Что такое полураспад цезия 137

Период полураспада цезия-137. Биологические свойства цезия

Один из множества

Вам будет интересно: Магнитное поле Марса. Информация о планете

Как простое вещество цезий представляет собой мягкий серебристо-желтый металл с выраженными щелочными особенностями.

Открыли этот элемент в 1860 году два ученых из Германии Р. Бунзен и Г. Кирхгоф. Они использовали метод спектрального анализа, и цезий стал первым элементом, который был обнаружен данным способом.

Многоликий цезий

Вам будет интересно: Беззаботный – это заботливый друг или озабоченный паразит?

В природе цезий встречается исключительно в виде стабильного изотопа Cs-133. Но современная физика знает 39 искусственно созданных радионуклидов (радиоактивных изотопов).

Напомним, что изотопы – это разновидности атома элемента с различным количеством нейтронов в их ядрах.

Дольше всех (до 2,3 миллиона лет) живет изотоп Cs-135, второй по периоду полураспада – цезий-137. Именно последний является виновником радиационного загрязнения нашей планеты. Период полураспада цезия-137 в секундах – 952066726, что составляет 30,17 года.

Нестабильный радионуклид

В результате периода полураспада цезия-137 он проходит стадию бета-распада и превращается в нестабильный барий-137m, а затем в стабильный барий-137. При этом выделяется гамма-излучение.

Именно полный период полураспада цезия-137 равен 30 лет, а до бария-137m он распадается за 2,55 минуты. Суммарная энергия этого процесса равна 1175,63 ± 0,17 кэВ.

Формулы, описывающие период полураспада цезия-137, сложны и являются частью распада урана.

Физические и химические свойства

Вам будет интересно: Петь дифирамбы: что это означает, история слова и примеры

О физических свойствах изотопа и особенностях его распада мы уже писали. По химическим свойствам данный элемент близок с рубидием и калием.

Все изотопы (в том числе и цезий-137 с периодом полураспада 30,17 года) при попадании в живой организм любым способом прекрасно всасываются.

Главный поставщик биосферного радионуклида

Загрязняется не только атмосфера. С танкеров и ледоколов с атомными установками, с подводных атомных лодок в год в океан попадает данный радионуклид. Так, по подсчетам специалистов, в течение работы одного реактора подводной лодки в течение одного года в океан попадет порядка 24 х 1014 Бк. Если учесть время полураспада цезия-137, это становится опасным источником очень длительного загрязнения окружающей среды.

Самые известные выбросы

Прежде чем перейти к воздействию радионуклидного цезия на организм человека, напомним о нескольких крупных катастрофах, сопровождавшихся выбросами этого элемента в биосферу.

Немногие знают, но в 1971 году в районе Иваново (деревня Галкино) были проведены работы по глубинному зондированию коры нашей планеты. Это были подземные ядерные взрывы, после одного из которых из одной скважины вырвался грязевой фонтан. И сегодня в месте этих работ фиксируется излучение в 3 миллирентгена в час, а радионуклиды стронций-90 и цезий-137 все еще выходят на поверхность Земли.

О катастрофе в Чернобыле в 1986 году известно всем. Но не все знают, что тогда в атмосферу поступило около 1850 ПБк радиационных элементов. И 270 ПБк из них – цезий-137.

В 2011 году, когда авария произошла на японской АЭС «Фукусима», 15 ПБк цезия-137 с периодом полураспада, равным 30 годам, поступило в воды Тихого океана.

Что происходит потом

С радиоактивными осадками и отходами цезий-137 попадает в почву, откуда поступает в растения, у которых наблюдается коэффициент его поглощения на уровне 100 %. При этом до 60 % нуклида накапливается в надземных частях растительного организма. При этом в почвах, бедных калием, эффект накопления цезия-137 заметно увеличивается.

Наибольшие коэффициенты накопления этого нуклида отмечены в пресноводных водорослях, лишайниках и растительных организмах арктической зоны. В теле животных этот радионуклид накапливается в мышцах и печени.

Наиболее высокие его концентрации отмечались у северных оленей и водоплавающих птиц арктических побережий.

Биологические свойства цезия-137

Природный цезий – это один из микроэлементов организма животных. В нашем организме цезий содержится в количестве 0,0002-0,06 мкм в расчете на 1 грамм мягких тканей.

Радионуклид цезия, как уже говорилось, включается в круговорот веществ в биосфере и свободно перемещается по биологическим трофическим цепочкам.

При пероральном попадании в организм человека в желудочно-кишечном тракте происходит 100%-е всасывание этого нуклида. Однако в разных отделах скорость этого процесса разная. Так, через час после поступления в организм в желудке человека всасывается до 7 % цезия-137, в двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишке – до 77 %, в слепой кишке – до 13 %, а в последнем отделе кишечника (поперечно-ободочном) – до 40 %.

Доля цезия-137, который попадает через дыхательные пути, составляет 25 % от количества, поступающего с пищей.

Через кровь – в мышцы

После реабсорбции в кишечнике цезий-137 приблизительно равномерно распределяется в тканях организма.

Последние исследования на свиньях показали, что наибольших концентраций данный нуклид достигает в мышечных тканях.

При изучении северных оленей было установлено, что цезий-137 после однократного введения распределяется следующим образом:

Период полувыведения составляет от 5 до 14 суток и осуществляется преимущественно с мочой.

Что происходит в организме человека

Главные пути попадания цезия в организм – через пищеварительный тракт и дыхательные пути. При наружном попадании цезия-137 на неповрежденную кожу проникает внутрь 0,007 %. При попадании внутрь организма 80 % его накапливается в скелетных мышцах.

Выводится элемент через почки и кишечник. В течение месяца выводится до 80 % цезия. В соответствии с данными Международной комиссии по радиологической защите период полувыведения радионуклида составляет семьдесят дней, но скорость зависит от состояния организма, возраста, питания и других факторов.

Радиационные поражения, схожие по симптоматике с лучевой болезнью, развиваются при получении дозы более 2 Гр. Но уже при единицах МБк наблюдаются признаки легкого лучевого поражения в виде диареи, внутренних кровотечений, слабости.

Как уберечься от заражения

Для определения количества цезия-137 в организме человека проводят измерение бета-гамма-радиометрами или счетчиками излучений человека (СИЧ) гамма-излучения от тела или от выделений.

При анализе пиков спектра, которые соответствуют данному радионуклиду, определяют его активность в организме.

Профилактика заражений жидкими или твердыми соединениями цезия-137 заключается в проведении манипуляций исключительно в герметичных боксах. Для предотвращения попадания элемента внутрь используют средства индивидуальной защиты.

При этом стоит помнить, что период полураспада цезия-137 равен 30 годам. Так, в 1987 году в Бразилии (город Гояния) произошла кража детали из установки радиотерапии. В течение 2 недель заражению подверглось порядка 250 человек, четверо из них умерли в течение месяца.

Допустимые нормы и неотложная помощь

При превышении указанных норм необходимо применить меры по ускорению выведения элемента из организма. В первую очередь следует провести мероприятия по дезактивации поверхностей (лица и рук) водой с мылом. При попадании вещества через дыхательные пути – промыть носоглотку физиологическим раствором.

Ускорит выведение элемента применение сорбентов и мочегонных средств с водной нагрузкой.

В тяжелых случаях проводится гемодиализ и назначается специфическая терапия.

Но есть и польза

В химических исследованиях, гаммадефектоскопии, в радиационных технологиях и при проведении различных радиобиологических опытах ученые нашли применение этому антропогенному элементу с излучающими свойствами.

Цезий-137 применяется в контактной и лучевой терапии, в стерилизации медицинского инструментария, пищевых продуктов.

Этот элемент нашел свое применение при изготовлении радиоизотопных источников тока и в уровнемерах сыпучих веществ, где он используется в непрозрачных герметичных емкостях.

Источник

Цезий-137 (радиоцезий). Влияние на человека, что это такое, чем опасен

Учеными доказано, что высокие дозы облучения повреждают гены и структуру ДНК, приводят к появлению вредных мутаций. Однако экологическая чистота пищи и воздуха на нашей планете вызывает большие сомнения по причине загрязнения их различными видами опасных радионуклидов.

В их числе цезий-137 – химический элемент с высоким уровнем радиоактивности, степень его влияния на человека определяется размером поглощенной дозы.

Общая информация

Среди представителей периодической таблицы Д. Менделеева цезий (атомная масса 132,91) занимает ячейку под номером (атомным) 55. Символ обозначения химического элемента – Cs, что является аббревиатурой названия Caesium. Латинское слово «caesius» в переводе соответствует небесно-голубому оттенку, поскольку в спектре электромагнитного излучения вещества присутствуют 2 очень яркие синие линии.

Цезий-137, являясь изотопом цезия, обладает одинаковым с ним зарядом ядра при неодинаковом числе электронов. Цифры в названии элемента (137) являются массовым числом, а сам изотоп относится к группе радиоактивных нуклидов, за что и назван радиоцезием.

Данный элемент принадлежит к рассеянному типу, что объясняет сложность добычи цезия. Из-за высокой химической активности мягкого металла он мгновенно воспламеняется, быстро окисляясь в воздушной среде. В природе чистый цезий встречается довольно редко.

Лидером добычи природного вещества выступает Канада, на ее территории разведано 70 % залежей металлической руды.

В ядерном оружии, а также ядерных реакторах цезий-137 образуется в результате деления ядер. После ядерных аварий либо ядерных испытаний следы радиоцезия обнаруживаются в окружающей среде, что приводит к ее загрязнению.

Физические и химические свойства

Первенство открытия цезия принадлежит двум ученым из Германии – Р. Бунзену и Г. Кирхгофу, которые обнаружили его методом спектрального анализа в 1860 г. Чистую субстанцию впервые получил шведский химик К. Сеттерберг уже в 1882 г., занимаясь расплавом смеси бария с цианидом цезия.

Особенности

Цезий-137 влияние на человека обусловлено сложным процессом миграции радионуклида. Среди изотопов цезия, обладающих разными количествами нейтронов в структуре ядра, наиболее живучим признан Cs-135, период его полураспада составляет более 2 миллионов лет.

С точки зрения химических характеристик, цезий является пирофорным металлом с высокореакционной способностью:

Все соли, образуемые цезием (хлориды, нитраты, бромиды и так далее), хорошо растворяются не только в воде, но и в органических растворителях.

Перхлоратами с меньшей степенью растворимости пользуются для очищения радиоцезия. При работе с концентрированным оксидом CsOH следует учитывать, что расплав вызывает разрушение металлов. Самым стойким к воздействию водного оксида цезия считается родий.

Получение и области применения

Основным сырьем для природной добычи цезия служит минерал поллуцит, представляющий собой водную смесь алюмосиликата натрия с цезием. Именно эту цезиевую руду добывают на территории Канады (месторождение Танко), запасы руды в других странах менее важны по причине малых объемов.

Цезий-137, как искусственно полученный изотоп, радиоактивен в отличие от природной разновидности химического элемента Cs-133. Влияние нуклида на человека зависит от количества опасного вещества в составе окружающей среды и продуктов. Главная угроза – способность больших количеств нуклида накапливаться в организме (органы, ткани).

С появлением на заре XX в. технологий, обеспечивших получение чистого металла, связано активное его использование для изготовления:

В современном мире без похожего на золото металла не обходится медицина (препараты), космическая промышленность (ионные двигатели), энергетика (атомные реакторы), металлургия (защита от коррозии). Однако для практического использования без вреда здоровью людей пригодны лишь небольшие количества цезия-137.

Как влияет на человека, последствия

Очень небольшая доля природного цезия (0,0002-0,06 мкм/г), принадлежащего к числу важных для жизни микроэлементов, содержится в мягких тканях. Радионуклид участвует в круговороте биологических веществ, свободно перемещаясь по звеньям трофических цепочек. Ученые предполагают, что малотоксичные соединения цезия помогают людям сохранять гомеостаз.

Условия попадания в организм

Главным поставщиком в окружающую среду радиоцезия являются предприятия ядерной энергетики. Выбросы атомных электростанций и установок загрязняют атмосферу, катастрофические аварии на АЭС отравляют водные источники. В итоге даже минимальные дозы радиоактивного металла накапливаются в растительной и животноводческой продукции.

Внутрь человека цезий-137 попадает во время дыхания, а также поглощения загрязненной пищи. Оказавшись в пространстве желудочно-кишечного тракта, радионуклид полностью всасывается.

Также легко хорошо растворимый в воде элемент всасывается легкими при поступлении через органы дыхания. В итоге создается реальная угроза внутреннего облучения, которое намного страшнее внешнего из-за невозможности применения защитных мер.

Хорошим защитным барьером от вредного воздействия из окружающей среды выступает кожный покров. Через свободную от повреждений поверхность проникнет лишь 0.007 % объема радионуклида, попавшего на кожу.

Где накапливается

Цезий-137 влияние на человека наиболее опасно, если это порошкообразная форма изотопа, свободно проникающая внутрь. После обратного всасывания (реабсорбция) в кишечнике происходит условно равномерное распространение радиоцезия по тканям организма благодаря хорошему его взаимодействию с жидкостью.

Где накапливается Цезий-137 и другие радиоактивные вещества

Распределение цезия-137 при однократном радиационном воздействии следующее:

При нестандартных состояниях (шок, коллапс, язва, дифтерия, обморок, гипотония) потребность в малотоксичных вариантах соединений резко возрастает. Однако получение даже микроскопических доз цезия-137 повышает вероятность развития лучевой болезни. Это объясняется немалой длиной пробега квантов радиоцезия по мягким тканям – в пределах 12 см.

Последствия

Результатом воздействия цезия-137 на человека становится повреждение здоровых клеток не только на физическом, но и на химическом уровне. Распространяясь по телу, поток энергии распада атомного ядра вызывает образование огромного числа свободных радикалов. Новые структуры представляют собой фрагменты молекул, поврежденных бета излучением и гамма квантами.

Ущербные молекулы активно перемещаются в жидкой среде организма, что приводит к широкому распространению последствий облучения. Уровень биологической эффективности цезия-137 при сопоставимых дозах облучения внутренним либо внешним способом практически не отличается.

В результате равномерного распределения нуклида по тканям от последствий облучения страдают все органы (от острых до хронических поражений).

Главная опасность свободных радикалов связана с повреждением не только оболочек клеток, но также звеньев цепочки ДНК, хрящевых структур. Разрушительное воздействие сопровождается окислительным стрессом, запускающим свободнорадикальные цепные реакции. Результатом становится старение кожи, развитие воспалений, появление опухолей, инфарктов и инсультов.

Симптоматика поражения цезием-137 аналогична признакам острой фазы лучевой болезни и проявляется:

Важно учитывать, что двойную угрозу излучение цезия-137 представляет для беременной женщины и плода. Преодолевая плацентарный барьер, радиоцезий облучает растущий плод. Чем дальше срок беременности, тем большее количество нуклида будет накапливаться в тканях эмбриона.

Способ выведения из организма

Цезий-137 влияние на человека связано с высокой токсичностью радионуклида, независимо от путей попадания внутрь. Внедрившись с пищей или через легкие, большая часть радиоцезия накапливается в мышцах скелета.

При постоянном поступлении нуклида интенсивную фазу сменяет состояние равновесия, когда уровень радиоактивной формы цезия остается стабильным. В случае полного облучения на достижение равновесного предела понадобится почти 430 суток.

На выведение Cs-137 уходит 5-14 суток, большая часть отравляющего вещества эвакуируется с мочой, небольшая часть с каловыми массами. На скорость выведения влияет состояние здоровья облученного, качество его питания, другие факторы. Если поступление цезия-137 прекращается, можно ожидать, что в течение месяца будет выведено 70-80 % радиоактивного вещества.

Согласно официально утвержденным нормам, длительность биологического периода полувыведения накопившегося в человеческом организме цезия-137 составляет 70 суток. Радиационное поражение наступает в случае поглощения дозы свыше 2 Гр (Грей).

Как уберечься от заражения

На территориях с повышенным радиационным фоном у проживающих там людей возникает потребность в ежедневной защите от накопления радиоактивных элементов.

Цезий-137 считается наиболее распространенным компонентом загрязненной биосферы, следы нестабильного изотопа обнаруживаются в составе радиоактивных осадков, отходов и выбросов предприятий по переработке отработанного ядерного топлива атомных станций.

Продукты выбросов интенсивно накапливаются почвой, оседают в донных отложениях, обогащают ионами цезия воду. В результате растения и мясо животных, которые служат пищей для людей, повергаются загрязнению радиоцезием. Поэтому перед употреблением продуктов их необходимо подвергнуть тщательной обработке.

Действия по обеззараживанию

Для диагностики дозы облучения цезием-137 пользуются специальными приборами. Дозиметры измеряют уровень радиоактивности тела либо человеческих выделений, а также наличие радионуклида в продуктах питания.

В случае попадания радиоцезия в организм, необходимо принять срочные меры по предотвращению его накапливания.

Из методов химической защиты актуально использование препаратов с радиопротекторным действием:

Благодаря действию ферроцинсодержащих радиопротекторов у людей, проживающих на загрязненных радиацией территориях, появляется возможность не отказываться от выращенной ими сельхозпродукции. С учетом правильной дозировки, таблетки Ферроцина максимально освобождают организм людей и животных от избытка Cs-137.

Допустимые нормы и неотложная помощь

В Государственной системе санитарно-эпидемиологического контроля имеются таблицы допустимых уровней содержания цезия-137 в продуктах питания, поскольку разные их виды отличаются неодинаковой удельной активностью химического элемента.

В течение одних суток допустимым считается поступление 7,4 х 102 Бк (Беккерель) радиоцезия, питьевая (природная) вода не должна содержать больше 5,5 х 102 Бк в 1 л. Допустимым считается загрязнение одного кубического метра воздуха, не превышающее 18 х 10-3 Бк.

В случае получения более высоких доз радиоактивного цезия необходимо принять меры для защиты и ускоренного выведения нуклида:

Кроме того, поможет обогащение рациона питания продуктами с высоким содержанием пектинов. Употребление слив, яблок, мармеладов, фруктовых желе, а также соков с мякотью способствует защите от накопления излучающего вещества.

Вредное воздействие радиации можно нейтрализовать приемом селена, как мощного радиопротектора, сорбентов (сернокислый барий, полусурьмин, альгинат натрия), мочегонных и слабительных средств, но при условии достаточной водной нагрузки.

В отличие от своего изотопа цезия-137, элемент таблицы Менделеева с номером 55 не оказывает пагубного влияния на здоровье человека. Недостаток цезия проявляется снижением аппетита, задержкой развития в детском возрасте.

Но даже излучающему изотопу ученые нашли полезное применение – нестабильный металл используют для стерилизации (радиационной) продуктов питания, радиотерапии злокачественных новообразований.

Видео о Цезии

Презентация про цезий-137:

Источник

• ← Что такое полураспад урана
• Что такое полурейс вагона →