氡

物理性質

氡氣無色、無臭、無味，單靠人類感官無法探測。在標準溫度和壓力下，氡是一種單原子氣體，密度為9.73 kg/m³，約為海平面地球大氣密度（1.217 kg/m³）的8倍。氡是密度最高的稀有氣體，也是室溫下密度最高的氣體之一。雖然在標準溫度和壓力下無色，但它在冷卻至冰點202 K以下後會因放射性發光，隨溫度降低而從黃色漸變為橘紅色。在凝結之後，氡同樣會因放射性發光。氡略溶於水，其可溶性相對比它輕的稀有氣體高。氡在有機化合物液體中的可溶性比在水中高得多。

同位素

氡沒有穩定同位素，已知放射性同位素共有36種，其原子量在193和228之間。最穩定的同位素是²²²Rn，它是²²⁶Ra的衰變產物，而²²⁶Ra則是²³⁸U的衰變產物。
除此之外半衰期超過一小時的同位素還有三種：²¹¹Rn、²¹⁰Rn和²²⁴Rn。其中²²⁰Rn是釷的最穩定同位素²³²Th的自然衰變產物，通常稱為「thoron」。它會釋放α粒子，半衰期為55.6秒。²¹⁹Rn則是錒的最穩定同位素²²⁷Ac的產物，可稱「actinon」。它同樣釋放α粒子，半衰期為3.96秒。

歷史及命名

弗里德里希·恩斯特·道恩在1900年發現了氡元素。當時氡是繼鈾、釷、鐳和釙之後第五個被發現的放射性元素。道恩發現在一些試驗中，鐳化合物會散發一種放射性氣體。他將其稱為「鐳射氣」（Radium Emanation，簡稱Ra Em）。1899年，皮埃爾和瑪麗·居禮曾觀察到鐳所發出的氣體在一個月後仍保持其放射性。同年，蒙特婁麥吉爾大學的羅伯特·B·歐文斯（Robert B. Owens）和歐內斯特·拉塞福在測量來自氧化釷的輻射時，注意到了輻射量的波動變化。拉塞福發現，釷的化合物會持續散發某種放射性氣體，這種氣體會在數小時內保持放射性。他將其稱為「散發物」（Emanation），後來又稱為「釷射氣」（Thorium Emanation，簡稱Th Em）。1901年，他證明此散發物確實具有放射性，但把元素發現者的名譽留給了居禮夫婦。1903年，安德烈-路易·德貝爾恩（André-Louis Debierne）在錒元素中觀測到了類似的散發物，即「錒射氣」（Actinium Emanation）。
人們為這三種氣體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年最終的radon、thoron和actinon。由於這些氣體的光譜與氬、氪和氙相似，而且氣體呈化學惰性，所以威廉·拉姆齊於1904年猜測，散發物可能含有屬於稀有氣體一族的新元素。
1910年，拉姆齊和羅伯特·懷特洛-格雷（Robert Whytlaw-Gray）分離出了氡氣，並對其密度進行了測量，確定它是已知最重的氣體。他們寫道「鐳射氣這一詞十分累贅」，並提出了新的命名「niton」（符號為Nt）。該名稱來自拉丁文「nitens」，意為「發光的」，因為氣體能夠輻射發光。國際原子量委員會於1912年採用了這一命名。1923年，國際化學元素委員會和國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）決定從radon（Rn）、thoron（Tn）和actinon（An）三者中選擇命名。之後，各元素的同位素不再擁有不同的名稱，而是以數字標號，統一命名。因此最穩定同位素radon就成了元素的正式命名，而Tn和An則分別改稱²²⁰Rn和²¹⁹Rn。直到1960年代，文獻一般都只是以「散發物」稱之。1962年合成的氟化氡是首個被合成的氡化合物。
礦場中氡輻射量可以高達1,000,000 Bq/m³。1530年，帕拉塞爾蘇斯曾描述礦工所患的一種疾病，格奧爾格·阿格里科拉因此建議為礦井添加通風系統，以避免這種「山病」（Bergsucht）。1879年，這種病症被判定為肺癌。對波希米亞亞希莫夫地區的鈾採礦所作出的調查，是第一項有關氡對健康的影響的研究。在美國，冷戰初期美國西南部鈾礦工人經過數十年的健康問題之後，直到1971年才有安全標準得以實施。
早在1950年，就有關於室內空氣中氡氣含量的記錄。1970年代開始，人們開始研究室內氡氣的來源、影響濃度的因素、對身體的影響以及減輕氡含量的方法。室內氡氣問題於1984年在美國獲得了廣泛的關注和深入的調查。當年，一位工程師在對賓夕法尼亞州一座核電站進行例行監察的時候，被發現受到放射性污染。最終找到的放射性源頭，是其家中濃度過高的氡氣。

濃度單位

氡在環境中的濃度所指的是²²²Rn同位素的濃度。雖然²²⁰Rn和²²²Rn的平均產生速率相近，但環境中的²²⁰Rn卻比²²²Rn少得多，因為前者的半衰期只有55秒，而後者則有3.8天。
空氣中的氡濃度一般以貝克勒每立方米（Bq/m³）的SI導出單位計算。在美國，另一種常見的單位是皮居禮每升（pCi/L），轉換關係為：1 pCi/L=37 Bq/m³。日常室內輻射暴露值平均約為48 Bq/m³，但實際波動巨大；室外暴露值為15 Bq/m³。
氡的α潛能：氡的所有子體衰變到²¹⁰Pb時所發出的α粒子能量總和。單位是J/m³或者MeV/L
礦業一般採用的單位稱為「工作水平」（working level，簡稱WL），累積輻射量則以按月工作水平（working level month，簡稱WLM）計算。1 WL等於1升空氣中任何短壽命²²²Rn子同位素組合（²¹⁸Po、²¹⁴Pb、²¹⁴Bi及²¹⁴Po）釋放1.3×10⁵ MeV的α潛能；1 WL也等於2.08×10⁻⁵焦耳每立方米空氣（J/m³）。在一個工作月（即170小時）內接受1 WL輻射，就等於1 WLM的累計輻射量。這大約等於在氡濃度為230 Bq/m³的空氣中生活一年。累積輻射量的SI單位為焦耳小時每立方米（J·h/m³），轉換關係為1 WLM=3.6×10⁻³ J·h/m³。
²²²Rn會衰變成²¹⁰Pb以及其他放射性同位素。
自然環境中的氡含量很低，無法以化學方法測得。相對很高的1000 Bq/m³濃度只等同於每立方米含0.17皮克的氡。大氣中氡原子佔所有分子的比例平均為6×10⁻²⁰，即每毫升150個原子。在整個地球大氣層中的氡輻射量只來源於幾十克的氡，而這些衰變中的氡不斷被鐳和鈾新產生的氡所取代。

自然產生

氡是從鐳-226的放射性衰變所產生的。鐳-226出現在鈾礦、磷鹽岩、頁岩以及花崗岩、片麻岩和片岩等火成岩及變質岩中。石灰石等較常見岩石中則含有較少量的氡。每平方英里、深6英尺（2.6平方公里、深15厘米）的地表土壤內含有約1克的鐳，這些鐳向大氣釋放少量的氡。全球土壤每年估計釋放24億居禮（90 TBq）的氡。
不同地方的氡濃度可以有巨大的差異。戶外空氣中濃度介乎1至100 Bq/m³，在海面則更低（0.1 Bq/m³）。在洞穴、通風的礦井以及不通風的房屋內，濃度可高達20至2,000 Bq/m³。美國鈾礦作業守則規定氡濃度須在一個「工作水平」以下。中國鈾礦冶EJ/T378-89規定工作場所氡濃度≤3700Bq/m³，即相當於美國的1WL。1976年至1985年所測量數據顯示，第95百分位水平可以高達近3個工作水平（每升空氣含546 pCi氡-222，即20.2 kBq/m³）。奧地利巴特加斯泰因未通風的礦井中氡濃度平均值為43 kBq/m³（1.2 nCi/L），最高值為160 kBq/m³（4.3 nCi/L）。
氡主要通過鐳和鈾衰變系產生（²²²Rn），微量經釷衰變系產生（²²⁰Rn）。土地和建築材料只要含有微量的鈾或釷，就會自然散發出氡氣，特別是在鈾濃度較高的花崗岩和頁岩地區。然而，並不是所有的花崗岩地區都會發出高濃度的氡氣。氡是一種稀有氣體，可以經土地的空隙和裂縫中轉移至地表，並會積聚在洞穴和水源中。由於半衰期非常短（²²²Rn只有4天），所以隨著離源頭距離的增大，氡的濃度會迅速下降。季節和氣候對氡的濃度有很大的影響，例如在逆溫和無風狀態下空氣會有較高濃度的氡。
某一些泉水和溫泉可釋放高濃度的氡。美國蒙大拿州博爾德鎮、日本鳥取縣三朝町、德國巴特克羅伊茨納赫等地都擁有釋放氡氣的高鐳含量泉水。泉水的氡濃度要超過2 nCi/L（74 kBq/m³）才會被歸類為氡礦物水源。義大利梅拉諾的泉水含2,000 kBq/m³的氡，而路利西亞（Lurisia）的泉水氡濃度甚至高達4,000 kBq/m³。
地球大氣層中的氡濃度非常低，所以表面水中的氡會迅速揮發到空氣當中。岩石中的²²⁶Ra會不斷衰變產生²²²Rn，因此地下水具有較高的氡濃度。同樣，在土地下的飽和帶的氡含量比不飽和帶高。
一些石油也含有氡。由於氡的壓力溫度曲線和丙烷相似，所以煉油廠在根據不同沸點分離石油成份後，輸出的丙烷部份可能會具有放射性。
不少石油及天然氣工業所產生的殘留物都含有鐳及其衰變產物。油井中的硫酸鹽垢有時會含有鐳，而水、石油和天然氣則有時含有氡。氡的衰變產物會在管道內壁形成一層固體放射性物質。
1971年，阿波羅15號在經過月球阿里史塔克斯隕石坑上空110公里處時，探測到α粒子數急劇上升。當時科學家推斷α粒子來自²²²Rn。之後從月球勘探者α粒子光譜儀所取得的數據可以推論，α粒子數的上升的確是²²²Rn所引起的。

室內累積

住房內可含有高濃度氡氣是在1985年意外發現的。美國工程師斯丹利·瓦特拉斯（Stanley Watras）在進入一座核電站前接受嚴格的輻射測試時，被發現曾受放射性物質污染。其後人們發現，污染的源頭是其家中濃度過高的氡氣。一般的家居氡輻射量約為100 Bq/m³（1.3 pCi/L），大部份建築內都有少量的氡。大部份的氡是經過房屋最底層與地表接觸的地方進入室內的，這些進入點包括地基裂縫、建築接口、牆壁空隙和孔洞、管道周圍的空間以及供水管等。在一個小時內，氡在同一個地點的濃度波動幅度可達到兩倍。濃度在同一座房屋的不同房間也會有巨大的差異。
在同一地帶內的室內氡濃度的一般假設符合對數正態分布。所以在估算氡濃度「平均值」時，通常使用幾何平均值。
在一些歐洲國家，平均濃度範圍可低至10 Bq/m³以下，高至100 Bq/m³以上。典型的幾何標準差介乎2至3之間，也就是（根據68-95-99.7規則）氡濃度有2%到3%的機會比幾何平均值高出100倍。
愛爾蘭科克郡馬樓鎮（Mallow）曾錄得最高濃度值之一，引發當地居民有關肺癌的憂慮。美國氡濃度最高的地區位於愛荷華州和賓夕法尼亞州東南部的阿巴拉契亞山脈。愛荷華州之所以有偏高的平均氡濃度，是因為大型冰川作用將加拿大地盾的花崗岩磨碎後，岩石沉積並組成了愛荷華地區的泥土。州內的許多城市，如愛荷華城，都有規定新造房屋必須有預防氡氣的設施。一些地區利用鈾礦渣作堆填，因此後來建造於其上的房屋可能會有較高的氡輻射量。
「密閉」、「通風不足」、「一樓的地板有裂縫，使得土壤中的氡逸散到室內」的建築，將有較高濃度的氡。

工業生產

氡是鈾礦加工過程中用1%氫氯酸或氫溴酸浸洗之後的副產品之一。溶液中提取出的氣體混合物包含H₂、O₂、He、Rn、CO₂、H₂O和各種烴。在720 °C下使氣體接觸銅，可移除H₂和O₂；KOH和P₂O₅則可以以吸附作用移除酸和水氣。最後可用液氮冷凝氡氣，再用昇華過程把氡氣從其他殘餘物中分離出來。
氡的商業買賣是受到管制的，但在校準²²²Rn測量儀器的情況下可以購買少量含有氡的鐳溶液。每毫升鐳溶液價格近6千美元，而且每一時刻只含有約15皮克的氡。溶液所含的鐳-226經α衰變，半衰期為1600年。氡是其中一種衰變產物，其累積速率約為1 mm³每天每1克鐳。衰變迅速達致平衡，溶液會不斷產生新的氡，其放射性將與鐳相同（50 Bq）。氣態²²²Rn（半衰期約為4天）會擴散並逃逸出容器。

累積劑量

UNSCEAR 1993年報告中採用的氡-222的劑量轉換因子為9nSv/(Bq/m³)；平衡因子（氡與其短壽命子體平衡態的度量）室內取0.4，室外取0.6；居留因子室內取0.8，室外取0.2。導出氡-222的年有效劑量：
室内：40Bq/m³ × 0.4 × 7000h × 9nSv/(Bq/m³) = 1.0mSv
室外：10Bq/m³ × 0.6 × 1760h × 9nSv/(Bq/m³) = 0.095mSv

醫學

20世紀初，庸醫曾利用氡來治療各種疾病。病人在密封的小房間內接觸氡，以獲取「治療功效」。很快人們便發現，氡的游離輻射能夠致癌。雖然氡的放射性可以殺死癌細胞，但它對健康細胞同樣有損害。游離輻射會導致自由基的形成，進而在細胞及基因上造成更大的傷害，甚至會引發癌症。
曾有人提出用氡的輻射激效來治療關節炎等自體免疫性疾病。20世紀末至21世紀初，美國蒙大拿州傑佛遜縣的一些「健康礦井」吸引了不少渴望消除關節炎等疾病的人來飲用放射性井水和暴露在氡氣之中。然而因為高劑量輻射會對身體產生負面影響，所以這一療法並不受到醫生的鼓勵。
捷克亞希莫夫自1906年起便有使用放射性水浴，而奧地利巴特加斯泰因則在氡被發現之前就已有放射性水浴的使用。日本鳥取縣三朝町也有富含鐳的溫泉。德國巴德布蘭巴赫則有飲用放射性水的療法。奧地利加斯泰納-海爾施多蘭（Gasteiner-Heilstollen）、波蘭希維拉杜夫-茲德魯伊、切爾涅瓦-茲德魯伊（Czerniawa-Zdrój）、科瓦雷、隆代克-茲德魯伊等地、羅馬尼亞米耶爾庫雷亞丘克和美國蒙大拿州傑佛遜縣都有吸入含氡空氣的療法。在美國和歐洲有各種氡水療，人們相信在這種高氡含量環境下暴露幾分鐘至幾個小時，所受到的輻射有提神的作用。
氡可用於放射治療，但大部份已被粒子加速器及核反應爐所產生的其他放射性同位素所取代。氡可以經金或玻璃「種子」植入體內，用於治療癌症。鐳所放出的氡氣經一個泵進入一條金製長管進行收集，長管再經擠壓、切割，形成多個較短的部份。金可以包住氡氣，並阻止α和β粒子的逃離，只濾出氡及其衰變鏈中的短壽命同位素（²¹⁸Po、²¹⁴Pb、²¹⁴Bi、²¹⁴Po）所發出的伽馬射線，從而殺死病變細胞。每個種子的輻射量在0.05至5毫居禮（2至200 MBq）之間。
氡以及衰變鏈中的首幾個衰變產物都具有較短的壽命，因此種子一開始留在體內。在12個半衰期（43天）之後，氡的輻射量已達到原先的2000分之一。此時主要的殘餘輻射來自氡的衰變產物之一²¹⁰Pb，以及它的子同位素²¹⁰Bi和²¹⁰Po。²¹⁰Pb的半衰期為22.3年，即氡的2000倍，輻射量因此是氡的2000分之一。
20世紀初，一些受²¹⁰Pb污染的金進入了美國珠寶業。這是因為曾經含有²²²Rn的金種子在氡衰變殆盡後，經過重新熔化流入了市場。

科學研究

泥土發出氡氣的量隨土壤類型和表面鈾含量而改變。一些大氣學專家利用這一現象來追蹤空氣的流動。由於氡會迅速流失到大氣之中並且衰變，所以可在水文學中用於研究地下水和溪水之間的交互作用。溪中若含有較高濃度的氡，就意味著附近有地下水的注入。
地質斷層上方的氡濃度較高，所以通過測量氡在土壤中的濃度，可以測繪地表斷層地圖。同樣，氡濃度可以用來測量地溫梯度。
一些科學家研究地下水氡濃度的變化是否可以作地震預測。氡的半衰期有3.8天，所以可在地底裂縫剛形成後不久被探測到。有科學家猜想，氡濃度的上升是新的地底裂縫形成的跡象。裂縫促進了地下水的流動，使氡得以逃逸出來。新裂縫有可能是大型地震的前兆。然而在1970至1980年代，人們通過測量發現，斷層附近的氡濃度並未因地震而升高，有時測量到氡以後也沒有發生地震。因此以氡作為地震發生的指標並不可靠。截至2009年，美國國家航空暨太空總署正在調查氡氣濃度變化有否可能是地震發生的前兆之一。
氡是地熱發電廠的污染物之一，因為從地底深處所抽出的物質含有氡。但是氡能快速散發，所以不少調查都發現其放射性不會造成危害。另外，地熱發電過程一般會將抽出的物質再次打入地底，所以對環境的影響較小。
氡曾在1940至50年代用於工業放射性攝像。第二次世界大戰後不久，其他價格更低、α輻射危害較低的X射線源便取代了氡。

礦井

氡-222的衰變產物已被國際癌症研究機構列為人類致癌物質。由於氡氣可以吸入體內，所以長期暴露在氡氣之中的人患上肺癌的機率較高。1940至50年代，安裝礦井通風系統的安全標準尚未實施，因此在捷克共和國、美國西南部和南澳的非吸菸鈾礦工人和採石工人當中，氡氣與肺癌有直接聯繫。儘管人們早在1950年代就已了解氡氣的危險，但在1970年代之前，有關氡氣的安全措施都沒有得到妥善的管理。這段時間在美國甚至有商人向公眾開放廢棄鈾礦，並宣傳呼吸地底氡氣的健康功效，包括舒緩哮喘、痛風以及各種疼痛不適。然而研究已證明氡氣是沒有這些功效的。
在實施通風系統等措施之後，大部份礦井的氡水平已經降低，一些鈾礦工人的年均輻射值已經降至一般家中的水平。這有效減少了職業所致的癌症，但目前仍在高氡濃度礦井工作或曾在這些礦井工作的工人仍可能有相關的健康問題。礦工患癌的相對危險度降低之後，對額外風險的探測也變得更加困難。
除了肺癌以外，科學家也猜測氡會引發白血病。對於公眾所進行的各項調查並未得出一致的結論，但針對鈾礦工人的一項研究則發現氡的輻射量與慢性淋巴細胞性白血病有直接的關係。

家居暴露水平

美國、歐洲和中國的多項病例對照研究都指出，氡（準確來說是氡的衰變產物）與肺癌有關聯。美國每年約有2萬1千人因氡所引致的肺癌而死亡。其中一項大型試驗發現，就算是美國環保局所建議的4 pCi/L水平，長期暴露也會使患肺癌的風險增加50%。
大部份有關家居氡輻射量的模型都以礦工為基礎。由於吸菸等其他健康因素甚多，所以有關家居氡輻射量對健康影響的直接估計和測量是極為困難的。
美國環保局將氡列為第二位肺癌成因及第一位環境致癌因素。英國和法國也得出了類似的研究結果。室內氡暴露主要來自地底岩石和建築材料（例如花崗岩），而建築物地基裂縫漏氣或通風不良也可增加室內氡氣濃度。

行動水平及參考水平

世界衛生組織於2009年提出了100 Bq/m³的建議住宅參考水平。如果這項水平無法達到，則應以300 Bq/m³作為最高水平。此參考水平不作為限制，而應是全年平均氡濃度的可接受最高值。
不同組織會建議不同的行動水平。例如，美國環保局建議在74 Bq/m³（2 pCi/L）的水平就要做出行動，而歐盟則建議舊房屋內達到400 Bq/m³（11 pCi/L）或新房屋內達到200 Bq/m³（5 pCi/L）時須做出行動。英國健康保護局於2010年7月8日所發布的新建議把100 Bq/m³列為「目標水平」，並將行動水平保持在200 Bq/m³。2010起，挪威使用與英國相同的水平，所有新房屋都必須有防護氡氣的設施。

與吸菸的關係

研究已證實，家居氡氣會導致患肺癌的風險增加。不過，吸菸是一項極大的誤差來源，所以有關肺癌成因的研究結論須非常謹慎地對待。
根據美國環保局，吸菸者的患癌風險會因吸菸和氡氣的協和作用而大大提高。這一人群中每千人會有62人死於肺癌，從未吸菸者中每千人只有7人會死於肺癌。然而除了氡氣以外，非吸菸者患癌風險也可能來自二手菸（見下文）。
和其他已知或懷疑肺癌成因一樣，氡對於吸菸者和非吸菸者都是一項健康威脅。歐洲的一項匯集研究已證明了這一點。研究指出，對象的肺組織病型會影響氡氣對他的影響程度：氡的危險性對小細胞肺癌患者（幾乎全是吸菸者）較高，對如肺腺癌等主要影響非吸菸者的病型則較低。針對這項研究的一篇評論認為，「單單提及家居氡氣的治病風險是不恰當的。風險既來自吸菸，又來自氡對吸菸者的協和作用。如果沒有吸菸，則影響似乎是微不足道的。」
一項有關乳房切除術後放射治療輻射的研究顯示，有必要發展簡單的模型，以評估吸菸和輻射對患癌風險的結合及獨立效應。對線性無閾值模型（LNT）計算方法的新的討論也支持這一觀點。

與二手菸的關係

在二手菸和家居氡氣之間的協和作用上，研究並不充分。從歐洲的匯集研究數據無法判斷，這種協和作用是否造成了非吸菸者稍稍提高的患癌風險。
2001年的一項實驗調查了436位患了肺癌的從未吸菸者及1649位從未吸菸者對照組，並顯示氡氣使從未吸菸者的患肺癌風險增高。遭受二手菸的人承受了全部的風險升幅，而不在二手菸環境下的人則沒有因氡氣水平的升高而提高患癌風險。

食水

科學家對進食氡對人體的影響所知甚少。研究指出，氡的生物半衰期在30到70分鐘之間，在100分鐘後有90%的移除率。1999年，美國國家研究委員會對食水所含的氡氣進行調查，並發現攝入後的健康風險幾乎可以忽略。來自地底的水源可以因周邊的岩石和泥土而含有大量的氡氣，而地表水源的氡含量則一般較低。
除經食水進入體內以外，氡氣還可以在水溫升高、水壓降低以及與空氣接觸時釋放出來。淋浴為氡氣的釋放製造了最佳的條件。在一般用水情況下，含有10⁴ pCi/L氡氣的水可以使室內空氣的氡濃度提高1 pCi/L。