氡

物理性质

氡气无色、无臭、无味，单靠人类感官无法探测。在标准温度和压力下，氡是一种单原子气体，密度为9.73 kg/m³，约为海平面地球大气密度（1.217 kg/m³）的8倍。氡是密度最高的稀有气体，也是室温下密度最高的气体之一。虽然在标准温度和压力下无色，但它在冷却至冰点202 K以下后会因放射性发光，随温度降低而从黄色渐变为橘红色。在凝结之后，氡同样会因放射性发光。氡略溶于水，其可溶性相对比它轻的稀有气体高。氡在有机化合物液体中的可溶性比在水中高得多。

同位素

氡没有稳定同位素，已知放射性同位素共有36种，其原子量在193和228之间。最稳定的同位素是²²²Rn，它是²²⁶Ra的衰变产物，而²²⁶Ra则是²³⁸U的衰变产物。
除此之外半衰期超过一小时的同位素还有三种：²¹¹Rn、²¹⁰Rn和²²⁴Rn。其中²²⁰Rn是钍的最稳定同位素²³²Th的自然衰变产物，通常称为“thoron”。它会释放α粒子，半衰期为55.6秒。²¹⁹Rn则是锕的最稳定同位素²²⁷Ac的产物，可称“actinon”。它同样释放α粒子，半衰期为3.96秒。

历史及命名

弗里德里希·恩斯特·道恩在1900年发现了氡元素。当时氡是继铀、钍、镭和钋之后第五个被发现的放射性元素。道恩发现在一些试验中，镭化合物会散发一种放射性气体。他将其称为“镭射气”（Radium Emanation，简称Ra Em）。1899年，皮埃尔和玛丽·居里曾观察到镭所发出的气体在一个月后仍保持其放射性。同年，蒙特利尔麦吉尔大学的罗伯特·B·欧文斯（Robert B. Owens）和欧内斯特·卢瑟福在测量来自氧化钍的辐射时，注意到了辐射量的波动变化。卢瑟福发现，钍的化合物会持续散发某种放射性气体，这种气体会在数小时内保持放射性。他将其称为“散发物”（Emanation），后来又称为“钍射气”（Thorium Emanation，简称Th Em）。1901年，他证明此散发物确实具有放射性，但把元素发现者的名誉留给了居里夫妇。1903年，安德烈-路易·德贝尔恩（André-Louis Debierne）在锕元素中观测到了类似的散发物，即“锕射气”（Actinium Emanation）。
人们为这三种气体提出了多套命名方案：1904年的exradio、exthorio和exactinio，1918年的radon、thoron和akton，1919年的radeon、thoreon和actineon以及1920年最终的radon、thoron和actinon。由于这些气体的光谱与氩、氪和氙相似，而且气体呈化学惰性，所以威廉·拉姆齐于1904年猜测，散发物可能含有属于稀有气体一族的新元素。
1910年，拉姆齐和罗伯特·怀特洛-格雷（Robert Whytlaw-Gray）分离出了氡气，并对其密度进行了测量，确定它是已知最重的气体。他们写道“镭射气这一词十分累赘”，并提出了新的命名“niton”（符号为Nt）。该名称来自拉丁文“nitens”，意为“发光的”，因为气体能够辐射发光。国际原子量委员会于1912年采用了这一命名。1923年，国际化学元素委员会和国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）决定从radon（Rn）、thoron（Tn）和actinon（An）三者中选择命名。之后，各元素的同位素不再拥有不同的名称，而是以数字标号，统一命名。因此最稳定同位素radon就成了元素的正式命名，而Tn和An则分别改称²²⁰Rn和²¹⁹Rn。直到1960年代，文献一般都只是以“散发物”称之。1962年合成的氟化氡是首个被合成的氡化合物。
矿场中氡辐射量可以高达1,000,000 Bq/m³。1530年，帕拉塞尔苏斯曾描述矿工所患的一种疾病，格奥尔格·阿格里科拉因此建议为矿井添加通风系统，以避免这种“山病”（Bergsucht）。1879年，这种病症被判定为肺癌。对波希米亚亚希莫夫地区的铀采矿所作出的调查，是第一项有关氡对健康的影响的研究。在美国，冷战初期美国西南部铀矿工人经过数十年的健康问题之后，直到1971年才有安全标准得以实施。
早在1950年，就有关于室内空气中氡气含量的记录。1970年代开始，人们开始研究室内氡气的来源、影响浓度的因素、对身体的影响以及减轻氡含量的方法。室内氡气问题于1984年在美国获得了广泛的关注和深入的调查。当年，一位工程师在对宾夕法尼亚州一座核电站进行例行监察的时候，被发现受到放射性污染。最终找到的放射性源头，是其家中浓度过高的氡气。

浓度单位

氡在环境中的浓度所指的是²²²Rn同位素的浓度。虽然²²⁰Rn和²²²Rn的平均产生速率相近，但环境中的²²⁰Rn却比²²²Rn少得多，因为前者的半衰期只有55秒，而后者则有3.8天。
空气中的氡浓度一般以贝克勒尔每立方米（Bq/m³）的SI导出单位计算。在美国，另一种常见的单位是皮居里每升（pCi/L），转换关系为：1 pCi/L=37 Bq/m³。日常室内辐射暴露值平均约为48 Bq/m³，但实际波动巨大；室外暴露值为15 Bq/m³。
氡的α潜能：氡的所有子体衰变到²¹⁰Pb时所发出的α粒子能量总和。单位是J/m³或者MeV/L
矿业一般采用的单位称为“工作水平”（working level，简称WL），累积辐射量则以按月工作水平（working level month，简称WLM）计算。1 WL等于1升空气中任何短寿命²²²Rn子同位素组合（²¹⁸Po、²¹⁴Pb、²¹⁴Bi及²¹⁴Po）释放1.3×10⁵ MeV的α潜能；1 WL也等于2.08×10⁻⁵焦耳每立方米空气（J/m³）。在一个工作月（即170小时）内接受1 WL辐射，就等于1 WLM的累计辐射量。这大约等于在氡浓度为230 Bq/m³的空气中生活一年。累积辐射量的SI单位为焦耳小时每立方米（J·h/m³），转换关系为1 WLM=3.6×10⁻³ J·h/m³。
²²²Rn会衰变成²¹⁰Pb以及其他放射性同位素。
自然环境中的氡含量很低，无法以化学方法测得。相对很高的1000 Bq/m³浓度只等同于每立方米含0.17皮克的氡。大气中氡原子占所有分子的比例平均为6×10⁻²⁰，即每毫升150个原子。在整个地球大气层中的氡辐射量只来源于几十克的氡，而这些衰变中的氡不断被镭和铀新产生的氡所取代。

自然产生

氡是从镭-226的放射性衰变所产生的。镭-226出现在铀矿、磷盐岩、页岩以及花岗岩、片麻岩和片岩等火成岩及变质岩中。石灰石等较常见岩石中则含有较少量的氡。每平方英里、深6英尺（2.6平方公里、深15厘米）的地表土壤内含有约1克的镭，这些镭向大气释放少量的氡。全球土壤每年估计释放24亿居里（90 TBq）的氡。
不同地方的氡浓度可以有巨大的差异。户外空气中浓度介乎1至100 Bq/m³，在海面则更低（0.1 Bq/m³）。在洞穴、通风的矿井以及不通风的房屋内，浓度可高达20至2,000 Bq/m³。美国铀矿作业守则规定氡浓度须在一个“工作水平”以下。中国铀矿冶EJ/T378-89规定工作场所氡浓度≤3700Bq/m³，即相当于美国的1WL。1976年至1985年所测量数据显示，第95百分位水平可以高达近3个工作水平（每升空气含546 pCi氡-222，即20.2 kBq/m³）。奥地利巴特加斯泰因未通风的矿井中氡浓度平均值为43 kBq/m³（1.2 nCi/L），最高值为160 kBq/m³（4.3 nCi/L）。
氡主要通过镭和铀衰变系产生（²²²Rn），微量经钍衰变系产生（²²⁰Rn）。土地和建筑材料只要含有微量的铀或钍，就会自然散发出氡气，特别是在铀浓度较高的花岗岩和页岩地区。然而，并不是所有的花岗岩地区都会发出高浓度的氡气。氡是一种稀有气体，可以经土地的空隙和裂缝中转移至地表，并会积聚在洞穴和水源中。由于半衰期非常短（²²²Rn只有4天），所以随着离源头距离的增大，氡的浓度会迅速下降。季节和气候对氡的浓度有很大的影响，例如在逆温和无风状态下空气会有较高浓度的氡。
某一些泉水和温泉可释放高浓度的氡。美国蒙大拿州博尔德镇、日本鸟取县三朝町、德国巴特克罗伊茨纳赫等地都拥有释放氡气的高镭含量泉水。泉水的氡浓度要超过2 nCi/L（74 kBq/m³）才会被归类为氡矿物水源。意大利梅拉诺的泉水含2,000 kBq/m³的氡，而路利西亚（Lurisia）的泉水氡浓度甚至高达4,000 kBq/m³。
地球大气层中的氡浓度非常低，所以表面水中的氡会迅速挥发到空气当中。岩石中的²²⁶Ra会不断衰变产生²²²Rn，因此地下水具有较高的氡浓度。同样，在土地下的饱和带的氡含量比不饱和带高。
一些石油也含有氡。由于氡的压力温度曲线和丙烷相似，所以炼油厂在根据不同沸点分离石油成分后，输出的丙烷部分可能会具有放射性。
不少石油及天然气工业所产生的残留物都含有镭及其衰变产物。油井中的硫酸盐垢有时会含有镭，而水、石油和天然气则有时含有氡。氡的衰变产物会在管道内壁形成一层固体放射性物质。
1971年，阿波罗15号在经过月球阿里斯塔克斯陨石坑上空110公里处时，探测到α粒子数急剧上升。当时科学家推断α粒子来自²²²Rn。之后从月球勘探者α粒子光谱仪所取得的数据可以推论，α粒子数的上升的确是²²²Rn所引起的。

室内累积

住房内可含有高浓度氡气是在1985年意外发现的。美国工程师斯丹利·瓦特拉斯（Stanley Watras）在进入一座核电站前接受严格的辐射测试时，被发现曾受放射性物质污染。其后人们发现，污染的源头是其家中浓度过高的氡气。一般的家居氡辐射量约为100 Bq/m³（1.3 pCi/L），大部分建筑内都有少量的氡。大部分的氡是经过房屋最底层与地表接触的地方进入室内的，这些进入点包括地基裂缝、建筑接口、墙壁空隙和孔洞、管道周围的空间以及供水管等。在一个小时内，氡在同一个地点的浓度波动幅度可达到两倍。浓度在同一座房屋的不同房间也会有巨大的差异。
在同一地带内的室内氡浓度的一般假设符合对数正态分布。所以在估算氡浓度“平均值”时，通常使用几何平均值。
在一些欧洲国家，平均浓度范围可低至10 Bq/m³以下，高至100 Bq/m³以上。典型的几何标准差介乎2至3之间，也就是（根据68-95-99.7规则）氡浓度有2%到3%的机会比几何平均值高出100倍。
爱尔兰科克郡马楼镇（Mallow）曾录得最高浓度值之一，引发当地居民有关肺癌的忧虑。美国氡浓度最高的地区位于爱荷华州和宾夕法尼亚州东南部的阿巴拉契亚山脉。爱荷华州之所以有偏高的平均氡浓度，是因为大型冰川作用将加拿大地盾的花岗岩磨碎后，岩石沉积并组成了爱荷华地区的泥土。州内的许多城市，如爱荷华城，都有规定新造房屋必须有预防氡气的设施。一些地区利用铀矿渣作堆填，因此后来建造于其上的房屋可能会有较高的氡辐射量。
“密闭”、“通风不足”、“一楼的地板有裂缝，使得土壤中的氡逸散到室内”的建筑，将有较高浓度的氡。

工业生产

氡是铀矿加工过程中用1%氢氯酸或氢溴酸浸洗之后的副产品之一。溶液中提取出的气体混合物包含H₂、O₂、He、Rn、CO₂、H₂O和各种烃。在720 °C下使气体接触铜，可移除H₂和O₂；KOH和P₂O₅则可以以吸附作用移除酸和水汽。最后可用液氮冷凝氡气，再用升华过程把氡气从其他残余物中分离出来。
氡的商业买卖是受到管制的，但在校准²²²Rn测量仪器的情况下可以购买少量含有氡的镭溶液。每毫升镭溶液价格近6千美元，而且每一时刻只含有约15皮克的氡。溶液所含的镭-226经α衰变，半衰期为1600年。氡是其中一种衰变产物，其累积速率约为1 mm³每天每1克镭。衰变迅速达致平衡，溶液会不断产生新的氡，其放射性将与镭相同（50 Bq）。气态²²²Rn（半衰期约为4天）会扩散并逃逸出容器。

累积剂量

UNSCEAR 1993年报告中采用的氡-222的剂量转换因子为9nSv/(Bq/m³)；平衡因子（氡与其短寿命子体平衡态的度量）室内取0.4，室外取0.6；居留因子室内取0.8，室外取0.2。导出氡-222的年有效剂量：
室内：40Bq/m³ × 0.4 × 7000h × 9nSv/(Bq/m³) = 1.0mSv
室外：10Bq/m³ × 0.6 × 1760h × 9nSv/(Bq/m³) = 0.095mSv

医学

20世纪初，庸医曾利用氡来治疗各种疾病。病人在密封的小房间内接触氡，以获取“治疗功效”。很快人们便发现，氡的电离辐射能够致癌。虽然氡的放射性可以杀死癌细胞，但它对健康细胞同样有损害。电离辐射会导致自由基的形成，进而在细胞及基因上造成更大的伤害，甚至会引发癌症。
曾有人提出用氡的辐射激效来治疗关节炎等自体免疫性疾病。20世纪末至21世纪初，美国蒙大拿州杰佛逊县的一些“健康矿井”吸引了不少渴望消除关节炎等疾病的人来饮用放射性井水和暴露在氡气之中。然而因为高剂量辐射会对身体产生负面影响，所以这一疗法并不受到医生的鼓励。
捷克亚希莫夫自1906年起便有使用放射性水浴，而奥地利巴特加斯泰因则在氡被发现之前就已有放射性水浴的使用。日本鸟取县三朝町也有富含镭的温泉。德国巴德布兰巴赫则有饮用放射性水的疗法。奥地利加斯泰纳-海尔施多兰（Gasteiner-Heilstollen）、波兰希维拉杜夫-兹德鲁伊、切尔涅瓦-兹德鲁伊（Czerniawa-Zdrój）、科瓦雷、隆代克-兹德鲁伊等地、罗马尼亚米耶尔库雷亚丘克和美国蒙大拿州杰佛逊县都有吸入含氡空气的疗法。在美国和欧洲有各种氡水疗，人们相信在这种高氡含量环境下暴露几分钟至几个小时，所受到的辐射有提神的作用。
氡可用于放射治疗，但大部分已被粒子加速器及核反应堆所产生的其他放射性同位素所取代。氡可以经金或玻璃“种子”植入体内，用于治疗癌症。镭所放出的氡气经一个泵进入一条金制长管进行收集，长管再经挤压、切割，形成多个较短的部分。金可以包住氡气，并阻止α和β粒子的逃离，只滤出氡及其衰变链中的短寿命同位素（²¹⁸Po、²¹⁴Pb、²¹⁴Bi、²¹⁴Po）所发出的伽马射线，从而杀死病变细胞。每个种子的辐射量在0.05至5毫居里（2至200 MBq）之间。
氡以及衰变链中的首几个衰变产物都具有较短的寿命，因此种子一开始留在体内。在12个半衰期（43天）之后，氡的辐射量已达到原先的2000分之一。此时主要的残余辐射来自氡的衰变产物之一²¹⁰Pb，以及它的子同位素²¹⁰Bi和²¹⁰Po。²¹⁰Pb的半衰期为22.3年，即氡的2000倍，辐射量因此是氡的2000分之一。
20世纪初，一些受²¹⁰Pb污染的金进入了美国珠宝业。这是因为曾经含有²²²Rn的金种子在氡衰变殆尽后，经过重新熔化流入了市场。

科学研究

泥土发出氡气的量随土壤类型和表面铀含量而改变。一些大气学专家利用这一现象来追踪空气的流动。由于氡会迅速流失到大气之中并且衰变，所以可在水文学中用于研究地下水和溪水之间的相互作用。溪中若含有较高浓度的氡，就意味着附近有地下水的注入。
地质断层上方的氡浓度较高，所以通过测量氡在土壤中的浓度，可以测绘地表断层地图。同样，氡浓度可以用来测量地温梯度。
一些科学家研究地下水氡浓度的变化是否可以作地震预测。氡的半衰期有3.8天，所以可在地底裂缝刚形成后不久被探测到。有科学家猜想，氡浓度的上升是新的地底裂缝形成的迹象。裂缝促进了地下水的流动，使氡得以逃逸出来。新裂缝有可能是大型地震的前兆。然而在1970至1980年代，人们通过测量发现，断层附近的氡浓度并未因地震而升高，有时测量到氡以后也没有发生地震。因此以氡作为地震发生的指标并不可靠。截至2009年，美国国家航空航天局正在调查氡气浓度变化有否可能是地震发生的前兆之一。
氡是地热发电厂的污染物之一，因为从地底深处所抽出的物质含有氡。但是氡能快速散发，所以不少调查都发现其放射性不会造成危害。另外，地热发电过程一般会将抽出的物质再次打入地底，所以对环境的影响较小。
氡曾在1940至50年代用于工业放射性摄像。第二次世界大战后不久，其他价格更低、α辐射危害较低的X射线源便取代了氡。

矿井

氡-222的衰变产物已被国际癌症研究机构列为人类致癌物质。由于氡气可以吸入体内，所以长期暴露在氡气之中的人患上肺癌的概率较高。1940至50年代，安装矿井通风系统的安全标准尚未实施，因此在捷克共和国、美国西南部和南澳的非吸烟铀矿工人和采石工人当中，氡气与肺癌有直接联系。尽管人们早在1950年代就已了解氡气的危险，但在1970年代之前，有关氡气的安全措施都没有得到妥善的管理。这段时间在美国甚至有商人向公众开放废弃铀矿，并宣传呼吸地底氡气的健康功效，包括舒缓哮喘、痛风以及各种疼痛不适。然而研究已证明氡气是没有这些功效的。
在实施通风系统等措施之后，大部分矿井的氡水平已经降低，一些铀矿工人的年均辐射值已经降至一般家中的水平。这有效减少了职业所致的癌症，但目前仍在高氡浓度矿井工作或曾在这些矿井工作的工人仍可能有相关的健康问题。矿工患癌的相对危险度降低之后，对额外风险的探测也变得更加困难。
除了肺癌以外，科学家也猜测氡会引发白血病。对于公众所进行的各项调查并未得出一致的结论，但针对铀矿工人的一项研究则发现氡的辐射量与慢性淋巴细胞性白血病有直接的关系。

家居暴露水平

美国、欧洲和中国的多项病例对照研究都指出，氡（准确来说是氡的衰变产物）与肺癌有关联。美国每年约有2万1千人因氡所引致的肺癌而死亡。其中一项大型试验发现，就算是美国环保局所建议的4 pCi/L水平，长期暴露也会使患肺癌的风险增加50%。
大部分有关家居氡辐射量的模型都以矿工为基础。由于吸烟等其他健康因素甚多，所以有关家居氡辐射量对健康影响的直接估计和测量是极为困难的。
美国环保局将氡列为第二位肺癌成因及第一位环境致癌因素。英国和法国也得出了类似的研究结果。室内氡暴露主要来自地底岩石和建筑材料（例如花岗岩），而建筑物地基裂缝漏气或通风不良也可增加室内氡气浓度。

行动水平及参考水平

世界卫生组织于2009年提出了100 Bq/m³的建议住宅参考水平。如果这项水平无法达到，则应以300 Bq/m³作为最高水平。此参考水平不作为限制，而应是全年平均氡浓度的可接受最高值。
不同组织会建议不同的行动水平。例如，美国环保局建议在74 Bq/m³（2 pCi/L）的水平就要做出行动，而欧盟则建议旧房屋内达到400 Bq/m³（11 pCi/L）或新房屋内达到200 Bq/m³（5 pCi/L）时须做出行动。英国健康保护局于2010年7月8日所发布的新建议把100 Bq/m³列为“目标水平”，并将行动水平保持在200 Bq/m³。2010起，挪威使用与英国相同的水平，所有新房屋都必须有防护氡气的设施。

与吸烟的关系

研究已证实，家居氡气会导致患肺癌的风险增加。不过，吸烟是一项极大的误差来源，所以有关肺癌成因的研究结论须非常谨慎地对待。
根据美国环保局，吸烟者的患癌风险会因吸烟和氡气的协和作用而大大提高。这一人群中每千人会有62人死于肺癌，从未吸烟者中每千人只有7人会死于肺癌。然而除了氡气以外，非吸烟者患癌风险也可能来自二手烟（见下文）。
和其他已知或怀疑肺癌成因一样，氡对于吸烟者和非吸烟者都是一项健康威胁。欧洲的一项汇集研究已证明了这一点。研究指出，对象的肺组织病型会影响氡气对他的影响程度：氡的危险性对小细胞肺癌患者（几乎全是吸烟者）较高，对如肺腺癌等主要影响非吸烟者的病型则较低。针对这项研究的一篇评论认为，“单单提及家居氡气的治病风险是不恰当的。风险既来自吸烟，又来自氡对吸烟者的协和作用。如果没有吸烟，则影响似乎是微不足道的。”
一项有关乳房切除术后放射治疗辐射的研究显示，有必要发展简单的模型，以评估吸烟和辐射对患癌风险的结合及独立效应。对线性无阈值模型（LNT）计算方法的新的讨论也支持这一观点。

与二手烟的关系

在二手烟和家居氡气之间的协和作用上，研究并不充分。从欧洲的汇集研究数据无法判断，这种协和作用是否造成了非吸烟者稍稍提高的患癌风险。
2001年的一项实验调查了436位患了肺癌的从未吸烟者及1649位从未吸烟者对照组，并显示氡气使从未吸烟者的患肺癌风险增高。遭受二手烟的人承受了全部的风险升幅，而不在二手烟环境下的人则没有因氡气水平的升高而提高患癌风险。

食水

科学家对进食氡对人体的影响所知甚少。研究指出，氡的生物半衰期在30到70分钟之间，在100分钟后有90%的移除率。1999年，美国国家研究委员会对食水所含的氡气进行调查，并发现摄入后的健康风险几乎可以忽略。来自地底的水源可以因周边的岩石和泥土而含有大量的氡气，而地表水源的氡含量则一般较低。
除经食水进入体内以外，氡气还可以在水温升高、水压降低以及与空气接触时释放出来。淋浴为氡气的释放制造了最佳的条件。在一般用水情况下，含有10⁴ pCi/L氡气的水可以使室内空气的氡浓度提高1 pCi/L。