Період напіврозпаду цезію-137. Біологічні властивості цезію

Наш світ сьогодні стурбований питаннями забруднення навколишнього середовища. І це зрозуміло – склад повітря, яким ми дихаємо, і їжа, яку ми вживаємо, вже давно перестала бути екологічно чистою. З моменту першого випробування ядерної зброї (1945 рік) наша планета забруднена різними радіонуклідами з антропогенними властивостями. І один з них – цезій-137. Період напіврозпаду його величезний, а вплив на людський організм різноманітно. Про це і багато чого іншого розповімо в цій статті.

Один з безлічі

Цезій у періодичній таблиці Дмитра Менделєєва належить до головної підгрупи першої групи шостого періоду і має атомний номер 55. Хімічний символ елемента — Cs (Caesium), і свою назву він отримав завдяки наявності в спектрі відносної інтенсивності електромагнітного випромінювання двох синіх ліній (від латинського слова caesius, що означає «небесно-блакитний»).

Як проста речовина цезій являє собою м’який сріблясто-жовтий метал з вираженими лужними особливостями.

Відкрили цей елемент у 1860 році два вчених з Німеччини Р. Бунзен і Р. Кірхгоф. Вони використовували метод спектрального аналізу, і цезій став першим елементом, який був виявлений даними способом.

Загрузка...

Багатоликий цезій

У природі цезій зустрічається виключно у вигляді стабільного ізотопу Cs-133. Але сучасна фізика знає 39 штучно створених радіонуклідів (радіоактивних ізотопів).

Нагадаємо, що ізотопи – це різновиди атома елемента з різною кількістю нейтронів в їх ядрах.

Найдовше (до 2,3 мільйона років) живе ізотоп Cs-135, другий за періодом напіврозпаду – цезій-137. Саме останній є винуватцем радіаційного забруднення нашої планети. Період напіврозпаду цезію-137 в секундах – 952066726, що становить 30,17 року.

Цей ізотоп утворюється при розпаді ядер в ядерному реакторі, а також при випробуваннях зброї з ядерними боєголовками.

Нестабільний радіонуклід

В результаті періоду напіврозпаду цезію-137 він проходить стадію бета-розпаду перетворюється в нестабільний барій-137m, а потім у стабільний барій-137. При цьому виділяється гамма-випромінювання.

Саме повний період напіврозпаду цезію-137 становить 30 років, а до барію-137m він розпадається за 2,55 хвилини. Сумарна енергія цього процесу дорівнює 1175,63 ± 0,17 кев.

Формули, що описують період напіврозпаду цезію-137, складні і є частиною розпаду урану.

Фізичні і хімічні властивості

Про фізичні властивості ізотопу та особливості його розпаду ми вже писали. За хімічними властивостями даний елемент близький з рубідій і калій.

Дивіться також:  Корнієнко Михайло Борисович, космонавт: біографія, сімя, нагороди

Всі ізотопи (в тому числі і цезій-137 з періодом напіврозпаду 30,17 року) при попаданні в живий організм будь-яким способом чудово всмоктуються.

Загрузка...

Головний постачальник біосферного радіонукліда

Джерелом біосферного радіоактивного нукліда цезію-137 з періодом напіврозпаду більше 30 років є ядерна енергетика.

Статистика невблаганна. За даними 2000 року, всіма реакторами атомних електростанцій світу в атмосферу викинуто близько близько 22,2 × 1019 Бк цезію-137, період напіврозпаду якого — понад 30 років.

Забруднюється не тільки атмосфера. З танкерів і криголамів з атомними установками, з атомних підводних човнів на рік в океан потрапляє цей радіонуклід. Так, за підрахунками фахівців, протягом роботи одного реактора підводного човна протягом одного року в океан потрапить близько 24 х 1014 Бк. Якщо врахувати час напіврозпаду цезію-137, це стає небезпечним джерелом дуже тривалого забруднення навколишнього середовища.

Найвідоміші викиди

Перш ніж перейти до впливу радіонуклідного цезію на організм людини, нагадаємо про кількох великих катастрофах, супроводжувалися викидами цього елемента в біосферу.

Мало хто знає, але в 1971 році в районі Іваново (село Галкино) були проведені роботи по глибинного зондування кори нашої планети. Це були підземні ядерні вибухи, після одного з яких з однієї свердловини вирвався грязьовий фонтан. І сьогодні у місці цих робіт фіксується випромінювання в 3 миллирентгена в годину, а радіонукліди стронцій-90 і цезій-137 все ще виходять на поверхню Землі.

Про катастрофу в Чорнобилі в 1986 році відомо всім. Але не всі знають, що тоді в атмосферу надійшло близько 1850 ПБк радіаційних елементів. І 270 ПБк з них – цезій-137.

У 2011 році, коли аварія сталася на японській АЕС «Фукусіма», 15 ПБк цезію-137 з періодом напіврозпаду, що дорівнює 30 років, надійшла у води Тихого океану.

Що відбувається потім

З радіоактивними опадами та відходами цезій-137 потрапляє в грунт, звідки надходить у рослини, у яких спостерігається коефіцієнт його поглинання на рівні 100 %. При цьому до 60 % нукліда накопичується в надземних частинах рослинного організму. При цьому в ґрунтах, бідних калієм, ефект накопичення цезію-137 помітно збільшується.

Дивіться також:  Бризантні речовини: опис, характеристики, застосування

Найбільші коефіцієнти накопичення цього нукліда відзначені в прісноводних водоростях, лишайниках і рослинних організмах арктичної зони. У тілі тварин цей радіонуклід накопичується в м’язах і печінці.

Найбільш високі його концентрації відзначалися у північних оленів, водоплавних птахів арктичних узбереж.

Акумулюють цезій і гриби. Особливо маслюки, польські гриби, моховики і свинушки протягом усього періоду напіврозпаду.

Біологічні властивості цезію-137

Природний цезій – це один з мікроелементів організму тварин. У нашому організмі цезій міститься в кількості 0,0002-0,06 мкм в розрахунку на 1 грам м’яких тканин.

Радіонуклід цезію, як вже говорилося, включається в кругообіг речовин в біосфері і вільно переміщається по біологічним трофічних ланцюжків.

При пероральному потраплянні в організм людини в шлунково-кишковому тракті відбувається 100%-е всмоктування цього нукліда. Проте в різних відділах швидкість цього процесу різна. Так, через годину після надходження в організм в шлунку людини всмоктується до 7 % цезію-137, в дванадцятипалій, порожній та клубовій кишці – до 77 %, у сліпій кишці – до 13 %, а в останньому відділі кишечника (поперечно-ободочном) – до 40 %.

Частка цезію-137, який потрапляє через дихальні шляхи, складає 25 % від кількості, що надходить з їжею.

Через кров – м’язи

Після реабсорбції в кишечнику цезій-137 приблизно рівномірно розподіляється в тканинах організму.

Останні дослідження на свинях показали, що найбільших концентрацій цей нуклід досягає в м’язових тканинах.

При вивченні північних оленів було встановлено, що цезій-137 після одноразового введення розподіляється наступним чином:

  • М’язи — 100 %.
  • Нирки – 79 %.
  • Серце – 67 %.
  • Легкі – 55 %.
  • Печінка — 48 %.

Період напіввиведення становить від 5 до 14 діб і здійснюється переважно з сечею.

Що відбувається в організмі людини

Головні шляхи потрапляння цезію в організм через травний тракт і дихальні шляхи. При зовнішньому попаданні цезію-137 на неушкоджену шкіру проникає всередину 0,007 %. При попаданні всередину організму 80 % його накопичується в скелетних м’язах.

Виводиться елемент через нирки та кишечник. Протягом місяця виводиться до 80 % цезію. Згідно з даними Міжнародної комісії з радіологічного захисту період напіввиведення радіонукліду становить сімдесят днів, але швидкість залежить від стану організму, віку, харчування та інших факторів.

Дивіться також:  Склад атмосфери Венери: факти і гіпотези

Радіаційні ураження, схожі по симптоматиці з променевою хворобою, розвивається при отриманні дози більше 2 Гр. Але вже при одиницях МБк спостерігаються ознаки легкого променевого ураження у вигляді діареї, внутрішніх кровотеч, слабкості.

Як уберегтися від зараження

Для визначення кількості цезію-137 в організмі людини проводять вимірювання бета-гамма-радіометрами або лічильниками випромінювань людини (СІЧ) гамма-випромінювання від тіла або від виділень.

При аналізі піків спектру, які відповідають даному радионуклиду, визначають його активність в організмі.

Профілактика заражень рідкими або твердими сполуками цезію-137 полягає у проведенні маніпуляцій виключно в герметичних боксах. Для запобігання попадання всередину елемента використовують засоби індивідуального захисту.

При цьому варто пам’ятати, що період напіврозпаду цезію-137 становить 30 років. Так, в 1987 році в Бразилії (місто Гоянія) сталася крадіжка деталі з установки радіотерапії. Протягом 2 тижнів зараження піддалося близько 250 чоловік, четверо з них померли протягом місяця.

Допустимі норми і невідкладна допомога

Допустимими надходженнями даного елемента вважається 7,4 х 102 Бк протягом доби і 13,3 х 104 Бк в рік. Вміст у повітрі не повинна перевищувати 18 х 10-3 Бк на 1 кубічний метр, а в воді — 5,5 х 102 Бк на літр.

При перевищенні зазначених норм необхідно застосувати заходи по прискоренню виведення елемента з організму. В першу чергу слід провести заходи щодо дезактивації поверхонь (обличчя і рук) водою з милом. При попаданні речовини через дихальні шляхи – промити носоглотку фізіологічним розчином.

Прискорить виведення елемента застосування сорбентів і сечогінних засобів з водним навантаженням.

У важких випадках проводиться гемодіаліз та призначається специфічна терапія.

Але є і користь

В хімічних дослідженнях, гаммадефектоскопии, в радіаційних технологіях і при проведенні різних радіобіологічних дослідах вчені знайшли застосування цього антропогенному елементу з випромінюючими властивостями.

Цезій-137 застосовується в контактній і променевої терапії, стерилізації медичного інструментарію, харчових продуктів.

Цей елемент знайшов своє застосування при виготовленні радіоізотопних джерел струму та в уровнемерах сипучих речовин, де він використовується в непрозорих герметичних ємностях.

Дивіться також: