Цезий-137

Основная статья: Изотопы цезия

Це́зий-137, известен также как радиоце́зий — радиоактивный нуклид химического элемента цезия с атомным номером 55 и массовым числом 137. Образуется преимущественно при делении ядер в ядерных реакторах и ядерном оружии.

Цезий-137
Схема распада цезия-137
Название, символ	Цезий-137, 137Cs
Альтернативные названия	радиоце́зий
Нейтронов	82
Свойства нуклида
Атомная масса	136,9070895(5) а. е. м.
Дефект массы	−86 545,6(5) кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон)	8 388,956(3) кэВ
Период полураспада	30,1671(13) лет
Продукты распада	137Ba
Родительские изотопы	137Xe (β−)
Спин и чётность ядра	7/2+
Канал распада Энергия распада β− 1,17563(17) МэВ
Таблица нуклидов
Медиафайлы на Викискладе

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 3,2 ТБк.

Образование и распадПравить

Цезий-137 является дочерним продуктом β⁻-распада нуклида ¹³⁷Xe (период полураспада составляет 3,818(13) мин):

${}^1{}_{54}^{37}\mathrm{X}\mathrm{e}\to <!--\; \to \; -->{}^1{}_{55}^{37}\mathrm{C}\mathrm{s}+e^{-<!--\; -\; -->}+{\stackrel{¯<!--\; ¯\; -->}{\mathrm{\nu <!--\; \nu \; -->}}}_e$${\mathrm {{}^{1}{}_{{54}}^{{37}}Xe}}\rightarrow {\mathrm {{}^{1}{}_{{55}}^{{37}}Cs}}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}$ .

Цезий-137 претерпевает бета-распад (период полураспада 30,17 лет), в результате которого сперва образуется изомер ^137m1Ba (период полураспада 2,552 мин), который превращается в стабильный изотоп бария ¹³⁷Ba:

${}^1{}_{55}^{37}\mathrm{C}\mathrm{s}\to <!--\; \to \; -->{}^1{}_{56}^{37\mathrm{m}1}\mathrm{B}\mathrm{a}+e^{-<!--\; -\; -->}+{\stackrel{¯<!--\; ¯\; -->}{\mathrm{\nu <!--\; \nu \; -->}}}_e$$\mathrm {{}^{1}{}_{55}^{37}Cs} \rightarrow \mathrm {{}^{1}{}_{56}^{37m1}Ba} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}$ ;

${}^1{}_{56}^{37\mathrm{m}1}\mathrm{B}\mathrm{a}\to <!--\; \to \; -->{}^1{}_{56}^{37}\mathrm{B}\mathrm{a}+\mathrm{\gamma <!--\; \gamma \; -->}$$\mathrm {{}^{1}{}_{56}^{37m1}Ba} \rightarrow \mathrm {{}^{1}{}_{56}^{37}Ba} +\gamma$ .

В 94,4 % случаев распад происходит c промежуточным образованием ядерного изомера бария-137 ¹³⁷Ba^m (его период полураспада составляет 2,55 мин), который в свою очередь переходит в основное состояние с испусканием гамма-кванта с энергией 661,7 кэВ (или конверсионного электрона с энергией 661,7 кэВ, уменьшенной на величину энергии связи электрона). Суммарная энергия, выделяющаяся при бета-распаде одного ядра цезия-137, составляет 1175,63 ± 0,17 кэВ.

Цезий-137 в окружающей средеПравить

 

Карта радиационного загрязнения цезием-137 территорий, граничащих с Чернобыльской зоной отчуждения (на 1996 г.)

Выброс цезия-137 в окружающую среду происходит в основном в результате ядерных испытаний и аварий на предприятиях атомной энергетики.

Цезий-137 — один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Содержится в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций. Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организме животных и человека. Коэффициент накопления ¹³⁷Cs наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, а также лишайников. В организме животных ¹³⁷Cs накапливается главным образом в мышцах и печени. Наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и североамериканских водоплавающих птиц. Накапливается в грибах, ряд которых (маслята, моховики, свинушка, горькушка, польский гриб) считается «аккумуляторами» радиоцезия.

Радиационные аварииПравить

• При аварии на Южном Урале в 1957 году произошёл тепловой взрыв хранилища радиоактивных отходов, в результате которого в атмосферу поступили радионуклиды с суммарной активностью 74 ПБк, в том числе 0,2 ПБк ¹³⁷Cs.
• При аварии на реакторе в Уиндскейле в Великобритании в 1957 году произошёл выброс 750 ТБк радионуклидов, из них 30 ТБк ¹³⁷Cs.
• Технологический сброс радиоактивных отходов предприятия «Маяк» на Южном Урале в реку Течу в 1950 году составил 102 ПБк, в том числе ¹³⁷Cs 12,4 ПБк.
• Ветровой вынос радионуклидов из поймы озера Карачай на Южном Урале в 1967 году составил 30 ТБк. На долю ¹³⁷Cs пришлось 0,4 ТБк.
• В целях глубинного зондирования земной коры по заказу министерства геологии произведён подземный ядерный взрыв 19 сентября 1971 году около деревни Галкино в Ивановской области. На 18 минуте после взрыва в метре от скважины с зарядом образовался фонтан из воды и грязи. В настоящее время мощность излучения составляет порядка 3 миллирентген в час, изотопы цезий-137 и стронций-90 продолжают выходить на поверхность.
• В 1985 г произошла радиационная авария в бухте Чажма (Приморье) — авария ядерной энергетической установки на атомной подводной лодке Советского Тихоокеанского флота, повлёкшая за собой радиоактивное заражение окружающей среды, гибель одиннадцати и облучение сотен людей.
• В 1986 году во время аварии на Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС) из разрушенного реактора было выброшено 1850 ПБк радионуклидов, при этом на долю радиоактивного цезия пришлось 270 ПБк. Распространение радионуклидов приняло планетарные масштабы. На Украине, на Белоруссии и Центральном экономическом районе РСФСР выпало более половины от общего количества радионуклидов, осевших на территории СССР. Среднегодовая концентрация цезия-137 в приземном слое воздуха на территории СССР в 1986 году повысилась до уровня 1963 года (в 1963 году наблюдалось повышение концентрации радиоцезия в результате проведения серии атмосферных ядерных взрывов в 1961—1962 годах)
• В 2011 году во время аварии на АЭС Фукусима-1 из разрушенного реактора было выброшено значительное количество цезия-137 (до 15 ПБк). Распространение, в основном, происходит через воды Тихого океана.
• В 2013 году во время переплавки цветного металла в печи завода ОАО «Электростальский завод тяжелого машиностроения» г. Электросталь был расплавлен материал с источником цезия-137. Распространение радиоактивного материала в атмосферу происходило через вентиляционную трубу печи плавки цветных металлов.

Локальные зараженияПравить

Известны случаи загрязнения внешней среды в результате небрежного хранения источников цезия-137 для медицинских и технологических целей. Наиболее известен в этом отношении инцидент в Гоянии в 1987 году, когда мародёрами из заброшенной больницы была похищена деталь из установки для радиотерапии, содержащая цезий-137. В течение более чем двух недель с порошкообразным хлоридом цезия контактировали всё новые люди, и никто из них не знал о связанной с ним опасности. Радиоактивному заражению подверглись приблизительно 250 человек, четверо из них умерли.

На территории СССР инцидент с длительным облучением жителей одного из домов цезием-137 произошёл в 1980-х годах в Краматорске.

Биологическое действиеПравить

Внутрь живых организмов цезий-137 в основном проникает через органы дыхания и пищеварения. Хорошей защитной функцией обладает кожа (через неповреждённую поверхность кожи проникает только 0,007 % нанесённого препарата цезия, через обожжённую — 20 %; при нанесении препарата цезия на рану всасывание 50 % препарата наблюдается в течение первых 10 мин, 90 % всасывается только через 3 часа). Около 80 % попавшего в организм цезия накапливается в мышцах, 8 % — в скелете, оставшиеся 12 % распределяются равномерно по другим тканям.

Накопление цезия в органах и тканях происходит до определённого предела (при условии его постоянного поступления), при этом интенсивная фаза накопления сменяется равновесным состоянием, когда содержание цезия в организме остаётся постоянным. Время достижения равновесного состояния зависит от возраста и вида животных. Равновесное состояние у сельскохозяйственных животных наступает примерно через 10—30 дней, у человека приблизительно через 430 суток.

Цезий-137 выводится в основном через почки и кишечник. Через месяц после прекращения поступления цезия из организма выводится примерно 80 % введённого количества, однако при этом в процессе выведения значительные количества цезия повторно всасываются в кровь в нижних отделах кишечника.

Биологический период полувыведения накопленного цезия-137 для человека принято считать равным 70 суткам (согласно данным Международной комиссии по радиологической защите). Тем не менее, скорость выведения цезия зависит от многих факторов — физиологического состояния, питания и др. (например, приводятся данные о том, что период полувыведения для пяти облучённых человек существенно различался и составлял 124, 61, 54, 36 и 36 суток).

При равномерном распределении цезия-137 в организме человека с удельной активностью 1 Бк/кг мощность поглощённой дозы, по данным различных авторов, варьирует от 2,14 до 3,16 мкГр/год.

При внешнем и внутреннем облучении биологическая эффективность цезия-137 практически одинакова (при сопоставимых поглощённых дозах). Вследствие относительно равномерного распределения этого нуклида в организме органы и ткани облучаются равномерно. Этому также способствует высокая проникающая способность гамма-излучения нуклида ¹³⁷Ba^m, образующегося при распаде цезия-137: длина пробега гамма-квантов в мягких тканях человека достигает 12 см.

Развитие радиационных поражений у человека можно ожидать при поглощении дозы примерно в 2 Гр и более. Симптомы во многом схожи с острой лучевой болезнью при гамма-облучении: угнетённое состояние и слабость, диарея, снижение массы тела, внутренние кровоизлияния. Характерны типичные для острой лучевой болезни изменения в картине крови. Уровням поступления в 148, 370 и 740 МБк соответствуют лёгкая, средняя и тяжёлая степени поражения, однако лучевая реакция отмечается уже при единицах МБк.

Помощь при радиационном поражении цезием-137 должна быть направлена на выведение нуклида из организма и включает в себя дезактивацию кожных покровов, промывание желудка, назначение различных сорбентов (например, сернокислого бария, альгината натрия, полисурмина), а также рвотных, слабительных и мочегонных средств. Эффективным средством для уменьшения всасывания цезия в кишечнике является сорбент ферроцианид, который связывает нуклид в неусваиваемую форму. Кроме того, для ускорения выведения нуклида стимулируют естественные выделительные процессы, используют различные комплексообразователи (ДТПА, ЭДТА и др.).

ПолучениеПравить

Из растворов, полученных при переработке радиоактивных отходов ядерных реакторов, ¹³⁷Cs извлекается методами соосаждения с гексацианоферратами железа, никеля, цинка или фторовольфраматом аммония. Используют также ионный обмен и экстракцию.

ПрименениеПравить

Цезий-137 используется в гамма-дефектоскопии, измерительной технике, для радиационной стерилизации пищевых продуктов, медицинских препаратов и лекарств, в радиотерапии для лечения злокачественных опухолей. Также цезий-137 используется в производстве радиоизотопных источников тока, где он применяется в виде хлорида цезия (плотность 3,9 г/см³, энерговыделение около 1,27 Вт/см³). Цезий-137 используется в датчиках предельных уровней сыпучих веществ (уровнемерах) в непрозрачных бункерах.

Цезий-137 имеет определённые преимущества перед радиоактивным кобальтом-60: более длительный период полураспада и менее жёсткое гамма-излучение. В связи с этим приборы на основе ¹³⁷Cs долговечнее, а защита от излучения менее громоздка. Однако, эти преимущества становятся реальными лишь при отсутствии примеси ¹³⁴Cs с более коротким периодом полураспада и более жёстким гамма-излучением.

См. такжеПравить

• Стронций-90

СсылкиПравить

• Радиоактивный цезий-137
• Загрязнение цезием-137 на территории Белоруссии /вебархив/
• ATSDR — Toxicological Profile: Cesium /вебархив/