Onze wereld maakt zich tegenwoordig zorgen over milieuvervuiling. En dit is begrijpelijk - de samenstelling van de lucht die we inademen en het voedsel dat we eten zijn al lang niet meer milieuvriendelijk. Sinds de eerste test met kernwapens (1945) is onze planeet vervuild met verschillende radionucliden met antropogene eigenschappen. En een daarvan is cesium-137. De halfwaardetijd is enorm en de effecten op het menselijk lichaam zijn divers. We zullen hierover en nog veel meer praten in dit artikel.
Een van de vele
Cesium in het periodiek systeem van Dmitry Mendelejev behoort tot de hoofdsubgroep van de eerste groep van de zesde periode en heeft atoomnummer 55. Het chemische symbool van het element is Cs (Caesium), en het dankt zijn naam aan op de aanwezigheid van twee blauwe lijnen in het spectrum van de relatieve intensiteit van elektromagnetische straling (vanhet Latijnse woord caesius, wat "hemelsblauw" betekent.
Als eenvoudige stof is cesium een zacht, zilvergeel metaal met uitgesproken alkalische eigenschappen.
Dit element werd in 1860 ontdekt door twee Duitse wetenschappers R. Bunsen en G. Kirchhoff. Ze gebruikten de methode van spectrale analyse en cesium was het eerste element dat op deze manier werd gedetecteerd.
Vele gezichten van cesium
In de natuur komt cesium uitsluitend voor als een stabiele isotoop van Cs-133. Maar de moderne natuurkunde kent 39 kunstmatig gecreëerde radionucliden (radioactieve isotopen).
Bedenk dat isotopen varianten zijn van een atoom van een element met een verschillend aantal neutronen in hun kernen.
De isotoop Cs-135 leeft het langst (tot 2,3 miljoen jaar), de tweede in termen van halfwaardetijd is cesium-137. Het is de laatste die verantwoordelijk is voor de stralingsvervuiling van onze planeet. De halfwaardetijd van cesium-137 in seconden is 952066726, dat is 30,17 jaar.
Deze isotoop wordt gevormd tijdens het verval van kernen in een kernreactor, evenals tijdens het testen van wapens met kernkoppen.
Instabiele radionuclide
Als gevolg van de halfwaardetijd van cesium-137 gaat het door het bètavervalstadium en verandert het in onstabiel barium-137m en vervolgens in stabiel barium-137. Hierbij komt gammastraling vrij.
De volledige halfwaardetijd van cesium-137 is 30 jaar, en tot barium-137m verv alt het in 2,55 minuten. De totale energie van dit proces is1175,63 ± 0,17 keV.
De formules die de halfwaardetijd van cesium-137 beschrijven, zijn complex en maken deel uit van het verval van uranium.
Fysische en chemische eigenschappen
We hebben al geschreven over de fysieke eigenschappen van de isotoop en de kenmerken van zijn verval. In termen van chemische eigenschappen ligt dit element dicht bij rubidium en kalium.
Alle isotopen (inclusief cesium-137 met een halfwaardetijd van 30,17 jaar) worden op geen enkele manier perfect geabsorbeerd wanneer ze een levend organisme binnenkomen.
Belangrijkste leverancier van biosferische radionuclide
De bron van het biosferische radioactieve nuclide cesium-137 met een halfwaardetijd van meer dan 30 jaar is kernenergie.
De statistieken zijn meedogenloos. Volgens de gegevens van 2000 werd ongeveer 22,2 × 1019 Bq cesium-137, waarvan de halfwaardetijd meer dan 30 jaar bedraagt, door alle reactoren van kerncentrales in de atmosfeer uitgestoten van de wereld.
Het is niet alleen de atmosfeer die vervuild raakt. Van tankers en ijsbrekers met kerncentrales, van nucleaire onderzeeërs, deze radionuclide komt elk jaar de oceaan binnen. Zo zullen volgens deskundigen, tijdens de werking van één onderzeese reactor, ongeveer 24 x 1014 Bq in één jaar de oceaan ingaan. Gezien de halfwaardetijd van cesium-137 wordt het een gevaarlijke bron van zeer langdurige milieuvervuiling.
De meest bekende blowouts
Voordat we ingaan op de effecten van radionuclide cesium op het menselijk lichaam, herinneren we ons verschillende grote rampen,vergezeld van emissies van dit element in de biosfeer.
Weinig mensen weten het, maar in 1971, in de regio Ivanovo (het dorp Galkino), werd er gewerkt aan een diepe sondering van de korst van onze planeet. Dit waren ondergrondse nucleaire explosies, waarna een modderfontein uit een put ontsnapte. En vandaag, op de plaats van deze werken, wordt straling van 3 milliroentgens per uur geregistreerd, en de radionucliden van strontium-90 en cesium-137 komen nog steeds naar het aardoppervlak.
Iedereen kent de ramp in Tsjernobyl in 1986. Maar niet iedereen weet dat in die tijd ongeveer 1850 PBq aan radioactieve elementen de atmosfeer binnenkwamen. En 270 PBq daarvan is cesium-137.
In 2011, toen het ongeval plaatsvond in de Japanse kerncentrale Fukushima, kwam 15 PBq cesium-137 met een halfwaardetijd van 30 jaar de Stille Oceaan binnen.
Wat gebeurt er daarna
Met radioactieve neerslag en afval komt cesium-137 de bodem binnen, vanwaar het planten binnendringt, die een absorptiecoëfficiënt van 100% hebben. Tegelijkertijd hoopt tot 60% van het nuclide zich op in de bovengrondse delen van het plantenorganisme. Tegelijkertijd neemt in kaliumarme bodems het effect van accumulatie van cesium-137 aanzienlijk toe.
De hoogste accumulatiecoëfficiënten van deze nuclide worden genoteerd in zoetwateralgen, korstmossen en plantenorganismen van de Arctische zone. In het lichaam van dieren hoopt deze radionuclide zich op in de spieren en de lever.
De hoogste concentraties zijn waargenomen bij rendieren en watervogels aan de Arctische kusten.
Verzamel cesium en schimmels. Vooral oliepaddenstoelen, Poolse paddenstoelen, mossige paddenstoelen en varkens gedurende de gehele halfwaardetijd.
Biologische eigenschappen van cesium-137
Natuurlijk cesium is een van de sporenelementen van het dierlijk lichaam. In ons lichaam zit cesium in een hoeveelheid van 0,0002-0,06 micron per 1 gram zachte weefsels.
De cesium-radionuclide, zoals reeds vermeld, maakt deel uit van de cyclus van stoffen in de biosfeer en beweegt vrij langs biologische trofische ketens.
Na oraal contact met het menselijk lichaam in het maagdarmkanaal vindt 100% absorptie van dit nuclide plaats. De snelheid van dit proces verschilt echter op verschillende afdelingen. Dus een uur na binnenkomst in het lichaam wordt tot 7% van cesium-137 geabsorbeerd in de menselijke maag, tot 77% in de twaalfvingerige darm, jejunum en ileum, tot 13% in de blindedarm en in het laatste deel van de darm (dwars colon) - tot 40%.
Het aandeel cesium-137 dat via de luchtwegen binnenkomt, is 25% van de hoeveelheid die uit voedsel komt.
Door het bloed naar de spieren
Na opnieuw geabsorbeerd te zijn in de darmen, wordt cesium-137 ongeveer gelijkmatig verdeeld in lichaamsweefsels.
Recente studies bij varkens hebben aangetoond dat deze nuclide de hoogste concentraties bereikt in spierweefsel.
Bij het bestuderen van rendieren bleek dat cesium-137 na een enkele injectie als volgt wordt verdeeld:
- Spieren - 100%.
- Nieren – 79%.
- Hart - 67%.
- Licht – 55%.
- Lever- 48%.
De halfwaardetijd is 5 tot 14 dagen en wordt voornamelijk via de urine uitgescheiden.
Wat gebeurt er in het menselijk lichaam
De belangrijkste manieren om cesium in het lichaam te krijgen, zijn via het spijsverteringskanaal en de luchtwegen. Bij uitwendig contact van cesium-137 op intacte huid dringt 0,007% naar binnen. Bij inname hoopt 80% ervan zich op in skeletspieren.
Het element wordt uitgescheiden via de nieren en darmen. Binnen een maand is tot 80% van het cesium verwijderd. Volgens de International Commission on Radiological Protection is de halfwaardetijd van een radionuclide zeventig dagen, maar de snelheid hangt af van de toestand van het lichaam, leeftijd, voeding en andere factoren.
Stralingsschade, die qua symptomen vergelijkbaar is met stralingsziekte, ontwikkelt zich bij een dosis van meer dan 2 Gy. Maar al bij eenheden van MBq worden tekenen van milde stralingsschade waargenomen in de vorm van diarree, inwendige bloedingen en zwakte.
Hoe u uzelf kunt beschermen tegen infectie
Om de hoeveelheid cesium-137 in het menselijk lichaam te bepalen, meten bèta-gamma-radiometers of menselijke stralingsmeters (HCR) gammastraling van het lichaam of van afscheidingen.
Bij het analyseren van de spectrumpieken die overeenkomen met een bepaalde radionuclide, wordt de activiteit ervan in het lichaam bepaald.
Preventie van infectie met vloeibare of vaste verbindingen van cesium-137 is om manipulaties uitsluitend in verzegelde dozen uit te voeren. Er worden middelen gebruikt om te voorkomen dat het element binnendringtpersoonlijke bescherming.
Het is de moeite waard eraan te denken dat de halfwaardetijd van cesium-137 30 jaar is. Zo was er in 1987 in Brazilië (de stad Goiania) een diefstal van een onderdeel van een radiotherapie-eenheid. Binnen 2 weken waren ongeveer 250 mensen besmet, vier van hen stierven binnen een maand.
Toleranties en spoedeisende hulp
Toelaatbare ontvangsten van dit element zijn 7,4 x 102 Bq gedurende de dag en 13,3 x 104 Bq per jaar. De inhoud in de lucht mag niet hoger zijn dan 18 x 10-3 Bq per 1 kubieke meter, en in water - 5,5 x 102 Bq per liter.
Als de gespecificeerde normen worden overschreden, is het noodzakelijk om maatregelen toe te passen om de verwijdering van het element uit het lichaam te versnellen. Allereerst dienen maatregelen te worden genomen om oppervlakken (gezicht en handen) te ontsmetten met water en zeep. Als de stof via de luchtwegen binnenkomt, spoel dan de nasopharynx met zoutoplossing.
Het gebruik van sorptiemiddelen en diuretica met waterbelasting zal de verwijdering van het element versnellen.
In ernstige gevallen wordt hemodialyse uitgevoerd en wordt een specifieke therapie voorgeschreven.
Maar er zijn voordelen
In chemisch onderzoek, detectie van gammastralingsfouten, in stralingstechnologieën en in verschillende radiobiologische experimenten hebben wetenschappers gebruik gevonden voor dit door de mens gemaakte element met stralingseigenschappen.
Cesium-137 wordt gebruikt bij contact- en bestralingstherapie, bij de sterilisatie van medische instrumenten, voedingsproducten.
Dit element heeft zijn toepassing gevonden bij de vervaardiging vanradio-isotoop energiebronnen en in vaste stoffen niveaumeters, waar het wordt gebruikt in ondoorzichtige verzegelde containers.
