Cesiu-137 - Caesium-137
.jpg) O sursă radioactivă de cesiu-137 sigilată
| |
| General | |
|---|---|
| Simbol | 137 Cs |
| Numele | cesiu-137, Cs-137 |
| Protoni | 55 |
| Neutroni | 82 |
| Date nucleare | |
| Abundența naturală | 0 (urmă) |
| Jumătate de viață | 30,17 y ± 0,03 y |
| Izotopi părinți | 137 Xe ( β - ) |
| Produse de descompunere |
137m Ba 137 Ba |
| Masa izotopului | 136.907 u |
| A învârti | 7 ⁄ 2 + |
| Moduri de descompunere | |
| Modul de descompunere | Energie de descompunere ( MeV ) |
| β- ( descompunere beta ) | 0,5120 |
| γ ( raze gamma ) | 0,6617 |
|
Izotopi de cesiu Tabel complet de nuclizi | |
Cesiu-137 (137
55Cs
), sau radiocaeziu , este un izotop radioactiv al cesiului care se formează ca unul dintre cei mai obișnuiți produse de fisiune prin fisiunea nucleară a uraniului-235 și a altor izotopi fisionabili din reactoarele nucleare și armele nucleare . Cantitățile de urme provin și din fisiunea naturală a uraniului-238 . Este printre cele mai problematice dintre produsele de fisiune pe durată scurtă de viață medie. 137 Cs are un punct de fierbere relativ scăzut (671 ° C, 1240 F) și se volatilizează ușor atunci când este eliberat brusc la temperatură ridicată, ca în cazul accidentului nuclear de la Cernobîl și cu explozii atomice și poate parcurge distanțe foarte mari în aer . După ce a fost depus pe sol ca cădere radioactivă , acesta se mișcă și se răspândește ușor în mediu datorită solubilității ridicate în apă a celor mai comuni compuși chimici ai ceziului , care sunt sărurile . 137 Cs a fost descoperit de Glenn T. Seaborg și Margaret Melhase .
Descompunere
Cesiul-137 are un timp de înjumătățire de aproximativ 30,17 ani. Aproximativ 94,6% se descompune prin emisie beta către un izomer nuclear metastabil al bariului: bariu-137m ( 137m Ba, Ba-137m). Restul populează direct starea de bază a bariului-137, care este stabilă. Bariul metastabil are un timp de înjumătățire de aproximativ 153 secunde și este responsabil pentru toate emisiile de raze gamma din probele de cesiu-137. 137m Ba se descompune la starea fundamentală prin emisia de fotoni cu energie 0,6617 MeV. Un total de 85,1% din dezintegrările 137 Cs duc la emisia de raze gamma în acest fel. Un gram de cesiu-137 are o activitate de 3,215 tera becquerel (TBq).
Utilizări
Cesiul-137 are o serie de utilizări practice. În cantități mici, este utilizat pentru calibrarea echipamentelor de detectare a radiațiilor. În medicină, este utilizat în radioterapie . În industrie, este utilizat în debitmetre , indicatoare de grosime, indicatoare de densitate a umidității (pentru citiri de densitate, cu americium-241 / beriliu care asigură citirea umidității) și în dispozitive de înregistrare a sondelor cu raze gamma .
Cesiul-137 nu este utilizat pe scară largă pentru radiografia industrială, deoarece este greu să obțineți un material cu activitate specifică foarte ridicat, cu o formă bine definită (și de formă mică), deoarece cesiul din combustibilul nuclear uzat conține cesiu stabil și, de asemenea, Cs-135 de lungă durată. De asemenea, sursele de cesiu cu activitate specifică mai mare tind să fie realizate din clorură de cesiu foarte solubilă (CsCl), ca urmare, dacă o sursă de radiografie ar fi deteriorată, ar crește răspândirea contaminării. Este posibil să se facă surse de cesiu insolubile în apă (cu diferiți compuși ferocianuri , cum ar fi Ni
2Fe (CN)
6, și hexacian ferat de amoniu (AFCF), sare Giese, ferocianură de amoniu feric), dar activitatea lor specifică va fi mult mai mică. Un volum mare de emisie va afecta calitatea imaginii în radiografie. Iridiu-192 și cobalt-60 ,60
27Co
, sunt preferate pentru radiografie, deoarece acestea sunt metale chimice nereactive și pot fi obținute cu activități specifice mult mai mari prin activarea cobaltului stabil sau a iridiului în reactoarele cu flux mare.
Ca izotop aproape pur creat de om, cesiul-137 a fost folosit pentru datarea vinului și detectarea contrafacerilor și ca material de datare relativă pentru evaluarea vârstei de sedimentare care a avut loc după 1945.
Cesiul-137 este, de asemenea, utilizat ca trasor radioactiv în cercetarea geologică pentru a măsura eroziunea și depunerea solului.
Riscul de cesiune radioactiv pentru sănătate
Cesiul-137 reacționează cu apa, producând un compus solubil în apă ( hidroxid de cesiu ). Comportamentul biologic al cesiului este similar cu cel al potasiului și rubidiului . După intrarea în organism, cesiul se distribuie mai mult sau mai puțin uniform pe tot corpul, cu cele mai mari concentrații în țesuturile moi . Timpul de înjumătățire biologic al cesiului este de aproximativ 70 de zile.
Un experiment din 1961 a arătat că șoarecii cărora li s-au administrat 21,5 μCi / g au avut un deces de 50% în decurs de 30 de zile (ceea ce implică un LD 50 de 245 μg / kg). Un experiment similar din 1972 a arătat că atunci când câinii sunt supuși unei sarcini corporale întregi de 3800 μCi / kg (140 MBq / kg, sau aproximativ 44 μg / kg) de cesiu-137 (și 950 până la 1400 rad ), aceștia mor în intervalul 33 zile, în timp ce animalele cu jumătate din această povară au supraviețuit pentru un an. Cercetări importante au arătat o concentrație remarcabilă de 137 Cs în celulele exocrine ale pancreasului, care sunt cele mai afectate de cancer. În 2003, în autopsiile efectuate la 6 copii decedați în zona poluată de lângă Cernobâl, unde au raportat, de asemenea, o incidență mai mare a tumorilor pancreatice, Bandazhevsky a găsit o concentrație de 137 Cs de 40-45 de ori mai mare decât în ficat, demonstrând astfel că țesutul pancreatic este un puternic acumulator și secretor în intestinul cesiului radioactiv. Ingerarea accidentală de cesiu-137 poate fi tratată cu albastru prusian (FeIII
4[FeII
( CN )
6]
3), care se leagă chimic de acesta și reduce timpul de înjumătățire biologică la 30 de zile.
Cesiu radioactiv în mediu
| Prop: Unitate: |
t ½ ( a ) |
Randament ( % ) |
Q * ( keV ) |
βγ * |
|---|---|---|---|---|
| 155 Eu | 4,76 | 0,0803 | 252 | βγ |
| 85 Kr | 10,76 | 0,2180 | 687 | βγ |
| 113m Cd | 14.1 | 0,0008 | 316 | β |
| 90 Sr. | 28.9 | 4.505 | 2826 | β |
| 137 Cs | 30.23 | 6.337 | 1176 | β γ |
| 121m Sn | 43,9 | 0,00005 | 390 | βγ |
| 151 Sm | 88,8 | 0,5314 | 77 | β |
Cesiul-137, împreună cu alți izotopi radioactivi cesiu-134 , iod-131 , xenon-133 și stronțiu-90 , au fost eliberați în mediu în timpul tuturor testelor cu arme nucleare și a unor accidente nucleare , în special dezastrul de la Cernobîl și Fukushima Dezastru Daiichi .
Cesiul-137 din mediu este substanțial antropogen (de origine umană). Cesiul-137 este produs din fisiunea nucleară a plutoniului și uraniului și se descompune în bariu-137 . Înainte de construirea primului reactor nuclear artificial la sfârșitul anului 1942 ( Chicago Pile-1 ), cesiul-137 nu se produsese pe Pământ în cantități semnificative de aproximativ 1,7 miliarde de ani . Observând razele gamma caracteristice emise de acest izotop, se poate determina dacă conținutul unui container sigilat dat a fost făcut înainte sau după prima explozie a bombei atomice ( testul Trinity , 16 iulie 1945), care a răspândit o parte din aceasta în atmosferă, distribuind rapid cantități de urme pe glob. Această procedură a fost utilizată de cercetători pentru a verifica autenticitatea anumitor vinuri rare, mai ales a pretinselor „ sticle Jefferson ”. Solurile de suprafață și sedimentele sunt, de asemenea, datate prin măsurarea activității de 137 Cs.
Dezastrul de la Cernobîl
Începând de astăzi și în următoarele câteva sute de ani, cesiul-137 și stronțiul-90 continuă să fie principala sursă de radiații în zona de înstrăinare din jurul centralei nucleare de la Cernobâl și prezintă cel mai mare risc pentru sănătate, din cauza timpul de înjumătățire și absorbția lor biologică de aproximativ 30 de ani. Contaminarea medie cu cesiu-137 în Germania în urma dezastrului de la Cernobîl a fost de 2000-4000 Bq / m 2 . Aceasta corespunde unei contaminări de 1 mg / km 2 de cesiu-137, totalizând aproximativ 500 de grame depuse peste toată Germania. În Scandinavia, unii reni și oi au depășit limita legală norvegiană (3000 Bq / kg) la 26 de ani după Cernobâl. Începând cu 2016, Cesiunea-Cesiune-137 a scăzut la jumătate, dar ar fi putut fi concentrată local de factori mult mai mari.
Dezastru Fukushima Daiichi
În aprilie 2011, niveluri ridicate de cesiu-137 au fost găsite și în mediu după dezastrele nucleare Fukushima Daiichi din Japonia. În iulie 2011, s-a constatat că carnea de la 11 vaci expediate către Tokyo din prefectura Fukushima avea 1.530 până la 3.200 becquereli pe kilogram de 137 Cs, depășind considerabil limita legală japoneză de 500 becquerels pe kilogram în acel moment. În martie 2013, un pește prins în apropierea uzinei avea un record de 740.000 becquereli pe kilogram de cesiu radioactiv, peste limita guvernamentală de 100 becquerels pe kilogram. O lucrare din 2013 în Scientific Reports a constatat că pentru un sit forestier la 50 km de planta afectată, concentrațiile de 137 Cs erau mari în așternutul de frunze, ciuperci și detritivori , dar scăzut în erbivore. Până la sfârșitul anului 2014, „radiocaeziul derivat din Fukushima s-a răspândit în tot vestul Oceanului Pacific de Nord”, transportat de curentul Pacificului de Nord din Japonia în Golful Alaska . Acesta a fost măsurat în stratul de suprafață până la 200 de metri și la sud de zona actuală până la 400 de metri.
Se spune că cesiul-137 este principala problemă de sănătate din Fukushima. Se iau în considerare o serie de tehnici care vor putea elimina în mod eficient 80% până la 95% din cesiu din solul contaminat și din alte materiale, fără a distruge materialul organic din sol. Acestea includ sablarea hidrotermală. Cesiul precipitat cu ferocianură ferică ( albastru prusac ) ar fi singurul deșeu care necesită locuri speciale de înmormântare. Scopul este de a obține expunerea anuală din mediul contaminat până la 1 mSv peste fundal. Cea mai contaminată zonă în care dozele de radiații sunt mai mari de 50 mSv / an trebuie să rămână în afara limitelor, însă unele zone care sunt în prezent mai mici de 5 mSv / an pot fi decontaminate, permițând revenirea a 22.000 de locuitori.
Incidente și accidente
Sursele gamma de cesiu-137 au fost implicate în mai multe accidente și incidente radiologice.
1987 Goiânia, Goiás, Brazilia
În accidentul de la Goiânia din 1987, un sistem de radioterapie eliminat în mod necorespunzător dintr-o clinică abandonată din Goiânia , Brazilia, a fost îndepărtat, apoi a fost spart pentru a fi vândut în grădini de gunoi, iar sarea strălucitoare de cesiu a fost vândută cumpărătorilor curioși, ne-recomandați. Acest lucru a dus la patru decese confirmate și la câteva răni grave din cauza contaminării cu radiații. Sursele de raze gamma de cesiu care au fost învelite în carcase metalice pot fi amestecate cu fier vechi în drumul său către topitoriile, rezultând în producția de oțel contaminat cu radioactivitate.
1989 Kramatorsk, Donețk, Ucraina
Accidentul radiologic Kramatorsk sa întâmplat în 1989 , când o capsulă mică care conține cesiu-137 este extrem de radioactiv a fost găsit în interiorul peretelui de beton al unui bloc din Kramatorsk , RSS Ucraineană . Se crede că capsula, care inițial făcea parte dintr-un dispozitiv de măsurare, s-a pierdut la sfârșitul anilor 1970 și a ajuns să se amestece cu pietrișul folosit pentru construirea clădirii în 1980. Peste nouă ani, două familii locuiseră în apartament. Până la descoperirea capsulei, 6 rezidenți ai clădirii muriseră de leucemie și alți 17 au primit doze variate de radiații.
1997, Georgia
În 1997, mai mulți soldați georgieni au suferit otrăviri cu radiații și arsuri. În cele din urmă au fost urmărite înapoi la surse de instruire abandonate, uitate și nemarcate după dizolvarea Uniunii Sovietice . Una dintre ele a fost o peletă de cesiu-137 într-un buzunar al unui sacou comun care a scos de aproximativ 130.000 de ori nivelul radiației de fond la 1 metru distanță.
1998, Los Barrios, Cádiz, Spania
În accidentul Acerinox din 1998, compania spaniolă de reciclare Acerinox a topit accidental o masă de cesiu-137 radioactiv provenită de la un generator de raze gamma.
2009 Tongchuan, Shaanxi, China
În 2009, o companie chineză de ciment (din Tongchuan , provincia Shaanxi ) demolează o fabrică de ciment veche, neutilizată și nu a respectat standardele pentru manipularea materialelor radioactive. Acest lucru a făcut ca niște cesiu-137 dintr-un instrument de măsurare să fie inclus cu opt camioane de fier vechi în drum spre o fabrică de oțel , unde cesiul radioactiv a fost topit în oțel.
Martie 2015, Universitatea din Tromsø, Norvegia
În martie 2015, Universitatea Norvegiană din Tromsø a pierdut 8 probe radioactive, inclusiv probe de cesiu-137, americium-241 și stronțiu-90. Probele au fost mutate dintr-un loc sigur pentru a fi utilizate pentru educație. Când se trebuia returnate mostrele, universitatea nu a putut să le găsească. Începând cu 4 noiembrie 2015, probele încă lipsesc.
Martie 2016 Helsinki, Uusimaa, Finlanda
La 3 și 4 martie 2016, au fost detectate niveluri neobișnuit de ridicate de cesiu-137 în aer în Helsinki , Finlanda. Potrivit STUK , de reglementare nucleară a țării, măsurătorile au arătat 4000 μBq / m 3 - aproximativ 1.000 de ori mai mare decât nivelul obișnuit. O anchetă a agenției a trasat sursa către o clădire din care operează STUK și o companie de tratare a deșeurilor radioactive.
Mai 2019 Seattle, Washington, SUA
Treisprezece persoane au fost expuse la cesiu-137 în mai 2019 la clădirea de cercetare și instruire din complexul Harborview Medical Center. Un echipaj contractual transfera cesiul din laborator într-un camion când pulberea a fost vărsată. Cinci persoane au fost decontaminate și eliberate, dar 8 care au fost expuse mai direct au fost duse la spital în timp ce clădirea de cercetare a fost evacuată.
Vezi si
Referințe
Bibliografie
- Olsen, Rolf A. (1994). "4.2. Transferul radiocaeziului din sol în plante și ciuperci în ecosisteme seminaturale". Radioecologia nordică - Transferul radionuclizilor prin ecosistemele nordice către om . Studii în științe ale mediului. 62 . pp. 265-286. doi : 10.1016 / S0166-1116 (08) 71715-1 . ISBN 9780444816177.