong kiểm soát radon là tính chất vô hình, không mùi và khó nhận biết nếu không đo lường thường xuyên. Chi phí lắp đặt hệ thống kiểm soát vẫn là rào cản tại nhiều nước đang phát triển. Thiếu nhận thức cộng đồng và hệ thống pháp lý chưa đầy đủ cũng làm tăng rủi ro lâu dài.

WHO và EPA khuyến cáo:

• Đo mức radon định kỳ (đặc biệt tầng hầm, nhà cấp 4)
• Áp dụng biện pháp giảm thiểu nếu vượt 100 Bq/m³
• Ban hành luật về xây dựng chống radon tại vùng nguy cơ
• Tăng cường tuyên truyền và tích hợp dữ liệu vào GIS quốc gia

Tài liệu tham khảo

1. WHO. (2009). WHO Handbook on Indoor Radon. https://www.who.int/publications/i/item/9789241547673
2. EPA. (2022). Citizen's Guide to Radon. https://www.epa.gov/radon
3. Steck, D. J. (1992). Spatial and temporal indoor radon variations. Health Physics, 62(5), 463–470.
4. IARC Monographs. (1988). Man-made Mineral Fibres and Radon, Vol. 43.
5. EURADON – European Radon Database