Цэзій-137

Цэзій-137, вядомы таксама як радыяцэзій — радыеактыўны нуклід цэзію з атамным нумарам 55 і масавым лікам 137. Утвараецца пераважна пры дзяленні ядраў у ядзерных рэактарах і ў ядзернай зброі.

Цэзій-137
Схема распаду цэзію-137
Назва, сімвал	Цэзій-137, 137Cs
Нейтронаў	82
Уласцівасці нукліду
Атамная маса	136,9070895(5)[1] а. а. м.
Дэфект масы	−86 545,6(5)[1] кэВ
Перыяд паўраспаду	30,1671(13)[2] гадоў
Прадукты распаду	137Ba
Бацькоўскія ізатопы	137Xe (β−)
Спін і цотнасць ядра	7/2+[2]
Канал распаду Энергія распаду β−
Табліца нуклідаў
Медыяфайлы на Вікісховішчы

Цэзій-137 — адзін з галоўных кампанентаў радыеактыўнага забруджвання біясферы. Утрымліваецца ў радыеактыўных выпадзеннях, радыеактыўных адкідах, скідах заводаў, якія перапрацоўваюць адкіды атамных электрастанцый. Інтэнсіўна сарбуецца глебай і доннымі адкладаннямі; у вадзе знаходзіцца пераважна ў выглядзе іонаў. Утрымліваецца ў раслінах і арганізме жывёл і чалавека. Каэфіцыент назапашвання ¹³⁷Cs найбольш высокі ў прэснаводных водарасцяў і арктычных наземных раслін, асабліва лішайнікаў. У арганізме жывёл ¹³⁷Cs назапашваецца галоўным чынам у цягліцах і печані. Найбольшы каэфіцыент назапашвання яго адзначаны ў паўночных аленяў і паўночнаамерыканскіх вадаплаўных птушак. Назапашваецца ў грыбах, шэраг якіх (маслякі, махавікі, свінуха, гаркуха, польскі грыб) лічацца «акумулятарамі» радыяцэзію^[3].

Актыўнасць аднаго грама гэтага нукліду складае прыблізна 3,2 ТБк.

Утварэнне і распад

Цэзій-137 з’яўляецца дачэрнім прадуктам β⁻-распаду нукліду ¹³⁷Xe (перыяд паўраспаду складае 3,818(13)^[2] хвіліны):

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

Цэзій-137 перажывае бэта-распад (перыяд паўраспаду 30,17 гадоў), у выніку якога ствараецца стабільны ізатоп барыю ¹³⁷Ba:

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

У 94,4^[4] % выпадкаў распад адбываецца з прамежкавым утварэннем ядзернага ізамеру барыя-137 ¹³⁷Ba^m (яго перыяд паўраспаду складае 2,55 хвіліны), які ў сваю чаргу пераходзіць у асноўны стан з выпраменьваннем гама-кванта з энергіяй 661,7 кэВ (ці канверсійнага электрона з энергіяй 661,7 кэВ, паменшанай на велічыню энергіі сувязі электрона). Сумарная энергія, якая выдзяляецца пры бэта-распадзе аднаго ядра цэзію-137, складае 1175,63 ± 0,17^[1] кэВ.

Цэзій-137 у навакольным асяроддзі

Карта радыяцыйнага забруджвання цэзіем-137 тэрыторый, якія мяжуюць з Чарнобыльскай зонай адчужэння (на 1996 г.)

Выкід цэзію-137 у навакольнае асяроддзе адбываецца асноўным чынам у выніку ядзерных выпрабаванняў і аварый на прадпрыемствах атамнай энергетыкі.

Радыяцыйныя аварыі

• Пры аварыі ў Паўднёвым Урале ў 1957 г. адбыўся цеплавы выбух сховішча радыеактыўных адкідаў, у выніку якога ў атмасферу патрапілі радыенукліды з сумарнай актыўнасцю 74 ПБк, у тым ліку 0,2 ПБк ¹³⁷Cs^[5].
• Пры аварыі на рэактары ў Уіндскейле ў Вялікабрытаніі ў 1957 г. адбыўся выкід 12 ПБк радыенуклідаў, з іх 46 ТБк ¹³⁷Cs^[5].
• Тэхналагічны скід радыеактыўных адкідаў прадпрыемства «Маяк» у Паўднёвым Урале ў р. Цеча ў 1950 г. склаў 102 ПБк, у тым ліку ¹³⁷Cs 12,4 ПБк^[5].
• Ветравы вынас радыенуклідаў з поймы воз. Карачай у Паўднёвым Урале ў 1967 г. склаў 30 ТБк. На долю ¹³⁷Cs прыйшлося 0,4 ТБк^[5].
• У мэтах глыбіннага зандзіравання зямной кары паводле заказу міністэрства геалогіі здзейснены падземны ядзерны выбух 19 верасня 1971 г. каля в. Галкіна ў Іванаўскай вобласці. На 18 хвіліне пасля выбуху ў метры ад свідравіны з зарадам утварыўся фантан з вады і бруду. У цяперашні час магутнасць выпраменьвання складае каля 3 тысяч мікрарэнтген у гадзіну, ізатопы цэзій-137 і стронцый-90 працягваюць выходзіць на паверхню.
• У 1986 г. падчас аварыі на Чарнобыльскай атамнай электрастанцыі (ЧАЭС) з разбуранага рэактара было выкінута 1850 ПБк радыенуклідаў, пры гэтым на долю радыеактыўнага цэзію прыйшлося 270 ПБк. Распаўсюджанне радыенуклідаў прыняла планетарныя маштабы. Ва Украіне, у Беларусі і Цэнтральным эканамічным раёне Расійскай Федэрацыі выпала больш паловы ад агульнай колькасці радыенуклідаў. Сярэднегадавая канцэнтрацыя цэзію-137 у прыземным слаі паветра на тэрыторыі СССР у 1986 годзе павысілася да ўзроўню 1963 года (у 1963 г. назіралася павышэнне канцэнтрацыі радыяцэзію ў выніку здзяйснення серыі атмасферных ядзерных выбухаў у 1961—1962 гг.)^[6]
• У 2011 г. падчас аварыі на АЭС Фукусіма-1 з разбуранага рэактара была выкінута значная колькасць цэзію-137 (агенцтва па атамнай бяспецы лічыць, што выкід радыеактыўнага цэзію-137 з трох рэактараў склаў 770 ПБк, ацэнкі ТЕРСО (Такійскай электраэнергетычнай кампаніі) удвая ніжэй^[7]). Распаўсюджанне адбываецца праз воды Ціхага акіяна.

Лакальныя заражэнні

Вядомыя выпадкі забруджвання навакольнага асяроддзя ў выніку нядбайнага захоўвання крыніц цэзію-137 для медычных і тэхналагічных мэт. Найбольш вядомым у гэтых адносінах з’яўляецца інцыдэнт у Гаяніі, калі марадзёрамі з закінутага шпіталю была скрадзена дэталь з устаноўкі для радыетэрапіі, якая ўтрымлівала цэзій-137. На працягу больш чым двух тыдняў з парашкападобным цэзіем кантактавалі ўсё новыя людзі, і ніхто з іх не ведаў аб звязанай з ім небяспецы. Радыеактыўнае заражэнне зазналі прыблізна 250 чалавек, чацвёра з іх памерлі.

На тэрыторыі СССР інцыдэнт з працяглым апраменьваннем жыхароў аднаго з дамоў цэзіем-137 адбыўся ў 1980-х гадах у Краматорску.

Біялагічнае дзеянне

Унутр жывых арганізмаў цэзій-137 у асноўным пранікае праз органы дыхання і стрававання. Добрай ахоўнай функцыяй валодае скура (праз непашкоджаную паверхню скуры трапляе толькі 0,007 % нанесенага прэпарату цэзію, праз апаленую — 20 %; пры нанясенні прэпарату цэзію на рану ўсмоктванне 50 % прэпарату назіраецца на працягу першых 10 хвілін, 90 % усмоктваецца толькі праз 3 гадзіны). Каля 80 % цэзію, які патрапіў у арганізм, назапашваецца ў цягліцах, 8 % — у шкілеце, астатнія 12 % размяркоўваюцца раўнамерна па другім тканкам^[5].

Назапашванне цэзію ў органах і тканках адбываецца да пэўнага парогу (пры ўмове яго пастаяннага паступлення), пры гэтым інтэнсіўная фаза назапашвання змяняецца раўнаважным станам, калі ўтрыманне цэзію ў арганізме застаецца пастаянным. Час дасягнення раўнаважнага стану залежыць ад узросту і віду жывёлы. Раўнаважны стан у сельскагаспадарчых жывёл наступае прыблізна праз 10-30 дзён, у чалавека прыблізна праз 430 сутак^[5].

Цэзій-137 выводзіцца ў асноўным праз ныркі і кішэчнік. Праз месяц пасля спынення паступлення цэзію з арганізму выводзіцца прыкладна 80 % уведзенай колькасці, аднак пры гэтым варта адзначыць, што ў працэсе вывядзення значныя колькасці цэзію паўторна ўсмоктваюцца ў кроў у ніжніх аддзелах кішэчніка^[5].

Біялагічны перыяд паўвывядзення назапашанага цэзію-137 для чалавека прынята лічыць роўным 70 суткам (згодна звесткам Міжнароднай камісіі па радыелагічнай ахове)^[5][8]. Тым не менш, хуткасць вывядзення цэзію залежыць ад многіх фактараў — фізіялагічнага стану, харчавання і інш. (напрыклад, прыводзяцца звесткі аб тым, што перыяд паўвывядзення для пяці апрамененых чалавек істотна адрозніваўся і складаў 124, 61, 54, 36 і 36 сутак)^[5].

Пры раўнамерным размеркаванні цэзію-137 у арганізме чалавека з удзельнай актыўнасцю 1 Бк/кг магутнасць паглынутай дозы, паводле звестак розных аўтараў, вар’іруецца ад 2,14 да 3,16 мкГр/год^[5].

Пры вонкавым і ўнутраным апраменьванні біялагічная эфектыўнасць цэзію-137 практычна аднолькавая (пры супастаўных паглынутых дозах). З прычыны адносна раўнамернага размеркавання гэтага нукліду ў арганізме органы і тканкі апраменьваюцца раўнамерна. Гэтаму таксама садзейнічае высокая пранікальная здольнасць гама-выпраменьвання нукліду ¹³⁷Ba^m, утворнага пры распадзе цэзію-137: даўжыня прабегу гама-квантаў у мяккіх тканках чалавека дасягае 12 см^[5].

Развіццё радыяцыйных параз у чалавека можна чакаць пры паглынанні дозы прыкладна в 2 Гр і болей. Сімптомы у многім падобны на вострую прамянёвую хваробу пры гама-апраменьванні: прыгнечаны стан і млявасць, дыярэя, зніжэнне масы цела, унутраныя кровазліцця. Характэрныя тыповыя для вострай прамянёвай хваробы змяненні ў карціне крыві^[5]. Дозам у 148, 370 і 740 МБк адпавядаюць лёгкая, сярэдняя і цяжкая ступені паразы, аднак прамянёвая рэакцыя адзначаецца ўжо пры адзінках МБк^[5].

Дапамога пры радыяцыйнай паразе цэзіем-137 павінна быць накіраваная на вывядзенне нукліду з арганізму і ўключае ў сябе дэзактывацыю скураных пакрываў, прамыванне страўніка, прызначэнне розных сарбентаў (напрыклад, сернакіслага барыю, альгінату натрыю, полісурміну), а таксама ванітавых, слабільных і мачагонных сродкаў. Эфектыўным сродкам для памяншэння ўсмоктвання цэзію ў кішэчніку з’яўляецца сарбент ферацыянід, які звязвае нуклід у незасвойную форму. Акрамя таго, для паскарэння вывядзення нукліду стымулююць натуральныя выдзяляльныя працэсы, ужываюць розныя комплексаўтваральнікі (ДТПА, ЭДТА і інш.)^[5].

Атрыманне

З раствораў, атрыманых пры перапрацоўцы радыеактыўных адкідаў ядзерных рэактараў, ¹³⁷Cs здабываецца метадамі асаджэння з гексацыянафератамі жалеза, нікелю, цынку альбо фторавальфраматам амонію. Выкарыстоўваюць таксама іонны абмен і экстракцыю^[9].

Ужыванне

Цэзій-137 ужываецца ў гама-дэфектаскапіі, вымяральнай тэхніцы, для радыяцыйнай стэрылізацыі харчовых прадуктаў, медычных прэпаратаў і лекаў, у радыетэрапіі для лячэння злаякасных пухлін. Таксама цэзій-137 выкарыстоўваецца ў вытворчасці радыеізатопных крыніц тока, дзе ён ужываецца ў выглядзе хларыду цэзію (шчыльнасць 3,9 г/см³, энэргавыдзяленне каля 1,27 Вт/см³). Цэзій-137 ужываецца ў датчыках мяжовых узроўняў сыпучых рэчываў (узроўнямерах) у непразрыстых бункерах.

Цэзій-137 мае пэўныя перавагі перад радыеактыўным кобальтам-60: даўжэйшы перыяд паўраспаду і менш жорсткае гама-выпраменьванне. У сувязі з гэтым прыборы на аснове ¹³⁷Cs больш даўгавечныя, а абарона ад выпраменьвання менш грувасткая. Аднак, гэтыя перавагі становяцца рэальнымі толькі пры адсутнасці прымесі ¹³⁴Cs з карацейшым перыядам паўраспаду і больш жорсткім гама-выпраменьваннем^[10].

Зноскі

1. Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references(англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 337—676. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003 — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A
2. Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A
3. А. Г. Шишкин. Чернобыль (нявызн.)(недаступная спасылка) (22 кастрычніка 2003). — Радиоэкологические исследования грибов и дикорастущих ягод. Архівавана з першакрыніцы 22 жніўня 2011. Праверана 27 ліпеня 2009.
4. INEEL & KRI/R.G. Helmer and V.P. Chechev/Decay scheme of Caesium-137 Архівавана 15 жніўня 2011.
5. Василенко И. Я. Радиоактивный цезий-137 // Природа. — 1999. — № 3. — С. 70-76.
6. Геофизические аспекты катастрофы Чернобыльской АЭС
7. Выбросы РВ с АЭС Фукусима-1 были в два раза выше объявленных ТЕРСО — агентство
8. «Biological Half-life»
9. Онлайн-энциклопедия «Кругосвет»: Цезий
10. Популярная библиотека химических элементов. Книга вторая. Серебро-Нильсборий и далее. — 3 изд. — М.: Издательство «Наука», 1983. — С. 91-100. — 573 с. — 50 000 экз.

Спасылкі

• Радиоактивный цезий-137
• Загрязнение цезием-137 на территории Белорусии Архівавана 6 сакавіка 2016.
• ATSDR — Toxicological Profile: Cesium