Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Цезий 137» перенаправляется сюда. Для ремешка см. Цезий 137 (ремешок) .

Цезий-137,  137 Cs
HD.17.095 (11966576463) .jpg
Запечатанный радиоактивный источник цезия-137
Общий
Символ137 Cs
Именацезий-137, Cs-137
Протоны55
Нейтронов82
Данные о нуклидах
Природное изобилие0 (след)
Период полураспада30,17 года ± 0,03 года [1]
Родительские изотопы137 Хе  ( β - )
Продукты распада137m Ба
137 Ба
Изотопная масса136,907 ед.
Вращение7 / 2 +
Режимы распада
Режим распадаЭнергия распада ( МэВ )
β- ( бета-распад )0,5120 [2]
γ ( гамма-лучи )0,6617
Изотопы цезия
Полная таблица нуклидов

Цезий-137 (137
55CS
), Или радиоцезий , является радиоактивным изотопом цезия , который образуется в качестве одного из наиболее распространенных продуктов деления со стороны ядерного деления из урана-235 и других делящихся изотопов в ядерных реакторов и ядерного оружия . Следовые количества также возникают в результате естественного деления урана-238 . Он является одним из наиболее проблемных продуктов деления с коротким и средним сроком службы, поскольку он легко перемещается и распространяется в природе из-за высокой растворимости в воде наиболее распространенных химических соединений цезия , которые представляют собой соли .

Распад [ править ]

Гамма-спектр 137 Cs. Характерный пик 662 кэВ возникает не непосредственно из-за 137 Cs, а из-за распада 137m Ba до его стабильного состояния.

Цезий-137 имеет период полураспада около 30,17 лет. [1] Около 94,6% распадается с бета-излучением на метастабильный ядерный изомер бария: барий-137m ( 137m Ba, Ba-137m). Остаток непосредственно заполняет основное состояние бария-137, которое является стабильным. Метастабильный барий имеет период полураспада около 153 секунд и отвечает за все гамма- излучение в образцах цезия-137. 137m Ba распадается в основное состояние за счет излучения фотонов с энергией 0,6617 МэВ. [3] Всего 85,1% от 137Распады Cs таким образом вызывают гамма-излучение. Один грамм цезия-137 обладает активностью в 3.215 тера беккерелях (ТБк). [4]

Использует [ редактировать ]

Цезий-137 имеет ряд практических применений. В небольших количествах он используется для калибровки оборудования для обнаружения радиации. [5] В медицине он используется в лучевой терапии . [5] В промышленности, он используется в расходомерах , толщиномеров, [5] Датчики влажности плотности (для показаний плотности, с америций-241 / бериллий обеспечивает считывание влажности), [6] и в гамма - каротажа скважин устройства . [6]

Цезий-137 не широко используется для промышленной радиографии, поскольку трудно получить материал с очень высокой удельной активностью и четко определенной (и небольшой формой), поскольку цезий из отработанного ядерного топлива содержит стабильный цезий, а также долгоживущий Cs-135. Кроме того, источники цезия с более высокой удельной активностью, как правило, изготавливаются из хлорида цезия, в результате, если источник радиографии был поврежден, это увеличило бы распространение загрязнения. Можно создавать нерастворимые в воде источники цезия, но их удельная активность будет намного ниже. Большой объем излучения ухудшит качество изображения при рентгенографии. Иридий-192 и Кобальт-60 ,60
27Co
, являются предпочтительными для радиографии, поскольку они являются химически инертными металлами и могут быть получены с гораздо более высокой удельной активностью путем активации стабильного кобальта или иридия в реакторах с высокой магнитной индукцией.

Как почти полностью искусственный изотоп, цезий-137 использовался для датирования вина и обнаружения подделок [7], а также в качестве материала для относительного датирования для оценки возраста осаждения, имевшего место после 1945 года [8].

Цезий-137 также используется в качестве радиоактивного индикатора в геологических исследованиях для измерения эрозии почвы и осаждения. [9]

Риск для здоровья радиоактивного цезия [ править ]

Цезий-137 реагирует с водой с образованием водорастворимого соединения ( гидроксида цезия ). Биологическое поведение цезия сходно с поведением калия [10] и рубидия . Попадая в организм, цезий более или менее равномерно распределяется по всему телу, с наибольшими концентрациями в мягких тканях . [11] : 114 биологический период полураспада цезия составляет около 70 дней. [12]

Эксперимент 1961 года показал, что мыши, которым вводили дозу 21,5  мкКи / г, имели 50% летальность в течение 30 дней (что подразумевает LD 50 245 мкг / кг). [13]

Подобный эксперимент в 1972 году показал, что, когда собаки подвергаются нагрузке на все тело 3800  мкКи / кг (140 МБк / кг, или приблизительно 44 мкг / кг) цезия-137 (и от 950 до 1400 рад ), они умирают в течение 33 дней, в то время как животные с половиной этого бремени выжили в течение года. [14]

Важные исследования показали замечательную концентрацию 137-Cs в экзокринных клетках поджелудочной железы, которые больше всего страдают от рака (Nelson et al., 1961). [15] В 2003 году при вскрытии 6 детей, погибших в загрязненной зоне недалеко от Чернобыля, где также сообщалось о более высокой заболеваемости опухолями поджелудочной железы, Бандажевский обнаружил концентрацию 137-Cs в 40-45 раз выше, чем в их печени, таким образом, демонстрируя, что ткань поджелудочной железы является сильным накопителем и секретором радиоактивного цезия в кишечнике. [16]

Случайное проглатывание цезия-137 можно лечить берлинской лазурью , которая химически связывается с ним и сокращает биологический период полураспада до 30 дней. [17]

Радиоактивный цезий в окружающей среде [ править ]

Десять крупнейших залежей цезия-137 в результате ядерных испытаний США на полигоне в Неваде . Испытательные взрывы « Саймон » и « Гарри » были произведены в ходе операции Upshot – Knothole в 1953 году, а испытательные взрывы «Джордж» и «Как» были произведены в ходе операции Tumbler – Snapper в 1952 году.
Среднесрочные жили
продукты деления
Опора:
Единица:		t ½
( а )		Доходность
( % )		Q *
( кэВ )		βγ *
155 евро4,760,0803252βγ
85 кр10,760,2180687βγ
113м кд14.10,0008316β
90 Sr28,94,5052826β
137 Cs30,236,3371176β γ
121 м Sn43,90,00005390βγ
151 см88,80,531477β

Цезий-137, наряду с другими радиоактивными изотопами цезий-134 , йод-131 , ксенон-133 и стронций-90 , был выброшен в окружающую среду почти во время всех испытаний ядерного оружия и некоторых ядерных аварий , в первую очередь Чернобыльской катастрофы и аварии на Фукусиме. Дайичская катастрофа .

Чернобыльская катастрофа [ править ]

Основная статья: Чернобыльская катастрофа

На сегодняшний день и в течение следующих нескольких сотен лет цезий-137 и стронций-90 продолжают оставаться основным источником радиации в зоне отчуждения вокруг Чернобыльской АЭС и представляют наибольшую опасность для здоровья из-за их приблизительно Период полураспада 30 лет и биологическое поглощение. Среднее загрязнение цезием-137 в Германии после чернобыльской катастрофы составило от 2000 до 4000 Бк / м 2 . [ необходима цитата ] Это соответствует загрязнению цезием-137 концентрацией 1 мг / км 2 , что составляет около 500 граммов, выпавших на долю всей Германии. В Скандинавии через 26 лет после Чернобыля количество оленей и овец превысило норвежский законный предел (3000 Бк / кг).[18] По состоянию на 2016 год цезий-137 в Чернобыле распался вдвое, но он мог быть локально сконцентрирован в гораздо большей степени.

Катастрофа на Фукусима-дайити [ править ]

Основная статья: Ядерная катастрофа Фукусима-дайити
Расчетная концентрация цезия-137 в воздухе после ядерной катастрофы Фукусима, 25 марта 2011 года .

В апреле 2011 года повышенные уровни цезия-137 также были обнаружены в окружающей среде после ядерной катастрофы на Фукусима-дайити в Японии. В июле 2011 года было обнаружено , что мясо 11 коров, отправленных в Токио из префектуры Фукусима , содержало от 1530 до 3200  беккерелей на килограмм 137 Cs, что значительно превышало установленный японским законодательством предел в 500 беккерелей на килограмм в то время. [19] В марте 2013 года в рыбе, пойманной возле завода, было зафиксировано рекордное количество радиоактивного цезия в 740 000 беккерелей на килограмм, что превышает установленный правительством лимит в 100 беккерелей на килограмм. [20] В статье, опубликованной в журнале Scientific Reports за 2013 год, было обнаружено, что для лесного участка в 50 км от пораженного растенияКонцентрации 137 Cs были высокими в опадке листьев, грибах и детритофагах , но низкими у травоядных. [21] К концу 2014 года «радиоактивный цезий, полученный на Фукусиме, распространился по всей западной части северной части Тихого океана», перенесенный Северным Тихоокеанским течением из Японии в залив Аляски . Он был измерен в поверхностном слое на глубине до 200 метров и к югу от текущей области до 400 метров. [22]

Сообщается, что цезий-137 является серьезной проблемой для здоровья в Фукусиме. Рассматривается ряд методов, которые позволят эффективно удалить от 80% до 95% цезия из загрязненной почвы и других материалов без разрушения органического материала в почве. К ним относятся гидротермальные взрывные работы. Цезий, осажденный ферроцианидом железа ( берлинская лазурь ), будет единственными отходами, требующими специальных мест захоронения. [23] Цель - снизить годовое воздействие загрязненной окружающей среды до 1  мЗв.над фоном. Наиболее загрязненная территория, где дозы облучения превышают 50 мЗв / год, должна оставаться закрытой, но некоторые районы, в которых в настоящее время меньше 5 мЗв / год, могут быть дезактивированы, что позволит 22000 жителей вернуться. [ необходима цитата ]

Цезий-137 в окружающей среде является в значительной степени антропогенным (антропогенным). Цезий-137 образуется в результате ядерного деления плутония и урана и распадается на барий-137 . [24] До строительства первого искусственного ядерного реактора в конце 1942 года ( Чикагский реактор -1 ) цезий-137 не встречался на Земле в значительных количествах около 1,7 миллиарда лет . Наблюдая за характерным гамма-излучением, испускаемым этим изотопом, можно определить, было ли содержимое данного герметичного контейнера образовано до или после первого взрыва атомной бомбы ( испытание Тринити, 16 июля 1945 г.), в результате чего часть его попала в атмосферу, быстро распространив следовые количества по всему миру. Эта процедура использовалась исследователями для проверки подлинности некоторых редких вин, в первую очередь предполагаемых « бутылок Джефферсона ». [25] Поверхностные почвы и отложения также датируются путем измерения активности 137 Cs.

Инциденты и аварии [ править ]

Источники гамма-излучения с цезием-137 участвовали в нескольких радиологических авариях и инцидентах.

1987 Гояния, Гояс, Бразилия [ править ]

Во время аварии в Гоянии в 1987 году неправильно утилизированная система лучевой терапии из заброшенной клиники в Гоянии , Бразилия, была удалена, затем взломана для продажи на свалках, а светящаяся цезиевая соль продана любопытным, неосмотрительным покупателям. Это привело к четырем подтвержденным случаям смерти и нескольким серьезным травмам в результате радиационного заражения. [26] [27] Источники гамма-излучения цезия, заключенные в металлические корпуса, могут быть смешаны с металлоломом на пути к плавильным заводам, что приведет к производству стали, загрязненной радиоактивностью. [28]

1989 Краматорск, Донецк, Украина [ править ]

Радиационная авария Краматорск произошло в 1989 году , когда небольшая капсула , содержащая сильно радиоактивный цезий-137 был обнаружен внутри бетонной стены жилого дома в Краматорске , Украинской ССР . Считается, что капсула, первоначально являвшаяся частью измерительного прибора, была потеряна в конце 1970-х годов и оказалась смешанной с гравием, из которого строилось здание в 1980 году. Более 9 лет в квартире жили две семьи. К моменту обнаружения капсулы 6 жителей здания умерли от лейкемии и еще 17 получили различные дозы радиации. [29]

1997, Грузия [ править ]

В 1997 году несколько грузинских солдат получили радиационное отравление и ожоги. В конечном итоге они были обнаружены в учебных источниках, заброшенных, забытых и немаркированных после распада Советского Союза . Одна из них - гранула цезия-137 в кармане общей куртки, которая на расстоянии 1 метра излучает примерно в 130 000 раз уровень фонового излучения. [30]

1998, Лос-Барриос, Кадис, Испания [ править ]

Во время аварии на Acerinox в 1998 году испанская компания по переработке отходов Acerinox случайно расплавила массу радиоактивного цезия-137, поступившую из генератора гамма-излучения. [31]

2009 г. Тунчуань, Шэньси, Китай [ править ]

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 было включено в восемь грузовиков металлолома, направлявшегося на сталелитейный завод , где радиоактивный цезий плавился в сталь. [32]

Март 2015 г., Университет Тромсё, Норвегия [ править ]

В марте 2015 года Норвежский университет Тромсё потерял 8 радиоактивных образцов, включая образцы цезия-137, америция-241 и стронция-90. Образцы были перемещены из безопасного места для использования в учебных целях. Когда образцы должны были быть возвращены, университет не смог их найти. По состоянию на 4 ноября 2015 г. образцы все еще отсутствуют. [33] [34]

Март 2016 г. Хельсинки, Уусимаа, Финляндия [ править ]

3 и 4 марта 2016 года в Хельсинки , Финляндия, были обнаружены необычно высокие уровни цезия-137 . По данным STUK , ядерного регулятора страны, измерения показали 4000 мкБк / м 3, что примерно в 1000 раз превышает обычный уровень. В ходе расследования агентства было установлено, что источник находится в здании, в котором работают СТУК и предприятие по переработке радиоактивных отходов. [35] [36]

Май 2019 г. Сиэтл, Вашингтон, США [ править ]

Тринадцать человек подверглись воздействию цезия-137 в мае 2019 года в научно-исследовательском и учебном корпусе в комплексе медицинского центра Харборвью. Бригада по контракту перевозила цезий из лаборатории в грузовик, когда рассыпался порошок. Пять человек были дезактивированы и освобождены, но восемь человек, подвергшихся более прямому воздействию, были доставлены в больницу, а исследовательский корпус был эвакуирован. [37]

См. Также [ править ]

  • Обычно используемые гамма-изотопы

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Национальный институт стандартов и технологий (6 сентября 2009 г.). «Измерение периода полураспада радионуклидов» . Проверено 7 ноября 2011 года .
  2. ^ "137 55CS82 " . WWW Таблица радиоактивных изотопов . LBNL Изотопы Project -. Lunds Университет Архивировано из оригинального 22 мая 2015 Retrieved. 14 марта 2009 .
  3. ^ Delacroix, D .; Герре, JP; Leblanc, P .; Хикман, К. (2002). Справочник по радионуклидам и радиационной защите . Издательство ядерных технологий. ISBN 978-1870965873.
  4. ^ Бантинг, RL (1975). «Таблицы ядерных данных для A = 137». Таблицы ядерных данных 15 . 335 .
  5. ^ a b c «Радиационные аварийные ситуации CDC | Краткий обзор радиоизотопов: цезий-137 (Cs-137)» . CDC . Проверено 5 ноября 2013 года .
  6. ^ a b «Цезий | Радиационная защита | Агентство по охране окружающей среды США» . EPA . 3 июня 2012 года Архивировано из оригинала 6 сентября 2015 года . Проверено 4 марта 2015 года .
  7. ^ «Как атомные частицы помогли раскрыть тайну мошенничества с вином» . NPR . 3 июня 2014 . Проверено 4 марта 2015 года .
  8. ^ Williams, HFL (1995). «Оценка воздействия строительства плотины на недавнее осаждение с использованием цезия-137». Экологическая геология . 26 (3): 166–171. Bibcode : 1995EnGeo..26..166W . DOI : 10.1007 / BF00768738 . ISSN 0943-0105 . S2CID 129177016 .  
  9. ^ Loughran, Роберт (1 июня 1989). «Измерение эрозии почвы». Успехи в физической географии . 221 (2): 216–233. DOI : 10.1177 / 030913338901300203 . S2CID 140599684 . 
  10. ^ Эйвери, Саймон В. (1995). «Накопление цезия микроорганизмами: механизмы захвата, конкуренция катионов, компартментализация и токсичность». Журнал промышленной микробиологии . 14 (2): 76–84. DOI : 10.1007 / BF01569888 . ISSN 0169-4146 . PMID 7766213 . S2CID 21144768 .   
  11. ^ Delacroix, D .; Герре, JP; Leblanc, P .; Хикман, К. (2002). Справочник по радионуклидам и радиационной защите 2002 г. (2-е изд.). Издательство ядерных технологий. ISBN 978-1-870965-87-3.
  12. ^ Р. Нейв. «Биологический период полураспада» . Гиперфизика .
  13. ^ Москалев, Ю. И. (1961). «Биологические эффекты цезия-137» . В Лебединском А.В. Москалев, Ю. I. (ред.). Распространение, биологические эффекты и миграция радиоактивных изотопов . Серия переводов. Комиссия по атомной энергии США (опубликовано в апреле 1974 г.). п. 220. AEC-tr-7512.
  14. ^ ХК Редман; и другие. (1972). «Токсичность 137-CsCl на гончих. Ранние биологические эффекты». Радиационные исследования . 50 (3): 629–648. Bibcode : 1972RadR ... 50..629R . DOI : 10.2307 / 3573559 . JSTOR 3573559 . PMID 5030090 .  
  15. ^ Нельсон А, Уллберг S, Кристофферссон Н, Ronnback С (1961). «Распространение радиоцезия у мышей». Acta Radiologica . 55, 5 (5): 374–384. DOI : 10.3109 / 00016926109175132 . PMID 13728254 . CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  16. ^ Бандажевский Ю.И. (2003). «Хроническая инкорпорация Cs-137 в детских органах». Swiss Med. Wkly . 133 (35–36): 488–90. PMID 14652805 . 
  17. ^ "CDC, радиационные чрезвычайные ситуации | Факты о берлинской лазурной" . CDC. Архивировано из оригинального 20 октября 2013 года . Проверено 5 ноября 2013 года .
  18. ^ Сандельсон, Майкл; Смит, Линдси (21 мая 2012 г.). «Более высокая радиация в Йотунхеймене, чем предполагалось сначала» . Иностранец . Архивировано из оригинального 2 -го октября 2018 года . Проверено 21 мая 2012 года .
  19. ^ «Высокий уровень цезия в говядине Фукусима» . Независимый онлайн. 9 июля 2011 г.
  20. ^ "Рыба около Фукусимы, как сообщается, содержит высокий уровень цезия" . Huffington Post . 17 марта 2013 г.
  21. ↑ Мураками, Масаси; Охте, Нобухито; Сузуки, Такахиро; Исии, Нобуёси; Игараси, Ёсиаки; Таной, Кейтаро (2014). «Биологическое распространение цезия-137 через детритную пищевую цепь в лесной экосистеме в Японии» . Научные отчеты . 4 : 3599. Bibcode : 2014NatSR ... 4E3599M . DOI : 10.1038 / srep03599 . ISSN 2045-2322 . PMC 3884222 . PMID 24398571 .   
  22. ^ Кумамото, Юичиро; и другие. (2017). «Радиационная и аналитическая химия - пять лет после аварии на АЭС« Фукусима-дайити »» . Специальные статьи. Бунсеки Кагаку (на японском и английском языках). 66 (3): 137–148. DOI : 10.2116 / bunsekikagaku.66.137 .
  23. ^ Normile, Деннис (1 марта 2013). «Охлаждение горячей зоны». Наука . 339 (6123): 1028–1029. Bibcode : 2013Sci ... 339.1028N . DOI : 10.1126 / science.339.6123.1028 . PMID 23449572 . 
  24. ↑ Такеши Окумура (21 октября 2003 г.). «Материальный поток радиоактивного цезия-137 в США в 2000 году» (PDF) . epa.gov/ . Агентство по охране окружающей среды США.
  25. ^ Питер Хеллман; Митч Франк (1 апреля 2010 г.). "Анализ новостей: Christie's - самая большая цель поддельных крестоносцев" . Зритель вина . Проверено 5 ноября 2013 года .
  26. ^ Радиологическая авария в Гоянии (PDF) . МАГАТЭ . 1988. ISBN.  92-0-129088-8.
  27. ^ "Vítima do césio-137 lembra depressão e preconceito após acidente" . BBC Brasil . 26 апреля 2011 г.
  28. ^ «Радиоактивный металлолом» . Местные власти, свободные от ядерного оружия . Октябрь 2000. Архивировано из оригинала 21 марта 2007 года .
  29. ^ http://www.orangesmile.com/extreme/en/radioactive-zones/infected-apartment-in-kramatorsk.htm
  30. ^ Lluma, Диего (май-июнь 2000). «Бывший Советский Союз: что оставили после себя русские». Бюллетень ученых-атомщиков . 56 (3): 14–17. DOI : 10.2968 / 056003005 .
  31. ^ JM LaForge (1999). «Разлив радиоактивного цезия сваривает Европу» . Журнал Земляного острова . 14 (1). Архивировано из оригинального 5 сентября 2008 года . Проверено 28 марта 2009 года .
  32. ^ "Китайцы" находят "радиоактивный шар" . BBC News . 27 марта 2009 г.
  33. ^ "UiT har mistet radioaktivt stoff - kan ha blitt kastet" . iTromsø. 4 ноября 2015.
  34. ^ "Stort Metallskap sporløst forsvunnet. Inneholder radioaktive stoffer" . Dagbladet. 4 ноября 2015.
  35. ^ "Цезий-137 теперь прослеживается до гаража собственности и части ее подвальных помещений - Tiedote-en - STUK" . www.stuk.fi . Проверено 10 марта 2016 .
  36. ^ Hannele Аалтонен. «Загрязнение цезием-137 на территории СТУК в марте 2016 года» (PDF) . МАГАТЭ . Проверено 13 октября 2018 года .
  37. ^ Кейси Мартин (3 мая 2019 г.). «13 подверглись радиоактивному облучению» . КУОВ .

Библиография [ править ]

  • Олсен, Рольф А. (1994). «4.2. Перенос радиоцезия из почвы в растения и грибы в полуестественных экосистемах». Северная радиоэкология - перенос радионуклидов через северные экосистемы к человеку . Исследования в области наук об окружающей среде. 62 . С. 265–286. DOI : 10.1016 / S0166-1116 (08) 71715-1 . ISBN 9780444816177.

Внешние ссылки [ править ]

  • Банк данных опасных веществ NLM - Цезий, радиоактивный
  • Грязные бомбы с цезием-137 от Теодора Лиолиоса