Цезий-137 - Caesium-137

«Цезий 137» перенаправляется сюда. Для группы см. Цезий 137 (полоса).

Цезий-137,137CS
HD.17.095 (11966576463).jpg
Запечатанный цезий-137 радиоактивный источник
Общий
Символ137CS
Именацезий-137, Cs-137
Протоны55
Нейтронов82
Данные о нуклидах
Природное изобилие0 (след)
Период полураспада30,17 года ± 0,03 года[1]
Родительские изотопы137Xe  (β− )
Продукты распада137 кв.м.Ба
137Ба
Изотопная масса136.907 ты
Вращение​7⁄2+
Режимы распада
Режим распадаЭнергия распада (МэВ )
β- (бета-распад )0.5120[2]
γ (гамма излучение )0.6617
Изотопы цезия
Полная таблица нуклидов

Цезий-137 (137
55CS
), или же радиоактивный цезий, это радиоактивный изотоп цезия который формируется как один из наиболее распространенных продукты деления посредством ядерное деление из уран-235 и другие расщепляющийся изотопы в ядерные реакторы и ядерное оружие. Следовые количества также возникают в результате естественного деления уран-238. Он является одним из наиболее проблематичных продуктов деления с коротким и средним сроком службы, поскольку он легко перемещается и распространяется в природе из-за высокой растворимости в воде наиболее распространенных цезия. химические соединения, которые соли.

Разлагаться

137Схема распада Cs с указанием периодов полураспада, дочерних нуклидов, а также типов и доли испускаемого излучения.
137Гамма-спектр Cs. Характерный пик 662 кэВ не возникает непосредственно из 137Cs, но от распада 137 кв.м.Ba до стабильного состояния.

Цезий-137 имеет период полураспада около 30,17 лет.[1]Около 94,6% распадается к бета-излучение к метастабильный ядерный изомер бария: барий-137m (137 кв.м.Ба, Ба-137м). Остаток непосредственно заполняет основное состояние бария-137, которое является стабильным. Метастабильный барий имеет период полураспада около 153 секунд и отвечает за все гамма-луч выбросы в пробах цезия-137. 137 кв.м.Ва распадается до основного состояния с испусканием фотоны с энергией 0,6617 МэВ.[3] Всего 85,1% 137Распады Cs таким образом вызывают гамма-излучение. Один грамм цезия-137 имеет Мероприятия 3,215 терабеккерель (ТБк).[4]

Использует

Цезий-137 имеет ряд практических применений. В небольших количествах он используется для калибровки оборудования для обнаружения радиации.[5] В медицине используется в радиационная терапия.[5] В промышленности он используется в расходомеры, толщиномеры,[5] измерители плотности влаги (для измерения плотности, с америций-241 / бериллий, обеспечивающий показания влажности),[6] И в гамма-каротаж скважин устройств.[6]

Цезий-137 широко не используется для промышленная радиография потому что трудно получить материал с очень высокой удельной активностью с четко определенной (и небольшой формой), поскольку цезий из использованного ядерного топлива содержит стабильный цезий, а также долгоживущий Cs-135. Кроме того, источники цезия с более высокой удельной активностью, как правило, производятся 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 плотностью потока.

Как почти полностью искусственный изотоп цезий-137 использовался для датирования вина и обнаружения подделок.[7] и как материал для относительного датирования для оценки возраста отложений, имевших 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

Цезий-137 реагирует с водой с образованием водорастворимого соединения (гидроксид цезия ). Биологическое поведение цезия аналогично поведению цезия. калий[10] и рубидий. Попадая в организм, цезий более или менее равномерно распределяется по всему телу, с наибольшими концентрациями в мягких тканей.[11]:114 В биологический период полураспада цезия составляет около 70 дней.[12]

Эксперимент 1961 года показал, что мыши получали дозу 21,5мкКи / г имели 50% летальность в течение 30 дней (что подразумевает LD50 245 мкг / кг).[13]

Подобный эксперимент 1972 года показал, что когда собаки подвергаются нагрузка на все тело из 3800мкКи / кг (140 МБк / кг, или приблизительно 44 мкг / кг) цезия-137 (и от 950 до 1400 рад ), они умирают в течение 33 дней, тогда 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, умерших 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, что демонстрирует, что поджелудочная железа Ткань является сильным накопителем и секретором радиоактивного цезия в кишечнике.[16]

Случайное проглатывание цезия-137 можно лечить с помощью Берлинская лазурь, который химически связывается с ним и сокращает биологический период полураспада до 30 дней.[17]

Радиоактивный цезий в окружающей среде

Десять крупнейших залежей цезия-137 в результате ядерных испытаний США на Испытательный полигон в Неваде. Испытательные взрывы »Саймон " и "Гарри "были оба из Операция Upshot – Knothole в 1953 г., а испытательные взрывы «Джордж» и «Как» были от Операция Tumbler – Snapper в 1952 г.
Среднесрочный
продукты деления
Опора:
Единица измерения:		т½
(а )		Урожай
(%)		Q *
(кэВ )		βγ *
155Европа4.760.0803252βγ
85Kr10.760.2180687βγ
113 кв.м.CD14.10.0008316β
90Sr28.94.5052826β
137CS30.236.3371176βγ
121 мSn43.90.00005390βγ
151См88.80.531477β

Цезий-137 вместе с другими радиоактивными изотопами цезий-134, йод-131, ксенон-133, и стронций-90, почти все испытания ядерного оружия и немного ядерные аварии, в первую очередь Чернобыльская катастрофа и Катастрофа Фукусима-дайити.

Чернобыльская катастрофа

Основная статья: Чернобыльская катастрофа

На сегодняшний день и в ближайшие несколько сотен лет цезий-137 и стронций-90 продолжают оставаться основным источником излучения в зона отчуждения вокруг Чернобыльская АЭС, и представляют наибольший риск для здоровья из-за их примерно 30-летнего периода полураспада и биологического поглощения. Среднее загрязнение цезием-137 в Германии после чернобыльской катастрофы составило от 2000 до 4000 Бк / м².[нужна цитата ] Это соответствует загрязнению цезием-137 концентрацией 1 мг / км², что составляет около 500 граммов, выпавших по 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 наполовину, но он мог быть локально сконцентрирован гораздо более серьезными факторами.

Катастрофа Фукусима-дайити

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

В апреле 2011 года повышенные уровни цезия-137 также были обнаружены в окружающей среде после Ядерная катастрофа на Фукусиме-дайити в Японии. В июле 2011 г. мясо 11 коров было отправлено в Токио из Префектура Фукусима было обнаружено, что от 1530 до 3200беккерели за килограмм 137Cs, что значительно превышает установленный в то время японский законный предел в 500 беккерелей на килограмм.[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] Статья 2013 г. в Научные отчеты обнаружил, что для лесного участка в 50 км от пораженного растения, 137Концентрации Cs были высокими в опадке листьев, грибах и детритофаги, но мало травоядных.[21] К концу 2014 года «радиоактивный цезий, полученный на Фукусиме, распространился на всю западную часть северной части Тихого океана», переносимый Северо-тихоокеанское течение 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. Осаждение цезия с трехвалентным железом ферроцианид (Берлинская лазурь ) будет единственными отходами, требующими специальных могильников.[23] Цель состоит в том, чтобы снизить годовое воздействие загрязненной окружающей среды до 1мЗв 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.[нужна цитата ]

Цезий-137 в окружающей среде существенно антропогенный (рукотворный). Цезий-137 производится при делении ядер плутоний и уран, и распадается на барий-137.[24] До постройки первого искусственного ядерный реактор в конце 1942 г. Чикаго Пайл-1 ) цезий-137 не встречался на Земле в значительных количествах около 1,7 миллиарда лет. Наблюдая характерные гамма-лучи, испускаемые этим изотопом, можно определить, было ли содержимое данного запечатанного контейнера изготовлено до или после первого Атомная бомба взрыв (Тринити-тест, 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 "Бутылки Джефферсона ".[25] Поверхностные почвы и отложения также датируются путем измерения активности 137Cs.

Происшествия и аварии

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

1987 Гояния, Гояс, Бразилия

в Гоянская авария 1987 г., неправильно утилизированная система лучевой терапии из заброшенной клиники в г. Гояния, Бразилия, был удален, затем расколот для продажи на свалках, а светящийся цезиевая соль продан любопытным, неосведомленным 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 смешиваться с металлоломом на пути к плавильным заводам, что приводит к производству стали, загрязненной радиоактивностью.[28]

1989 Краматорск, Донецк, Украина

В Краматорская радиационная авария произошло в 1989 году, когда небольшая капсула, содержащая высокорадиоактивный цезий-137, была обнаружена внутри бетонной стены жилого дома в г. Краматорск, Украинская 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 дома умерли от лейкемии, а еще 17 получили различные дозы радиации.[нужна цитата ]

1997, Грузия

В 1997 г. несколько Грузинский солдаты получили лучевое отравление и ожоги. В конечном итоге они были прослежены до учебных источников, заброшенных, забытых и немаркированных после распад Советского Союза. Одна из них - гранула цезия-137 в кармане общей куртки, которая на расстоянии 1 метра излучает примерно в 130 000 раз уровень радиационного фона.[29]

1998, Лос-Барриос, Кадис, Испания

в Авария с Acerinox 1998 года испанская компания по переработке отходов Acerinox случайно расплавил массу радиоактивного цезия-137, исходящую от генератора гамма-излучения.[30]

2009 г. Тунчуань, Шэньси, Китай

В 2009 г. китайская цементная компания (г. Тунчуань, Провинция Шэньси ) сносил старый, неиспользованный цементный завод и не соблюдали стандарты обращения с радиоактивными материалами. Это привело к тому, что некоторое количество цезия-137 из измерительного прибора было включено в восемь грузовиков с металлолом на пути к металлургический комбинат, где радиоактивный цезий плавился до стали.[31]

Март 2015 г., Университет Тромсё, Норвегия.

В марте 2015 года норвежский Университет Тромсё потеряно 8 радиоактивных образцов, включая образцы цезия-137, америция-241 и стронция-90. Образцы были вывезены 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.[32][33]

Март 2016 г., Хельсинки, Уусимаа, Финляндия

3 и 4 марта 2016 г. в воздухе были обнаружены необычно высокие уровни цезия-137. Хельсинки, Финляндия. В соответствии с СТУК, ядерный регулятор страны, измерения показали 4000 мкБк / м³ - примерно в 1000 раз больше обычного уровня. В ходе расследования агентства было установлено, что источник находится в здании, в котором работают СТУК и предприятие по переработке радиоактивных отходов.[34][35]

Май 2019 г., Сиэтл, Вашингтон, США

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, которые подверглись более прямому воздействию, были доставлены в больницу, а исследовательский корпус был эвакуирован.[36]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Национальный институт стандартов и технологий (6 сентября 2009 г.). «Измерения периода полураспада радионуклидов». Получено 7 ноября 2011.
  2. ^ "137
    55    CS
    82"    . WWW Таблица радиоактивных изотопов. LBNL Isotopes Project - LUNDS Universitet. Архивировано из оригинал 22 мая 2015 г.. Получено 14 марта 2009.
  3. ^ Delacroix, D .; Guerre, J. P .; Leblanc, P .; Хикман, К. (2002). Справочник по радионуклидам и радиационной защите. Издательство ядерных технологий. ISBN  978-1870965873.
  4. ^ Бантинг, Р. Л. (1975). «Таблицы ядерных данных для A = 137». Таблицы ядерных данных 15. 335.
  5. ^ а б c "CDC: радиационные аварийные ситуации | Краткий обзор радиоизотопов: цезий-137 (Cs-137)". CDC. Получено 5 ноября 2013.
  6. ^ а б «Цезий | Радиационная защита | Агентство по охране окружающей среды США». EPA. 3 июня 2012 г. Архивировано с оригинал 6 сентября 2015 г.. Получено 4 марта 2015.
  7. ^ «Как атомные частицы помогли раскрыть тайну мошенничества с вином». энергетический ядерный реактор. 3 июня 2014 г.. Получено 4 марта 2015.
  8. ^ Уильямс, Х. Ф. Л. (1995). «Оценка воздействия строительства плотины на недавнее осаждение с использованием цезия-137». Экологическая геология. 26 (3): 166–171. Bibcode:1995EnGeo..26..166W. Дои:10.1007 / BF00768738. ISSN  0943-0105. S2CID  129177016.
  9. ^ Лафран, Роберт (1 июня 1989 г.). «Измерение эрозии почвы». Прогресс в физической географии. 221 (2): 216–233. Дои: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. Дои:10.1007 / BF01569888. ISSN  0169-4146. PMID  7766213. S2CID  21144768.
  11. ^ Delacroix, D .; Guerre, J. P .; Leblanc, P .; Хикман, К. (2002). Справочник данных по радионуклидам и радиационной защите 2002 г. (2-е изд.). Издательство ядерных технологий. ISBN  978-1-870965-87-3.
  12. ^ R. Nave. «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. ^ H.C. Красный человек; и другие. (1972). «Токсичность 137-CsCl на гончих. Ранние биологические эффекты». Радиационные исследования. 50 (3): 629–648. Bibcode:1972РадР ... 50..629Р. Дои:10.2307/3573559. JSTOR  3573559. PMID  5030090.
  15. ^ Нельсон А., Ульберг С., Кристофферссон Х., Роннбек С. (1961). «Распространение радиоцезия у мышей». Acta Radiologica. 55, 5,: 374–384, . Дои:10.3109/00016926109175132.CS1 maint: лишняя пунктуация (связь) CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  16. ^ Бандажевский Ю.И. (2003). «Хроническая инкорпорация Cs-137 в детских органах». Swiss Med. Wkly. 133 (35–36): 488–90. PMID  14652805.
  17. ^ "Центр контроля заболеваний, радиационные чрезвычайные ситуации | Факты о берлинской лазурке". CDC. Архивировано из оригинал 20 октября 2013 г.. Получено 5 ноября 2013.
  18. ^ Сандельсон, Майкл; Смит, Линдси (21 мая 2012 г.). «Более высокая радиация в Йотунхеймене, чем считалось сначала». Иностранец. Архивировано из оригинал 2 октября 2018 г.. Получено 21 мая 2012.
  19. ^ «Высокий уровень цезия в говядине Фукусима». Независимый онлайн. 9 июля 2011 г.
  20. ^ «Рыба возле 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 Японии». Научные отчеты. 4: 3599. Bibcode:2014НатСР ... 4Э3599М. Дои:10.1038 / srep03599. ISSN  2045-2322. ЧВК  3884222. PMID  24398571.
  22. ^ Кумамото, Юичиро; и другие. (2017). «Радиационная и аналитическая химия - пять лет со дня аварии на АЭС« Фукусима-дайити »». Специальные статьи. Бунсеки Кагаку (на японском и английском языках). 66 (3): 137–148. Дои:10.2116 / bunsekikagaku.66.137.
  23. ^ Нормил, Деннис (1 марта 2013 г.). «Охлаждение горячей зоны». Наука. 339 (6123): 1028–1029. Bibcode:2013Научный ... 339.1028N. Дои: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. Получено 5 ноября 2013.
  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 г. Архивировано с оригинал 21 марта 2007 г.
  29. ^ Ллума, Диего (май – июнь 2000 г.). «Бывший Советский Союз: что оставили после себя русские». Бюллетень ученых-атомщиков. 56 (3): 14–17. Дои:10.2968/056003005.
  30. ^ Дж. М. Лафорж (1999). «Разлив радиоактивного цезия сваривает Европу». Журнал Земляного острова. 14 (1). Архивировано из оригинал 5 сентября 2008 г.. Получено 28 марта 2009.
  31. ^ "Китайцы" находят "радиоактивный шар". Новости BBC. 27 марта 2009 г.
  32. ^ "УиТ хар мистет радиоактивт стофф - кан ха блитт кастет". iTromsø. 4 ноября 2015.
  33. ^ "Stort Metallskap sporløst forsvunnet. Inneholder radioaktive stoffer". Dagbladet. 4 ноября 2015.
  34. ^ «Цезий-137 обнаружен в гараже и в части подвального помещения - Tiedote-en - STUK». www.stuk.fi. Получено 10 марта 2016.
  35. ^ Ханнеле Аалтонен. «Загрязнение цезием-137 на территории СТУК в марте 2016 года» (PDF). МАГАТЭ. Получено 13 октября 2018.
  36. ^ Кейси Мартин (3 мая 2019 г.). «13 подверглись радиоактивному облучению». КУОВ.

Библиография

  • 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. Дои:10.1016 / S0166-1116 (08) 71715-1. ISBN  9780444816177.

внешняя ссылка