Nasz świat jest dziś zaniepokojony zanieczyszczeniem środowiska. I to jest zrozumiałe – skład powietrza, którym oddychamy i spożywana żywność już dawno przestały być przyjazne dla środowiska. Od czasu pierwszego testu broni jądrowej (1945) nasza planeta była zanieczyszczona różnymi radionuklidami o właściwościach antropogenicznych. A jednym z nich jest cez-137. Jego okres półtrwania jest ogromny, a wpływ na organizm człowieka jest zróżnicowany. Porozmawiamy o tym i wiele więcej w tym artykule.
Jeden z wielu
Cez w układzie okresowym Dmitrija Mendelejewa należy do głównej podgrupy pierwszej grupy szóstego okresu i ma liczbę atomową 55. Symbolem chemicznym pierwiastka jest Cs (Cez), a swoją nazwę zawdzięcza na obecność dwóch niebieskich linii w widmie względnego natężenia promieniowania elektromagnetycznego (odłacińskie słowo caesius, co oznacza "błękit nieba").
Jako prosta substancja, cez jest miękkim, srebrzystożółtym metalem o wyraźnych właściwościach alkalicznych.
Ten pierwiastek został odkryty w 1860 roku przez dwóch niemieckich naukowców R. Bunsena i G. Kirchhoffa. Wykorzystali metodę analizy spektralnej, a cez był pierwszym pierwiastkiem wykrytym w ten sposób.
Wiele twarzy cezu
W naturze cez występuje wyłącznie jako stabilny izotop Cs-133. Ale współczesna fizyka zna 39 sztucznie stworzonych radionuklidów (izotopów promieniotwórczych).
Przypomnij sobie, że izotopy są odmianami atomu pierwiastka z różną liczbą neutronów w ich jądrach.
Izotop Cs-135 żyje najdłużej (do 2,3 miliona lat), drugim pod względem okresu półtrwania jest cez-137. To ten ostatni jest odpowiedzialny za zanieczyszczenie radiacyjne naszej planety. Okres półtrwania cezu-137 w sekundach wynosi 952066726, czyli 30,17 lat.
Ten izotop powstaje podczas rozpadu jąder atomowych w reaktorze jądrowym, a także podczas testowania broni z głowicami jądrowymi.
Niestabilny radionuklid
W wyniku okresu półtrwania cezu-137 przechodzi on przez fazę rozpadu beta i zamienia się w niestabilny bar-137m, a następnie w stabilny bar-137. To uwalnia promieniowanie gamma.
Pełny okres półtrwania cezu-137 wynosi 30 lat, a baru-137m rozpada się w 2,55 minuty. Całkowita energia tego procesu wynosi1175,63 ± 0,17 keV.
Wzory opisujące okres półtrwania cezu-137 są złożone i stanowią część rozpadu uranu.
Właściwości fizyczne i chemiczne
O właściwościach fizycznych izotopu i cechach jego rozpadu już pisaliśmy. Pod względem właściwości chemicznych pierwiastek ten jest zbliżony do rubidu i potasu.
Wszystkie izotopy (w tym cez-137 o okresie półtrwania 30,17 lat) są doskonale wchłaniane wszelkimi sposobami, gdy dostają się do żywego organizmu.
Główny dostawca biosferycznego radionuklidu
Źródłem biosferycznego radioaktywnego nuklidu cezu-137 o okresie półtrwania ponad 30 lat jest energia jądrowa.
Statystyki są nieubłagane. Według danych z 2000 r. około 22,2 × 1019 Bq cezu-137, którego okres półtrwania wynosi ponad 30 lat, zostało wyemitowane do atmosfery przez wszystkie reaktory elektrowni jądrowych świata.
Zanieczyszczona zostaje nie tylko atmosfera. Z tankowców i lodołamaczy z elektrowniami jądrowymi, z atomowych okrętów podwodnych, ten radionuklid co roku dostaje się do oceanu. Tak więc, zdaniem ekspertów, podczas pracy jednego reaktora podwodnego około 24 x 1014 Bq wpłynie do oceanu w ciągu jednego roku. Biorąc pod uwagę okres półtrwania cezu-137, staje się on niebezpiecznym źródłem bardzo długotrwałego zanieczyszczenia środowiska.
Najsłynniejsze wybuchy
Zanim zajmiemy się wpływem radionuklidu cezu na organizm ludzki, przypominamy sobie kilka poważnych katastrof,towarzyszy emisje tego pierwiastka do biosfery.
Niewiele osób wie, ale w 1971 roku w regionie Iwanowo (wieś Galkino) prowadzono prace nad głębokim sondowaniem skorupy naszej planety. Były to podziemne eksplozje nuklearne, po których z jednej studni wydostała się fontanna błotna. A dzisiaj w miejscu tych prac rejestrowane jest promieniowanie 3 milirentgenów na godzinę, a radionuklidy strontu-90 i cezu-137 nadal wychodzą na powierzchnię Ziemi.
Wszyscy wiedzą o katastrofie w Czarnobylu w 1986 roku. Ale nie wszyscy wiedzą, że w tym czasie do atmosfery dostało się około 1850 PBq pierwiastków promieniotwórczych. A 270 PBq z nich to cez-137.
W 2011 roku, kiedy doszło do wypadku w japońskiej elektrowni jądrowej Fukushima, 15 PBq cezu-137 o 30-letnim okresie półtrwania dostało się do Oceanu Spokojnego.
Co dalej
Wraz z opadami radioaktywnymi i odpadami cez-137 przedostaje się do gleby, skąd przedostaje się do roślin, których współczynnik absorpcji wynosi 100%. Jednocześnie do 60% nuklidu gromadzi się w nadziemnych częściach organizmu roślinnego. Jednocześnie na glebach ubogich w potas wyraźnie wzrasta efekt akumulacji cezu-137.
Najwyższe współczynniki akumulacji tego nuklidu odnotowuje się w algach słodkowodnych, porostach i organizmach roślinnych strefy arktycznej. W ciele zwierząt ten radionuklid gromadzi się w mięśniach i wątrobie.
Najwyższe koncentracje zaobserwowano u reniferów i ptactwa wodnego na wybrzeżach Arktyki.
Akumuluj cez i grzyby. Zwłaszcza grzyby oleiste, grzyby polskie, mech i świnie przez cały okres półtrwania.
Właściwości biologiczne cezu-137
Naturalny cez jest jednym z pierwiastków śladowych w ciele zwierzęcia. W naszym organizmie cez jest zawarty w ilości 0,0002-0,06 mikrona na 1 gram tkanek miękkich.
Radionuklid cezu, jak już wspomniano, jest włączony w cykl substancji w biosferze i porusza się swobodnie wzdłuż biologicznych łańcuchów troficznych.
Po kontakcie doustnym z ludzkim ciałem w przewodzie pokarmowym następuje 100% absorpcja tego nuklidu. Jednak szybkość tego procesu jest różna w różnych działach. Tak więc godzinę po wejściu do organizmu do 7% cezu-137 wchłania się w ludzkim żołądku, do 77% w dwunastnicy, jelicie czczym i jelicie krętym, do 13% w kątnicy i w ostatnim odcinku jelito (okrężnica poprzeczna) - do 40%.
Udział cezu-137, który dostaje się przez drogi oddechowe, wynosi 25% ilości, która pochodzi z pożywienia.
Przez krew do mięśni
Po ponownym wchłonięciu w jelitach cez-137 jest w przybliżeniu równomiernie rozprowadzany w tkankach ciała.
Ostatnie badania na świniach wykazały, że ten nuklid osiąga najwyższe stężenia w tkankach mięśniowych.
Podczas badania reniferów stwierdzono, że cez-137 po pojedynczym wstrzyknięciu rozkłada się w następujący sposób:
- Mięśnie - 100%.
- Nerki – 79%.
- Serce - 67%.
- Światło – 55%.
- Wątroba- 48%.
Okres półtrwania wynosi od 5 do 14 dni i jest wydalany głównie z moczem.
Co dzieje się w ludzkim ciele
Główne sposoby dostarczania cezu do organizmu to przewód pokarmowy i drogi oddechowe. Przy zewnętrznym kontakcie cezu-137 z nienaruszoną skórą 0,007% wnika do środka. Po spożyciu 80% akumuluje się w mięśniach szkieletowych.
Pierwiastek jest wydalany przez nerki i jelita. W ciągu miesiąca usuwa się do 80% cezu. Według Międzynarodowej Komisji Ochrony Radiologicznej okres półtrwania radionuklidu wynosi siedemdziesiąt dni, ale szybkość zależy od stanu ciała, wieku, odżywiania i innych czynników.
Uszkodzenie popromienne, podobne w objawach do choroby popromiennej, rozwija się po otrzymaniu dawki większej niż 2 Gy. Ale już w jednostkach MBq obserwuje się oznaki łagodnego uszkodzenia popromiennego w postaci biegunki, wewnętrznego krwawienia i osłabienia.
Jak chronić się przed infekcją
Aby określić ilość cezu-137 w ludzkim ciele, radiometry beta-gamma lub mierniki promieniowania ludzkiego (HCR) mierzą promieniowanie gamma z organizmu lub wydzielin.
Podczas analizy szczytów widma, które odpowiadają danemu radionuklidowi, określa się jego aktywność w organizmie.
Zapobieganie zakażeniu ciekłymi lub stałymi związkami cezu-137 polega na przeprowadzaniu manipulacji wyłącznie w szczelnie zamkniętych pudełkach. Stosowane są środki zapobiegające przedostawaniu się elementu do środkaochrona osobista.
Warto pamiętać, że okres półtrwania cezu-137 wynosi 30 lat. Tak więc w 1987 roku w Brazylii (miasto Goiania) doszło do kradzieży części z radioterapii. W ciągu 2 tygodni zarażono około 250 osób, cztery z nich zmarły w ciągu miesiąca.
Tolerancje i opieka w nagłych wypadkach
Dopuszczalne wpływy tego elementu to 7,4 x 102 Bq w ciągu dnia i 13,3 x 104 Bq rocznie. Zawartość w powietrzu nie powinna przekraczać 18 x 10-3 Bq na 1 metr sześcienny, aw wodzie - 5,5 x 102 Bq na litr.
W przypadku przekroczenia określonych norm konieczne jest zastosowanie środków przyspieszających usuwanie pierwiastka z organizmu. Przede wszystkim należy odkazić powierzchnie (twarz i dłonie) mydłem i wodą. Jeśli substancja przedostanie się przez drogi oddechowe, przepłucz nosogardło solą fizjologiczną.
Zastosowanie sorbentów i diuretyków z dodatkiem wody przyspieszy usuwanie pierwiastka.
W ciężkich przypadkach przeprowadzana jest hemodializa i zalecana jest specjalna terapia.
Ale są korzyści
W badaniach chemicznych, wykrywaniu defektów promieniowania gamma, w technologiach radiacyjnych i w różnych eksperymentach radiobiologicznych naukowcy odkryli zastosowanie tego stworzonego przez człowieka pierwiastka o właściwościach promieniujących.
Cez-137 jest stosowany w terapii kontaktowej i radioterapii, w sterylizacji instrumentów medycznych, produktów spożywczych.
Ten element znalazł swoje zastosowanie w produkcjiradioizotopowe źródła zasilania oraz w miernikach poziomu ciał stałych, gdzie jest używany w nieprzezroczystych, szczelnych pojemnikach.
