Naš današnji svet je zaskrbljen zaradi onesnaževanja okolja. In to je razumljivo - sestava zraka, ki ga dihamo, in hrana, ki jo jemo, že dolgo nista več okolju prijazna. Od prvega poskusa jedrskega orožja (1945) je bil naš planet onesnažen z različnimi radionuklidi z antropogenimi lastnostmi. In eden od njih je cezij-137. Njegova razpolovna doba je ogromna, učinki na človeško telo pa so raznoliki. O tem in še veliko več bomo govorili v tem članku.
Eden od mnogih
Cezij v periodnem sistemu Dmitrija Mendeljejeva spada v glavno podskupino prve skupine šestega obdobja in ima atomsko številko 55. Kemični simbol elementa je Cs (Cezij) in je dobil ime zaradi na prisotnost dveh modrih črt v spektru relativne intenzivnosti elektromagnetnega sevanja (odlatinska beseda caesius, kar pomeni "nebeško modra").
Cezij je kot preprosta snov mehka, srebrno rumena kovina z izrazitimi alkalnimi lastnostmi.
Ta element sta leta 1860 odkrila nemška znanstvenika R. Bunsen in G. Kirchhoff. Uporabili so metodo spektralne analize in prvi element, ki so ga odkrili na ta način, je bil cezij.
Veliko obrazov cezija
V naravi se cezij pojavlja izključno kot stabilen izotop Cs-133. Toda sodobna fizika pozna 39 umetno ustvarjenih radionuklidov (radioaktivnih izotopov).
Ne pozabite, da so izotopi sorte atoma elementa z različnim številom nevtronov v jedru.
Izotop Cs-135 živi najdlje (do 2,3 milijona let), drugi po razpolovni dobi je cezij-137. Prav slednji je odgovoren za sevalno onesnaženje našega planeta. Razpolovna doba cezija-137 v sekundah je 952066726, kar je 30,17 let.
Ta izotop nastane med razpadom jeder v jedrskem reaktorju, pa tudi med testiranjem orožja z jedrskimi bojnimi glavami.
Nestabilni radionuklid
Zaradi razpolovne dobe cezija-137 gre skozi fazo beta razpada in se spremeni v nestabilen barij-137m in nato v stabilen barij-137. To sprošča gama sevanje.
Popolna razpolovna doba cezija-137 je 30 let, do barija-137m pa razpade v 2,55 minutah. Celotna energija tega procesa je1175,63 ± 0,17 keV.
Formule, ki opisujejo razpolovno dobo cezija-137, so zapletene in del razpada urana.
fizikalne in kemijske lastnosti
O fizikalnih lastnostih izotopa in značilnostih njegovega razpada smo že pisali. Po kemijskih lastnostih je ta element blizu rubidiju in kaliju.
Vsi izotopi (vključno s cezijem-137 z razpolovno dobo 30,17 let) se popolnoma absorbirajo na kakršen koli način, ko vstopijo v živi organizem.
Glavni dobavitelj biosferskega radionuklida
Vir biosferskega radioaktivnega nuklida cezija-137 z razpolovno dobo več kot 30 let je jedrska energija.
Statistika je neizprosna. Po podatkih iz leta 2000 so vsi reaktorji jedrskih elektrarn v ozračje izpustili približno 22,2 × 1019 Bq cezija-137, katerega razpolovna doba je več kot 30 let. sveta.
Ne onesnažuje se samo ozračje. Iz tankerjev in ledolomilcev z jedrskimi elektrarnami, iz jedrskih podmornic ta radionuklid vsako leto vstopi v ocean. Tako bo po mnenju strokovnjakov med delovanjem enega podmorskega reaktorja v ocean v enem letu vstopilo približno 24 x 1014 Bq. Glede na razpolovno dobo cezija-137 postane nevaren vir zelo dolgotrajnega onesnaževanja okolja.
Najbolj znani izbruhi
Preden se obrnemo na učinke radionuklida cezija na človeško telo, se spomnimo več velikih nesreč,spremljajo emisije tega elementa v biosfero.
Malo ljudi ve, toda leta 1971 je bilo v regiji Ivanovo (vas Galkino) opravljeno delo na globokem sondiranju skorje našega planeta. Šlo je za podzemne jedrske eksplozije, po eni od katerih je iz enega vodnjaka ušel blatni vodnjak. In danes je na mestu teh del zabeleženo sevanje 3 milirentgene na uro, radionuklida stroncija-90 in cezija-137 pa še vedno prihajata na površje Zemlje.
Vsi vedo za černobilsko katastrofo leta 1986. Toda vsi ne vedo, da je takrat v ozračje vstopilo približno 1850 PBq radioaktivnih elementov. In 270 PBq od tega je cezij-137.
Leta 2011, ko se je zgodila nesreča v japonski jedrski elektrarni Fukušima, je 15 PBq cezija-137 z razpolovno dobo 30 let vstopilo v Tihi ocean.
Kaj se zgodi naslednje
Z radioaktivnimi padavinami in odpadki cezij-137 vstopi v tla, od koder vstopi v rastline, ki imajo absorpcijski koeficient 100%. Hkrati se v nadzemnih delih rastlinskega organizma nabere do 60 % nuklida. Hkrati se v tleh, revnih s kalijem, učinek kopičenja cezija-137 izrazito poveča.
Najvišji akumulacijski koeficient tega nuklida so zabeleženi v sladkovodnih algah, lišajih in rastlinskih organizmih arktičnega območja. V telesu živali se ta radionuklid kopiči v mišicah in jetrih.
Največje koncentracije so bile opažene pri severnih jelenih in vodnih pticah na arktični obali.
Kopiči cezij in glive. Zlasti oljne gobe, poljske gobe, gobe iz mahovine in prašiči skozi celotno razpolovno dobo.
Biološke lastnosti cezija-137
Naravni cezij je eden od elementov v sledovih živalskega telesa. V našem telesu je cezija v količini 0,0002-0,06 mikronov na 1 gram mehkih tkiv.
Cezijev radionuklid, kot že omenjeno, je vključen v cikel snovi v biosferi in se prosto giblje po bioloških trofičnih verigah.
Po peroralnem stiku s človeškim telesom v prebavilih pride do 100% absorpcije tega nuklida. Vendar je hitrost tega procesa na različnih oddelkih različna. Torej, eno uro po vstopu v telo se do 7% cezija-137 absorbira v človeški želodec, do 77% v dvanajstnik, jejunum in ileum, do 13% v slepo črevo in v zadnjem delu črevo (prečno debelo črevo) - do 40%.
Delež cezija-137, ki vstopi skozi dihala, je 25% količine, ki prihaja iz hrane.
Preko krvi do mišic
Po ponovni absorpciji v črevesju se cezij-137 približno enakomerno porazdeli po telesnih tkivih.
Nedavne študije pri prašičih so pokazale, da ta nuklid doseže najvišje koncentracije v mišičnih tkivih.
Pri preučevanju severnih jelenov je bilo ugotovljeno, da se cezij-137 po eni injekciji porazdeli na naslednji način:
- Mišice - 100%.
- ledvice – 79%.
- Srce - 67%.
- Svetloba – 55%.
- Jetra- 48%.
Razpolovna doba je 5 do 14 dni in se pretežno izloča z urinom.
Kaj se dogaja v človeškem telesu
Glavni načini vnosa cezija v telo so preko prebavnega in dihalnega trakta. Pri zunanjem stiku cezija-137 na nepoškodovano kožo 0,007% prodre v notranjost. Pri zaužitju se 80 % kopiči v skeletnih mišicah.
Element se izloča skozi ledvice in črevesje. V enem mesecu se odstrani do 80 % cezija. Po podatkih Mednarodne komisije za radiološko zaščito je razpolovna doba radionuklida sedemdeset dni, vendar je stopnja odvisna od stanja telesa, starosti, prehrane in drugih dejavnikov.
Poškodbe zaradi sevanja, podobne simptomi kot sevalna bolezen, se razvijejo ob prejemu odmerka, večjega od 2 Gy. Toda že pri enotah MBq opazimo znake blage sevalne poškodbe v obliki driske, notranje krvavitve in šibkosti.
Kako se zaščititi pred okužbo
Za določitev količine cezija-137 v človeškem telesu beta-gama radiometri ali merilniki človeškega sevanja (HCR) merijo gama sevanje iz telesa ali iz izločkov.
Pri analizi vrhov spektra, ki ustrezajo danemu radionuklidu, se določi njegova aktivnost v telesu.
Preprečevanje okužbe s tekočimi ali trdnimi spojinami cezija-137 je izvajanje manipulacij izključno v zaprtih škatlah. Sredstva se uporabljajo za preprečevanje vstopa elementa v notranjostosebna zaščita.
Upoštevati je treba, da je razpolovna doba cezija-137 30 let. Tako je leta 1987 v Braziliji (mesto Goiania) prišlo do kraje dela iz enote za radioterapijo. V 2 tednih je bilo okuženih približno 250 ljudi, štirje so umrli v enem mesecu.
Tolerance in nujna oskrba
Dopustni prejemki tega elementa so 7,4 x 102 Bq podnevi in 13,3 x 104 Bq na leto. Vsebnost v zraku ne sme presegati 18 x 10-3 Bq na 1 kubični meter, v vodi pa 5,5 x 102 Bq na liter.
Če so navedene norme presežene, je treba uporabiti ukrepe za pospešitev odstranitve elementa iz telesa. Najprej je treba sprejeti ukrepe za dekontaminacijo površin (obraza in rok) z milom in vodo. Če snov vstopi skozi dihala, sperite nazofarinks s fiziološko raztopino.
Uporaba sorbentov in diuretikov z obremenitvijo z vodo bo pospešila odstranitev elementa.
V hujših primerih se opravi hemodializa in predpiše specifična terapija.
Vendar obstajajo prednosti
Pri kemijskih raziskavah, odkrivanju napak z gama žarki, v sevalnih tehnologijah in v različnih radiobioloških poskusih so znanstveniki našli uporabo tega umetnega elementa s sevalnimi lastnostmi.
Cesium-137 se uporablja v kontaktni in radioterapiji, pri sterilizaciji medicinskih instrumentov, živilskih izdelkov.
Ta element je našel svojo uporabo pri izdelaviradioizotopskih virov energije in v merilnikih nivoja trdnih snovi, kjer se uporablja v neprozornih zaprtih posodah.
