Цезий-137 (137
55Cs
), цезий-137 (США), [7] или радиоцезий , является радиоактивным изотопом цезия , который образуется как один из наиболее распространенных продуктов деления при ядерном делении урана -235 и других делящихся изотопов в ядерных реакторах и ядерном оружии . Следовые количества также возникают при спонтанном делении урана -238 . Он является одним из самых проблемных продуктов деления с коротким и средним временем жизни. Цезий-137 имеет относительно низкую температуру кипения 671 °C (1240 °F) и легко становится летучим при внезапном выбросе при высокой температуре, как в случае аварии на Чернобыльской АЭС и при атомных взрывах , и может перемещаться на очень большие расстояния в воздухе. После осаждения на почву в виде радиоактивных осадков он легко перемещается и распространяется в окружающей среде из-за высокой растворимости в воде наиболее распространенных химических соединений цезия , которые являются солями . Цезий-137 был открыт Гленном Т. Сиборгом и Маргарет Мелхазе .
Период полураспада цезия-137 составляет около 30,05 лет. [1] Около 94,6% распадается путем бета-излучения до метастабильного ядерного изомера бария: бария-137m ( 137m Ba, Ba-137m). Оставшаяся часть напрямую заселяет основное состояние 137 Ba, которое является стабильным. Период полураспада бария-137m составляет около 153 секунд, и он отвечает за все гамма - излучение в образцах 137 Cs. Барий-137m распадается до основного состояния путем испускания фотонов с энергией 0,6617 МэВ. [8] Всего 85,1% распада 137 Cs генерируют гамма-излучение таким образом. Один грамм 137 Cs имеет активность 3,215 терабеккереля (ТБк). [9]
Цезий-137 имеет ряд практических применений. В небольших количествах он используется для калибровки оборудования для обнаружения радиации. [10] В медицине он используется в лучевой терапии . [10] В промышленности он используется в расходомерах , толщиномерах, [10] влагомерах-плотномерах (для показаний плотности, с америцием-241 /бериллием, обеспечивающим показания влажности), [11] и в приборах для каротажа скважин . [12]
Цезий-137 не используется широко в промышленной радиографии , поскольку трудно получить материал с очень высокой удельной активностью с четко определенной (и небольшой) формой, поскольку цезий из отработанного ядерного топлива содержит стабильный цезий-133, а также долгоживущий цезий-135 . Разделение изотопов слишком дорого по сравнению с более дешевыми альтернативами. Кроме того, источники цезия с более высокой удельной активностью, как правило, изготавливаются из очень растворимого хлорида цезия (CsCl), в результате чего, если источник радиографии был поврежден, это увеличило бы распространение загрязнения. Можно сделать водонерастворимые источники цезия (с различными соединениями ферроцианида, такими как Ni
2Fe(CN)
6, и аммоний-железо-гексацианоферрат (AFCF), соль Гизе, ферроцианид аммония-железа, но их удельная активность будет намного ниже. Другие химически инертные соединения цезия включают цезиево -алюмосиликатные стекла, родственные природному минералу поллуциту . Последний использовался для демонстрации химически стабильных водонерастворимых форм ядерных отходов для захоронения в глубоких геологических хранилищах . Большой излучающий объем повредит качеству изображения в радиографии. Изотопы192
Ир и60Co предпочтительны для радиографии, поскольку иридий и кобальт являются химически неактивными металлами и могут быть получены с гораздо более высокой удельной активностью путем активации стабильных191
Ир и59
Co в реакторах с высоким потоком . Однако, в то время как137
Cs — это отход, который в больших количествах производится в ядерных реакторах деления.192
Ир и60
Co специально производятся в коммерческих и исследовательских реакторах , и их жизненный цикл подразумевает разрушение вовлеченных высокоценных элементов. Кобальт-60 распадается до стабильного никеля , тогда как иридий-192 может распадаться до стабильного осмия или платины. Из-за остаточной радиоактивности и юридических препятствий полученный материал обычно не извлекается даже из «отработанных» радиоактивных источников, что по сути означает, что вся масса «теряется» для нерадиоактивного использования.
Как почти полностью синтетический изотоп , цезий-137 использовался для датирования вина и обнаружения подделок [13], а также в качестве материала для относительного датирования для оценки возраста отложений, произошедших после 1945 года. [14]
Цезий-137 также используется в качестве радиоактивного индикатора в геологических исследованиях для измерения эрозии почвы и отложений; его сродство к мелким отложениям полезно в этом применении. [15]
Цезий-137 реагирует с водой, образуя водорастворимое соединение ( гидроксид цезия ). Биологическое поведение цезия похоже на поведение калия [16] и рубидия . После попадания в организм цезий более или менее равномерно распределяется по всему телу, с самой высокой концентрацией в мягких тканях . [17] : 114 Однако, в отличие от радионуклидов группы 2, таких как радий и стронций-90 , цезий не биоаккумулируется и выводится относительно быстро. Биологический период полураспада цезия составляет около 70 дней. [18]
Эксперимент 1961 года показал, что у мышей, которым вводили дозу 21,5 мкКи /г, наблюдалась 50% летальность в течение 30 дней (что подразумевает LD50 245 мкг /кг). [19] Похожий эксперимент 1972 года показал, что когда собаки подвергались воздействию на все тело 3800 мкКи /кг (140 МБк/кг или приблизительно 44 мкг/кг) цезия-137 (и 950–1400 рад ), они умирали в течение 33 дней, в то время как животные с половиной этой нагрузки все выживали в течение года. [20]
Важные исследования показали значительную концентрацию 137 Cs в экзокринных клетках поджелудочной железы, которые наиболее подвержены раку. [21] [22] [23] В 2003 году при вскрытии трупов 6 детей, умерших в загрязненной зоне вблизи Чернобыля (по причинам, не связанным напрямую с чернобыльской катастрофой ; в основном от сепсиса), где также была отмечена более высокая заболеваемость опухолями поджелудочной железы, Бандажевский обнаружил концентрацию 137 Cs в 3,9 раза выше, чем в их печени (1359 против 347 Бк/кг, что эквивалентно 36 и 9,3 нКи /кг в этих органах, 600 Бк/кг = 16 нКи /кг в организме согласно измерениям), тем самым продемонстрировав, что ткань поджелудочной железы является мощным накопителем и секретором в кишечнике радиоактивного цезия. [24]
Случайное проглатывание цезия-137 можно лечить с помощью берлинской лазури (FeIII
4[ФеII
( КН )
6]
3), который связывается с ним химически и сокращает биологический период полураспада до 30 дней. [25]
Цезий-137, наряду с другими радиоактивными изотопами цезием-134 , йодом-131 , ксеноном-133 и стронцием-90 , выбрасывался в окружающую среду во время почти всех испытаний ядерного оружия и некоторых ядерных аварий , в частности, катастрофы на Чернобыльской АЭС и катастрофы на АЭС «Фукусима-1» .
Цезий-137 в окружающей среде в значительной степени антропогенный (создан человеком). Цезий-137 производится при ядерном делении плутония и урана и распадается на барий-137 . [26] Наблюдая характерные гамма-лучи, испускаемые этим изотопом, можно определить, было ли содержимое данного запечатанного контейнера изготовлено до или после первого взрыва атомной бомбы ( испытание Тринити , 16 июля 1945 г.), который распространил часть его в атмосферу, быстро распределив его следовые количества по всему земному шару. Эта процедура использовалась исследователями для проверки подлинности некоторых редких вин, в частности, предполагаемых « бутылок Джефферсона ». [27] Поверхностные почвы и отложения также датируются путем измерения активности 137 Cs.
Бомбы в арктической зоне Новой Земли и бомбы, взорванные в стратосфере или около нее, высвободили цезий-137, который упал в верхней Лапландии , Финляндия. Согласно сообщениям, измерения цезия-137 в 1960-х годах составили 45 000 беккерелей. Цифры 2011 года имеют средний диапазон около 1 100 беккерелей, но, как ни странно, случаи рака там не более распространены, чем в других местах. [28] [29] [30]
На сегодняшний день и в течение следующих нескольких сотен лет цезий-137 и стронций-90 продолжают оставаться основными источниками радиации в зоне отчуждения вокруг Чернобыльской АЭС и представляют наибольшую опасность для здоровья из-за их приблизительно 30-летнего периода полураспада и биологического поглощения. Среднее загрязнение цезием-137 в Германии после Чернобыльской катастрофы составило от 2000 до 4000 Бк/м 2 . [ необходима цитата ] Это соответствует загрязнению 1 мг/км 2 цезия-137, что в общей сложности составляет около 500 граммов, выпавших на всю территорию Германии. В Скандинавии некоторые олени и овцы превысили норвежский допустимый предел (3000 Бк/кг) через 26 лет после Чернобыля. [31] По состоянию на 2016 год чернобыльский цезий-137 распался наполовину, но мог быть локально сконцентрирован гораздо большими факторами.
В апреле 2011 года повышенные уровни цезия-137 также были обнаружены в окружающей среде после ядерной катастрофы на АЭС «Фукусима-1» в Японии. В июле 2011 года в мясе 11 коров, отправленных в Токио из префектуры Фукусима, было обнаружено от 1530 до 3200 беккерелей на килограмм 137 Cs, что значительно превышало установленный в Японии на тот момент предел в 500 беккерелей на килограмм. [32] В марте 2013 года в рыбе, пойманной вблизи АЭС, было обнаружено рекордное количество радиоактивного цезия — 740 000 беккерелей на килограмм, что превышает установленный правительством предел в 100 беккерелей на килограмм. [33] В статье 2013 года в Scientific Reports было обнаружено, что на лесном участке в 50 км от пострадавшего завода концентрации 137 Cs были высокими в опавших листьях, грибах и детритофагах , но низкими у травоядных. [34] К концу 2014 года «радиоактивный цезий, полученный из Фукусимы, распространился по всей западной части северной части Тихого океана», перенесенный северо-тихоокеанским течением из Японии в залив Аляска . Он был измерен в поверхностном слое до 200 метров и к югу от текущей области до 400 метров. [35]
Сообщается, что цезий-137 является основной проблемой для здоровья в Фукусиме. Рассматривается ряд методов, которые позволят эффективно удалить 80–95 % цезия из загрязненной почвы и других материалов, не разрушая органический материал в почве. К ним относится гидротермальная очистка. Цезий, осажденный ферроцианидом железа ( берлинской лазурью ), будет единственными отходами, требующими специальных мест захоронения. [36] Цель состоит в том, чтобы снизить ежегодное воздействие загрязненной среды до 1 мЗв выше фона. Наиболее загрязненная территория, где дозы радиации превышают 50 мЗв/год, должна оставаться закрытой для посещения, но некоторые территории, где в настоящее время дозы составляют менее 5 мЗв/год, могут быть дезактивированы, что позволит вернуться 22 000 жителей. [ требуется ссылка ]
Источники гамма-излучения цезия-137 стали причиной нескольких радиологических аварий и инцидентов.
В аварии в Гоянии в 1987 году неправильно утилизированная система лучевой терапии из заброшенной клиники в Гоянии , Бразилия, была извлечена, затем разломана для продажи на свалке. Затем светящуюся соль цезия продали любопытным, необдуманным покупателям. [37] Это привело к четырем подтвержденным случаям смерти и нескольким серьезным травмам от радиационного заражения. [38] [39]
Радиационная авария в Краматорске произошла в 1989 году, когда внутри бетонной стены жилого дома в Краматорске , Украинская ССР , была обнаружена небольшая капсула размером 8x4 мм с цезием-137 . Считается, что капсула, изначально являвшаяся частью измерительного прибора, была утеряна в конце 1970-х годов и оказалась смешанной с гравием, использованным при строительстве здания в 1980 году. Более 9 лет в квартире проживали две семьи. К моменту обнаружения капсулы 6 жителей дома умерли, 4 от лейкемии и еще 17 получили различные дозы радиации. [40]
Инцидент в Таммику 1994 года был связан с кражей радиоактивных материалов из хранилища ядерных отходов в Мяннику , волость Саку , уезд Харьюмаа , Эстония . Три брата, не подозревая о природе хранилища, ворвались в сарай, когда искали металлолом. Один из братьев получил дозу облучения всего тела в 4000 рад от источника цезия-137, который был выпущен из поврежденного контейнера, и умер от радиационного отравления 12 дней спустя. [ необходима цитата ]
В 1997 году несколько грузинских солдат получили отравление радиацией и ожоги. В конечном итоге их отследили до учебных источников, которые были заброшены, забыты и немаркированы после распада Советского Союза . Одной из них была таблетка цезия-137 в кармане общей куртки, которая выбрасывала примерно в 130 000 раз больше фонового излучения на расстоянии 1 метра. [41]
В аварии на заводе Acerinox в 1998 году испанская компания по переработке отходов Acerinox случайно расплавила массу радиоактивного цезия-137, полученного из генератора гамма-излучения. [42]
В 2009 году китайская цементная компания (в Тунчуане , провинция Шэньси ) сносила старый, неиспользуемый цементный завод и не соблюдала стандарты обращения с радиоактивными материалами. Это привело к тому, что некоторое количество цезия-137 из измерительного прибора попало в восемь грузовиков металлолома по пути на сталелитейный завод , где радиоактивный цезий был переплавлен в сталь. [43]
В марте 2015 года Норвежский университет Тромсё потерял 8 радиоактивных образцов, включая образцы цезия-137, америция-241 и стронция-90 . Образцы были вывезены из безопасного места для использования в образовательных целях. Когда образцы должны были быть возвращены, университет не смог их найти. По состоянию на 4 ноября 2015 года [обновлять]образцы все еще отсутствуют. [44] [45]
3 и 4 марта 2016 года в воздухе Хельсинки , Финляндия, были обнаружены необычно высокие уровни цезия-137. По данным STUK , ядерного регулятора страны, измерения показали 4000 мкБк/м3 — примерно в 1000 раз больше обычного уровня. Расследование агентства выявило источник в здании, в котором работают STUK и компания по переработке радиоактивных отходов. [46] [47]
Тринадцать человек подверглись воздействию цезия-137 в мае 2019 года в здании Научно-исследовательского и учебного комплекса медицинского центра Harborview . Контрактная бригада перевозила цезий из лаборатории в грузовик, когда порошок рассыпался. Пять человек были дезактивированы и выписаны, но восемь, которые подверглись более непосредственному воздействию, были доставлены в больницу, в то время как исследовательское здание было эвакуировано. [48]
Органы общественного здравоохранения в Западной Австралии выпустили экстренное оповещение для участка дороги протяженностью около 1400 км после того, как капсула с цезием-137 была утеряна при транспортировке 25 января 2023 года. 8-миллиметровая капсула содержала небольшое количество радиоактивного материала, когда она исчезла из грузовика. Правительство штата немедленно начало поиски, а главный санитарный врач Департамента здравоохранения Западной Австралии Эндрю Робертсон предупредил, что подвергшийся воздействию человек может ожидать получения эквивалента «около 10 рентгеновских лучей в час». Эксперты предупредили, что в случае обнаружения капсулы общественность должна находиться на расстоянии не менее 5 метров. [49] Капсула была обнаружена 1 февраля 2023 года. [50]
Капсула с цезием-137 пропала с паровой электростанции в провинции Прачинбури , Таиланд, 23 февраля 2023 года, что повлекло за собой поиск должностными лицами Управления по атомной энергии для мира (OAP) Таиланда и администрации провинции Прачинбури. Однако тайская общественность не была уведомлена до 14 марта. [51]
20 марта генеральный секретарь OAP и губернатор Прачинбури провели пресс-конференцию, на которой заявили, что обнаружили загрязненную цезием-137 печную пыль на сталеплавильном заводе в округе Кабинбури . [52]
В пятницу, 5 апреля, в российском Хабаровске был введен режим чрезвычайной ситуации после того, как местный житель случайно обнаружил резкий скачок уровня радиации в одной из промышленных зон города. По словам волонтеров группы дозиметрического контроля, дозиметр на территории НП показал до 800 микрозивертов, что в 1600 раз превышает безопасные значения.
Сотрудники МЧС огородили территорию размером 30 на 30 метров (98 на 98 футов), где обнаружили капсулу с цезием от дефектоскопа. Находку поместили в защитный контейнер и вывезли на утилизацию. Об этом впервые сообщила «Новая газета». [53]
{{cite journal}}
: CS1 maint: дата и год ( ссылка )