Нашият свят днес е загрижен за замърсяването на околната среда. И това е разбираемо – съставът на въздуха, който дишаме, и храната, която ядем, отдавна са престанали да бъдат екологични. От първия тест на ядрено оръжие (1945 г.) нашата планета е замърсена с различни радионуклиди с антропогенни свойства. И един от тях е цезий-137. Неговият полуживот е огромен, а ефектите върху човешкото тяло са разнообразни. Ще говорим за това и много повече в тази статия.
Една от многото
Цезий в периодичната таблица на Дмитрий Менделеев принадлежи към основната подгрупа на първата група от шести период и има атомен номер 55. Химичният символ на елемента е Cs (Цезий) и е получил името си поради до наличието на две сини линии в спектъра на относителния интензитет на електромагнитното излъчване (отлатинската дума caesius, което означава "небесно синьо").
Като просто вещество, цезият е мек, сребристо-жълт метал с ясно изразени алкални характеристики.
Този елемент е открит през 1860 г. от двама немски учени Р. Бунзен и Г. Кирхоф. Те използваха метода на спектралния анализ и цезият беше първият елемент, открит по този начин.
Много лица на цезий
В природата цезият се среща изключително като стабилен изотоп на Cs-133. Но съвременната физика познава 39 изкуствено създадени радионуклида (радиоактивни изотопи).
Припомнете си, че изотопите са разновидности на атом на елемент с различен брой неутрони в ядрата си.
Изотопът Cs-135 живее най-дълго (до 2,3 милиона години), вторият по време на полуразпад е цезий-137. Именно последният е отговорен за радиационното замърсяване на нашата планета. Времето на полуразпад на цезий-137 в секунди е 952066726, което е 30,17 години.
Този изотоп се образува при разпадането на ядрата в ядрен реактор, както и при тестване на оръжия с ядрени бойни глави.
Нестабилен радионуклид
В резултат на полуразпада на цезий-137, той преминава през етапа на бета разпад и се превръща в нестабилен барий-137m, а след това в стабилен барий-137. Това освобождава гама лъчение.
Пълният полуразпад на цезий-137 е 30 години, а до барий-137m той се разпада за 2,55 минути. Общата енергия на този процес е1175,63 ± 0,17 keV.
Формулите, описващи полуживота на цезий-137 са сложни и са част от разпада на урана.
Физични и химични свойства
Вече писахме за физическите свойства на изотопа и особеностите на неговия разпад. По химични свойства този елемент е близък до рубидий и калий.
Всички изотопи (включително цезий-137 с период на полуразпад от 30,17 години) се абсорбират перфектно по всякакъв начин, когато попаднат в жив организъм.
Основен доставчик на биосферни радионуклиди
Източникът на биосферния радиоактивен нуклид цезий-137 с период на полуразпад над 30 години е ядрената енергия.
Статистиката е безмилостна. Според данните от 2000 г. около 22,2 × 1019 Bq цезий-137, чийто период на полуразпад е повече от 30 години, е излъчен в атмосферата от всички реактори на атомни електроцентрали на света.
Не само атмосферата се замърсява. От танкери и ледоразбивачи с атомни електроцентрали, от атомни подводници този радионуклид навлиза всяка година в океана. Така според експертите, по време на експлоатацията на един подводен реактор, около 24 x 1014 Bq ще влязат в океана за една година. Предвид периода на полуразпад на цезий-137, той се превръща в опасен източник на много дългосрочно замърсяване на околната среда.
Най-известните издувания
Преди да се обърнем към въздействието на радионуклида цезий върху човешкото тяло, си припомняме няколко големи бедствия,придружено от емисии на този елемент в биосферата.
Малко хора знаят, но през 1971 г. в Ивановска област (с. Галкино) е извършена работа по дълбоко сондиране на кората на нашата планета. Това бяха подземни ядрени експлозии, след една от които кален фонтан избяга от единия кладенец. И днес на мястото на тези работи се регистрира радиация от 3 милирентгена на час, а радионуклидите стронций-90 и цезий-137 все още излизат на повърхността на Земята.
Всички знаят за катастрофата в Чернобил през 1986 г. Но не всеки знае, че по това време около 1850 PBq радиоактивни елементи са влезли в атмосферата. И 270 PBq от тях са цезий-137.
През 2011 г., когато се случи инцидентът в японската атомна електроцентрала Фукушима, 15 PBq цезий-137 с период на полуразпад от 30 години влязоха в Тихия океан.
Какво се случва след това
С радиоактивни утайки и отпадъци цезий-137 навлиза в почвата, откъдето навлиза в растенията, които имат коефициент на поглъщане 100%. В същото време в надземните части на растителния организъм се натрупват до 60% от нуклида. В същото време в почви, бедни на калий, ефектът от натрупването на цезий-137 се увеличава значително.
Най-високите коефициенти на натрупване на този нуклид са отбелязани в сладководни водорасли, лишеи и растителни организми в Арктическата зона. В тялото на животните този радионуклид се натрупва в мускулите и черния дроб.
Най-високи концентрации са наблюдавани при северните елени и водолюбивите птици по арктическите брегове.
Натрупване на цезий и гъбички. Особено маслени гъби, полски гъби, гъби с мъх и прасета през целия полуживот.
Биологични свойства на цезий-137
Естественият цезий е един от микроелементите на животинското тяло. В нашето тяло цезият се съдържа в количество от 0,0002-0,06 микрона на 1 грам меки тъкани.
Цезиевият радионуклид, както вече споменахме, е включен в цикъла на веществата в биосферата и се движи свободно по биологични трофични вериги.
След орален контакт с човешкото тяло в стомашно-чревния тракт, настъпва 100% абсорбция на този нуклид. Скоростта на този процес обаче е различна в различните отдели. И така, един час след влизане в тялото, до 7% цезий-137 се абсорбира в човешкия стомах, до 77% в дванадесетопръстника, йеюнума и илеума, до 13% в сляпото черво и в последния отдел на червата (напречно дебело черво) - до 40%.
Делът на цезий-137, който влиза през дихателните пътища, е 25% от количеството, което идва от храната.
Чрез кръвта към мускулите
След като се реабсорбира в червата, цезий-137 се разпределя приблизително равномерно в телесните тъкани.
Последните проучвания при прасета показват, че този нуклид достига най-високи концентрации в мускулните тъкани.
При изследване на северните елени беше установено, че цезий-137 след еднократна инжекция се разпределя, както следва:
- Мускули - 100%.
- бъбреци – 79%.
- Сърце - 67%.
- Лека – 55%.
- черен дроб- 48%.
Полуживотът е 5 до 14 дни и се екскретира предимно с урината.
Какво се случва в човешкото тяло
Основните начини за получаване на цезий в тялото са през храносмилателния тракт и дихателните пътища. При външен контакт на цезий-137 върху непокътната кожа, 0,007% прониква вътре. При поглъщане 80% от него се натрупва в скелетните мускули.
Елементът се екскретира през бъбреците и червата. В рамките на един месец се отстраняват до 80% от цезия. Според Международната комисия за радиологична защита, полуживотът на радионуклида е седемдесет дни, но скоростта зависи от състоянието на тялото, възрастта, храненето и други фактори.
Радиационно увреждане, подобно на симптомите на лъчева болест, се развива при получаване на доза над 2 Gy. Но вече при единици MBq се наблюдават признаци на леко радиационно увреждане под формата на диария, вътрешно кървене и слабост.
Как да се предпазите от инфекция
За да се определи количеството цезий-137 в човешкото тяло, бета-гама радиометрите или измервателите на човешка радиация (HCR) измерват гама радиация от тялото или от секрети.
При анализиране на спектърните пикове, които съответстват на даден радионуклид, се определя неговата активност в тялото.
Предотвратяване на инфекция с течни или твърди съединения на цезий-137 е да се извършват манипулации изключително в запечатани кутии. Използват се средства за предотвратяване на проникването на елемента вътрелична защита.
Заслужава си да припомним, че полуживотът на цезий-137 е 30 години. И така, през 1987 г. в Бразилия (град Гояния) е имало кражба на част от блок за лъчетерапия. В рамките на 2 седмици около 250 души са били заразени, четирима от тях са починали в рамките на един месец.
Допуски и спешна помощ
Допустимите постъпления на този елемент са 7,4 x 102 Bq през деня и 13,3 x 104 Bq на година. Съдържанието във въздуха не трябва да надвишава 18 x 10-3 Bq на 1 кубичен метър, а във водата - 5,5 x 102 Bq на литър.
При превишаване на посочените норми е необходимо да се приложат мерки за ускоряване на отстраняването на елемента от тялото. Преди всичко трябва да се вземат мерки за обеззаразяване на повърхностите (лицето и ръцете) със сапун и вода. Ако веществото попадне през дихателните пътища, изплакнете назофаринкса с физиологичен разтвор.
Използването на сорбенти и диуретици с водно натоварване ще ускори отстраняването на елемента.
В тежки случаи се извършва хемодиализа и се предписва специфична терапия.
Но има предимства
В химически изследвания, откриване на дефекти в гама-лъчите, в радиационни технологии и в различни радиобиологични експерименти, учените са намерили приложение за този изкуствен елемент с излъчващи свойства.
Cesium-137 се използва при контактна и лъчева терапия, при стерилизация на медицински инструменти, хранителни продукти.
Този елемент е намерил своето приложение в производството нарадиоизотопни източници на енергия и в измервателни уреди за твърди вещества, където се използва в непрозрачни запечатани контейнери.
