Cesiu-137

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 23 ianuarie 2022; verificările necesită 7 modificări .

cesiu-137

Schema de dezintegrare a cesiului-137

Nume, simbol

Cesiu-137, 137 Cs

Titluri alternative

radiocesiu

Neutroni

Proprietățile nuclidelor

Masă atomică

136.9070895(5) [1] a. mânca.

defect de masă

−86 545,6(5) [1] k eV

Energie de legare specifică (per nucleon)

8 388,956(3) [1] keV

Jumătate de viață

30.1671(13) [2] ani

Produse de degradare

137 Ba

Izotopi parentali

137 Xe ( β - )

Spinul și paritatea nucleului

7/2 + [2]

Canal de dezintegrare	Energia de dezintegrare
β −	1,17563(17) [ 1] MeV

Tabelul nuclizilor

Fișiere media la Wikimedia Commons

Cesiu-137 , cunoscut și sub numele de radioceziu , este un nuclid radioactiv al elementului chimic cesiu cu număr atomic 55 și număr de masă 137. Se formează în principal în timpul fisiunii nucleare în reactoare nucleare și arme nucleare .

Activitatea unui gram din acest nuclid este de aproximativ 3,2 TBq .

Formare și dezintegrare

Cesiu-137 este un produs fiică al dezintegrarii β a nuclidului 137 Xe (timpul de înjumătățire este de 3,818(13) [2] min):

{\mathrm {{}^{1}{}_{{54}}^{{37}}Xe}}\rightarrow {\mathrm {{}^{1}{}_{{{55}}^{{ 37}}Cs}}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}

Cesiu-137 suferă dezintegrare beta ( timp de înjumătățire 30,17 ani), care produce mai întâi izomerul Ba de 137 m1 (timp de înjumătățire 2,552 min), care se transformă într-un izotop stabil de bariu 137 Ba :

\mathrm {{}^{1}{}_{55}^{37}Cs} \rightarrow \mathrm {{}^{1}{}_{56}^{37m1}Ba} +e^ {-}+{\bar {\nu }}_{e}

;

\mathrm {{}^{1}{}_{56}^{37m1}Ba} \rightarrow \mathrm {{}^{1}{}_{56}^{37}Ba} +\gamma

În 94,4 % [3] % din cazuri, dezintegrarea are loc odată cu formarea intermediară a izomerului nuclear de bariu-137 137 Ba m (timp de înjumătățire al acestuia este de 2,55 min), care la rândul său intră în starea fundamentală cu emisia de un quantum gamma cu o energie de 661, 7 keV (sau un electron de conversie cu o energie de 661,7 keV redusă de energia de legare a electronului). Energia totală eliberată în timpul dezintegrarii beta a unui nucleu de cesiu-137 este de 1175,63 ± 0,17 [1] keV.

Caesium-137 în mediu

Eliberarea de cesiu-137 în mediu are loc în principal ca urmare a testelor nucleare și a accidentelor la centralele nucleare .

Cesiu-137 este una dintre componentele principale ale contaminării radioactive a biosferei. Conținut în precipitații radioactive, deșeuri radioactive, evacuări de la instalațiile care procesează deșeurile de la centralele nucleare. Intensiv absorbit de sol și sedimentele de fund; în apă este în principal sub formă de ioni. Se găsește în plante, animale și oameni. Coeficientul de acumulare de 137 Cs este cel mai mare la algele de apă dulce și plantele terestre arctice, precum și la licheni . La animale, 137 Cs se acumulează în principal în mușchi și ficat. Cel mai mare coeficient de acumulare a fost observat la reni și păsările de apă din America de Nord. Se acumulează în ciuperci, dintre care un număr ( boletus , ciuperci de mușchi, hogweed , dulce-amăruie, ciupercă poloneză ) sunt considerate „acumulatori” de radiocesiu [4] .

Accident de radiații

În timpul unui accident din Uralul de Sud din 1957, a avut loc o explozie termică a unei instalații de depozitare a deșeurilor radioactive , în urma căreia radionuclizi cu o activitate totală de 74 PBq , inclusiv 0,2 PBq de 137 Cs , au intrat în atmosferă [5] .
Accidentul de la reactorul Windscale din Marea Britanie din 1957 a eliberat 750 TBq de radionuclizi, dintre care 30 TBq erau 137 Cs.
Deversarea tehnologică de deșeuri radioactive de la întreprinderea Mayak din Uralii de Sud în râul Techa în 1950 s-a ridicat la 102 PBq, inclusiv 137 Cs 12,4 PBq [5] .
Eliminarea de vânt a radionuclizilor din lunca inundabilă a lacului Karachay din Uralii de Sud în 1967 s-a ridicat la 30 TBq. 137 Cs au reprezentat 0,4 TBq [5] .
În scopul sondajului profund al scoarței terestre, prin ordin al Ministerului Geologiei , a fost efectuată o explozie nucleară subterană la 19 septembrie 1971 în apropierea satului Galkino din regiunea Ivanovo. La 18 minute de la explozie, o fântână cu apă și noroi s-a format la un metru de fântână cu încărcarea. În prezent, puterea de radiație este de aproximativ 3 miliroentgen pe oră, izotopii de cesiu-137 și stronțiu-90 continuă să iasă la suprafață.
În 1985, a avut loc un accident de radiații în Golful Chazhma (Primorye) - un accident cu o centrală nucleară pe un submarin nuclear al Flotei Sovietice Pacificului, care a dus la contaminarea radioactivă a mediului, moartea a unsprezece și expunerea a sute de oameni.
În 1986, în timpul accidentului de la centrala nucleară de la Cernobîl (ChNPP), 1850 PBq de radionuclizi au fost eliberați din reactorul distrus , în timp ce 270 PBq au scăzut în ponderea cesiului radioactiv. Răspândirea radionuclizilor a căpătat proporții planetare. În Ucraina, Belarus și Regiunea Economică Centrală a RSFSR, mai mult de jumătate din cantitatea totală de radionuclizi depuse pe teritoriul URSS a căzut. Concentrația medie anuală de cesiu-137 în stratul de aer de suprafață de pe teritoriul URSS în 1986 a crescut la nivelul din 1963 (în 1963, a fost observată o creștere a concentrației de radiocesiu ca urmare a unei serii de explozii nucleare atmosferice în 1961-1962) [6]
În 2011, în timpul accidentului de la centrala nucleară Fukushima-1 , din reactorul distrus a fost eliberată o cantitate semnificativă de cesiu-137 (până la 15 PBq [7] ) . Distribuția are loc în principal prin apele Oceanului Pacific.
În 2013, în timpul topirii metalelor neferoase în cuptorul uzinei OJSC Elektrostal Heavy Machine Building Plant, Elektrostal, a fost topit un material cu o sursă de cesiu-137. Răspândirea materialului radioactiv în atmosferă a avut loc prin conducta de ventilație a cuptorului pentru topirea metalelor neferoase. [8]

Infecții locale

Sunt cunoscute cazuri de poluare a mediului ca urmare a depozitării neglijente a surselor de cesiu-137 în scopuri medicale și tehnologice. Cel mai cunoscut în acest sens este incidentul de la Goiania din 1987 , când o parte dintr-o unitate de radioterapie care conţinea cesiu-137 a fost furată dintr-un spital abandonat de către jefuitori . Timp de mai bine de două săptămâni, tot mai mulți oameni au intrat în contact cu clorură de cesiu sub formă de pulbere și niciunul dintre ei nu știa despre pericolul asociat cu aceasta. Aproximativ 250 de persoane au fost expuse la contaminare radioactivă, patru dintre ele au murit.

Pe teritoriul URSS, un incident cu expunerea prelungită a rezidenților uneia dintre case la cesiu-137 a avut loc în anii 1980 în Kramatorsk .

Acțiune biologică

În interiorul organismelor vii, cesiul-137 pătrunde în principal prin organele respiratorii și digestive. Pielea are o bună funcție de protecție (doar 0,007% din preparatul de cesiu aplicat pătrunde prin suprafața intactă a pielii, 20% prin cea arsă; la aplicarea preparatului de cesiu pe rană se observă absorbția a 50% din preparat în timpul primele 10 minute, 90% se absoarbe numai după 3 ore). Aproximativ 80% din cesiul care intră în organism se acumulează în mușchi, 8% în schelet, iar restul de 12% este distribuit uniform peste alte țesuturi [5] .

Acumularea de cesiu în organe și țesuturi are loc până la o anumită limită (sub rezerva aportului său constant), în timp ce faza intensivă de acumulare este înlocuită cu o stare de echilibru, când conținutul de cesiu din organism rămâne constant. Timpul până la atingerea stării de echilibru depinde de vârsta și tipul animalelor. Starea de echilibru la animalele de fermă apare după aproximativ 10-30 de zile, la om după aproximativ 430 de zile [5] .

Cesiu-137 este excretat în principal prin rinichi și intestine . La o lună după încetarea aportului de cesiu, aproximativ 80% din cantitatea administrată este excretată din organism, cu toate acestea, în procesul de excreție, cantități semnificative de cesiu sunt reabsorbite în sânge în intestinul inferior [5] .

Timpul biologic de înjumătățire al cesiului-137 acumulat pentru oameni este considerat a fi de 70 de zile (conform Comisiei Internaționale pentru Protecție Radiologică) [5] [9] . Cu toate acestea, rata de excreție a cesiului depinde de mulți factori - starea fiziologică, nutriția etc. (de exemplu, se oferă date că timpul de înjumătățire pentru cinci persoane iradiate a variat semnificativ și a fost de 124, 61, 54, 36 și 36 de zile) [ 5] .

Cu o distribuție uniformă a cesiului-137 în corpul uman cu o activitate specifică de 1 Bq/kg, rata dozei absorbite , conform diverșilor autori, variază de la 2,14 la 3,16 μGy/an [5] .

Cu iradierea externă și internă, eficacitatea biologică a cesiu-137 este aproape aceeași (cu doze absorbite comparabile). Datorită distribuției relativ uniforme a acestui nuclid în organism, organele și țesuturile sunt iradiate uniform. Acest lucru este facilitat și de puterea mare de penetrare a radiației gamma a nuclidului 137 Ba m , care se formează în timpul dezintegrarii cesiului-137: lungimea traseului cuantelor gamma în țesuturile moi umane ajunge la 12 cm [5] .

Dezvoltarea daunelor radiațiilor la om este de așteptat atunci când este absorbită o doză de aproximativ 2 Gy sau mai mult. Simptomele sunt în multe privințe similare cu boala acută de radiații cu iradiere gamma: depresie și slăbiciune, diaree , scădere în greutate, hemoragii interne. Sunt tipice modificări ale imaginii sanguine tipice bolii acute de radiații [5] . Nivelurile de aport de 148, 370 și 740 MBq corespund unor grade ușoare, moderate și severe de deteriorare, cu toate acestea, o reacție de radiație este deja observată la unitățile de MBq [5] .

Ajutorul la deteriorarea radiațiilor cauzate de cesiu-137 ar trebui să vizeze îndepărtarea nuclidului din organism și include decontaminarea pielii, spălarea gastrică, numirea diferitelor adsorbanți (de exemplu, sulfat de bariu , alginat de sodiu , polisurmină ), precum și emetic. , laxative și diuretice. Un mijloc eficient de reducere a absorbției intestinale a cesiului este ferocianura absorbantă , care leagă nuclidul într-o formă nedigerabilă. În plus, pentru accelerarea excreției nuclidului, sunt stimulate procesele excretorii naturale, se folosesc diverși agenți de complexare ( DTPA , EDTA , etc.) [5] .

Obținerea

Din soluțiile obținute în timpul prelucrării deșeurilor radioactive din reactoarele nucleare, 137 Cs este extras prin co-precipitare cu fier, nichel, hexacianoferrați de zinc sau fluorotungstat de amoniu. De asemenea, se utilizează schimbul de ioni și extracția [10] .

Aplicație

Cesiu-137 este utilizat în detectarea defectelor cu raze gamma , tehnologia de măsurare, pentru sterilizarea cu radiații a alimentelor , medicamentelor și medicamentelor, în radioterapie pentru tratamentul tumorilor maligne. De asemenea, cesiu-137 este utilizat în producerea surselor de curent radioizotop , unde este utilizat sub formă de clorură de cesiu (densitate 3,9 g / cm³, eliberare de energie aproximativ 1,27 W / cm³). Cesiu-137 este utilizat în senzorii de limită pentru solide în vrac ( indicatoare de nivel ) în containere opace.

Cesiu-137 are anumite avantaje față de cobaltul radioactiv-60 : un timp de înjumătățire mai lung și radiații gamma mai puțin dure. În acest sens, dispozitivele bazate pe 137 Cs sunt mai durabile, iar protecția împotriva radiațiilor este mai puțin greoaie. Cu toate acestea, aceste avantaje devin reale numai în absența impurităților de 134 Cs cu un timp de înjumătățire mai scurt și radiații gamma mai dure [11] .

Vezi și

Stronțiu-90

Link -uri

Cesiu-137 radioactiv
Contaminarea cu cesiu-137 pe teritoriul Belarusului /arhivă web/
ATSDR - Profil toxicologic: Cesiu /webarchive/

Note

↑ 1 2 3 4 5 Audi G. , Wapstra AH , Thibault C. Evaluarea masei atomice AME2003 (II). Tabele, grafice și referințe (engleză) // Fizica nucleară A . - 2003. - Vol. 729 . - P. 337-676 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003 . - Cod .
↑ 1 2 3 Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH Evaluarea NUBASE a proprietăților nucleare și de dezintegrare // Nuclear Physics A . - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - Cod biblic .
↑ INEEL & KRI/RG Helmer și VP Chechev/Schema de degradare a Caesium-137
↑ A. G. Shishkin. Cernobîl (link inaccesibil) (2003). — Studii radioecologice ale ciupercilor și fructelor sălbatice. Consultat la 27 iulie 2009. Arhivat din original la 22 februarie 2014. (nedefinit)
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Vasilenko I. Ya. Cesiu radioactiv-137 // Natura. - 1999. - Nr. 3 . - S. 70-76 .
↑ Aspecte geofizice ale dezastrului de la Cernobîl
↑ Compararea directă a Fukushima cu Cernobîl: Blogul de știri . blogs.nature.com. Data accesului: 16 aprilie 2017.
↑ Prezentări pe tema: Răspunsul la un incident de radiații la Electrostal Heavy Engineering Plant OJSC.
↑ „Viața înjumătățită biologică”
↑ Enciclopedia online „Round the World”: Cesium
↑ Biblioteca populară de elemente chimice. Cartea a doua. Silver-Nielsborium și nu numai . - Ed. a 3-a. - M . : Editura „Nauka”, 1983. - S. 91-100. — 573 p. — 50.000 de exemplare.