Náš dnešný svet je znepokojený znečistením životného prostredia. A to je pochopiteľné – zloženie vzduchu, ktorý dýchame, a potraviny, ktoré jeme, už dávno prestali byť ekologické. Od prvého testu jadrových zbraní (1945) je naša planéta znečistená rôznymi rádionuklidmi s antropogénnymi vlastnosťami. A jedným z nich je cézium-137. Jeho polčas rozpadu je obrovský a účinky na ľudský organizmus sú rôznorodé. O tomto a oveľa viac si povieme v tomto článku.
Jedna z mnohých
Cézium v periodickej tabuľke Dmitrija Mendelejeva patrí do hlavnej podskupiny prvej skupiny šiestej periódy a má atómové číslo 55. Chemická značka prvku je Cs (Cézium) a svoj názov dostal vďaka na prítomnosť dvoch modrých čiar v spektre relatívnej intenzity elektromagnetického žiarenia (odlatinské slovo caesius, čo znamená „nebeská modrá“).
Cézium ako jednoduchá látka je mäkký, striebristo-žltý kov s výraznými alkalickými vlastnosťami.
Tento prvok objavili v roku 1860 dvaja nemeckí vedci R. Bunsen a G. Kirchhoff. Použili metódu spektrálnej analýzy a cézium bolo prvým prvkom, ktorý bol týmto spôsobom detekovaný.
Mnoho tvárí cézia
V prírode sa cézium vyskytuje výlučne ako stabilný izotop Cs-133. Ale moderná fyzika pozná 39 umelo vytvorených rádionuklidov (rádioaktívnych izotopov).
Pripomeňme, že izotopy sú odrody atómu prvku s rôznym počtom neutrónov v jadrách.
Izotop Cs-135 žije najdlhšie (až 2,3 milióna rokov), druhý z hľadiska polčasu rozpadu je cézium-137. Práve ten druhý je zodpovedný za radiačné znečistenie našej planéty. Polčas rozpadu cézia-137 v sekundách je 952066726, čo je 30,17 rokov.
Tento izotop vzniká pri rozpade jadier v jadrovom reaktore, ako aj pri testovaní zbraní s jadrovými hlavicami.
Nestabilný rádionuklid
V dôsledku polčasu rozpadu cézia-137 prechádza fázou beta rozpadu a mení sa na nestabilné bárium-137m a potom na stabilné bárium-137. Toto uvoľňuje gama žiarenie.
Úplný polčas rozpadu cézia-137 je 30 rokov a na bárium-137m sa rozpadne za 2,55 minúty. Celková energia tohto procesu je1175,63 ± 0,17 keV.
Vzorce popisujúce polčas rozpadu cézia-137 sú zložité a sú súčasťou rozpadu uránu.
Fyzikálne a chemické vlastnosti
O fyzikálnych vlastnostiach izotopu a vlastnostiach jeho rozpadu sme už písali. Z hľadiska chemických vlastností je tento prvok blízky rubídiu a draslíku.
Všetky izotopy (vrátane cézia-137 s polčasom rozpadu 30,17 rokov) sú pri vstupe do živého organizmu dokonale absorbované akýmikoľvek prostriedkami.
Hlavný dodávateľ biosférického rádionuklidu
Zdrojom biosférického rádioaktívneho nuklidu cézia-137 s polčasom rozpadu viac ako 30 rokov je jadrová energia.
Štatistiky sú neúprosné. Podľa údajov z roku 2000 bolo zo všetkých reaktorov jadrových elektrární vypustených do atmosféry asi 22,2 × 1019 Bq cézia-137, ktorého polčas rozpadu je viac ako 30 rokov. sveta.
Znečisťuje sa nielen atmosféra. Z tankerov a ľadoborcov s jadrovými elektrárňami, z jadrových ponoriek sa tento rádionuklid dostáva každoročne do oceánu. Podľa odborníkov sa tak počas prevádzky jedného podmorského reaktora dostane do oceánu za jeden rok asi 24 x 1014 Bq. Vzhľadom na polčas rozpadu cézia-137 sa stáva nebezpečným zdrojom veľmi dlhodobého znečistenia životného prostredia.
Najznámejšie výbuchy
Skôr než sa budeme venovať účinkom rádionuklidu cézia na ľudský organizmus, pripomenieme si niekoľko veľkých katastrof,sprevádzané emisiami tohto prvku do biosféry.
Málokto vie, ale v roku 1971 sa v regióne Ivanovo (dedina Galkino) uskutočnili práce na hĺbkovom sondovaní zemskej kôry našej planéty. Išlo o podzemné jadrové výbuchy, po jednom z nich unikla z jednej studne bahenná fontána. A dnes je na mieste týchto prác zaznamenané žiarenie 3 miliroentgény za hodinu a rádionuklidy stroncia-90 a cézia-137 stále prichádzajú na povrch Zeme.
O katastrofe v Černobyle v roku 1986 vie každý. Nie každý však vie, že v tom čase sa do atmosféry dostalo asi 1850 PBq rádioaktívnych prvkov. A 270 PBq z nich je cézium-137.
V roku 2011, keď došlo k nehode v japonskej jadrovej elektrárni Fukušima, sa do Tichého oceánu dostalo 15 PBq cézia-137 s polčasom rozpadu 30 rokov.
Čo bude nasledovať
S rádioaktívnym spadom a odpadom sa cézium-137 dostáva do pôdy, odkiaľ sa dostáva do rastlín, ktoré majú absorpčný koeficient 100 %. Zároveň sa až 60 % nuklidu akumuluje v nadzemných častiach rastlinného organizmu. Zároveň sa v pôdach chudobných na draslík výrazne zvyšuje účinok akumulácie cézia-137.
Najvyššie koeficienty akumulácie tohto nuklidu sú zaznamenané u sladkovodných rias, lišajníkov a rastlinných organizmov v arktickej oblasti. V tele zvierat sa tento rádionuklid hromadí vo svaloch a pečeni.
Najvyššie koncentrácie boli pozorované u sobov a vodného vtáctva na arktických pobrežiach.
Akumulujte cézium a huby. Najmä olejné huby, poľské huby, machovky a ošípané počas celého polčasu rozpadu.
Biologické vlastnosti cézia-137
Prírodné cézium je jedným zo stopových prvkov živočíšneho tela. V našom tele je cézium obsiahnuté v množstve 0,0002-0,06 mikrónu na 1 gram mäkkých tkanív.
Radionuklid cézia, ako už bolo spomenuté, je súčasťou kolobehu látok v biosfére a voľne sa pohybuje pozdĺž biologických trofických reťazcov.
Po orálnom kontakte s ľudským telom v gastrointestinálnom trakte dochádza k 100% absorpcii tohto nuklidu. Rýchlosť tohto procesu je však v rôznych oddeleniach rôzna. Hodinu po vstupe do tela sa teda až 7 % cézia-137 absorbuje v ľudskom žalúdku, až 77 % v dvanástniku, jejune a ileu, až 13 % v slepom čreve a v poslednom úseku črevo (priečny tračník) – až 40 %.
Podiel cézia-137, ktorý sa dostane cez dýchacie cesty, je 25 % z množstva, ktoré pochádza z potravy.
Cez krv do svalov
Po opätovnom vstrebaní v črevách je cézium-137 približne rovnomerne distribuované v telesných tkanivách.
Nedávne štúdie na ošípaných ukázali, že tento nuklid dosahuje najvyššie koncentrácie vo svalových tkanivách.
Pri štúdiu sobov sa zistilo, že cézium-137 sa po jedinej injekcii distribuuje takto:
- Svaly – 100 %.
- Obličky – 79 %.
- Srdce – 67 %.
- Svetlé – 55 %.
- Pečeň- 48 %.
Polčas rozpadu je 5 až 14 dní a vylučuje sa prevažne močom.
Čo sa deje v ľudskom tele
Hlavné spôsoby, ako dostať cézium do tela, sú cez tráviaci trakt a dýchacie cesty. Pri vonkajšom kontakte cézia-137 na neporušenú pokožku preniká 0,007 % dovnútra. Pri požití sa 80 % hromadí v kostrových svaloch.
Prvok sa vylučuje obličkami a črevami. Za mesiac sa odstráni až 80 % cézia. Podľa Medzinárodnej komisie pre rádiologickú ochranu je polčas rozpadu rádionuklidu sedemdesiat dní, ale rýchlosť závisí od stavu tela, veku, výživy a iných faktorov.
Poškodenie ožiarením, podobné symptómom ako choroba z ožiarenia, sa vyvíja pri dávke vyššej ako 2 Gy. Ale už pri jednotkách MBq sa pozorujú známky mierneho radiačného poškodenia vo forme hnačky, vnútorného krvácania a slabosti.
Ako sa chrániť pred infekciou
Na určenie množstva cézia-137 v ľudskom tele merajú beta-gama rádiometre alebo merače ľudského žiarenia (HCR) gama žiarenie z tela alebo zo sekrétov.
Pri analýze vrcholov spektra, ktoré zodpovedajú danému rádionuklidu, sa určuje jeho aktivita v tele.
Prevenciou infekcie kvapalnými alebo pevnými zlúčeninami cézia-137 je vykonávať manipuláciu výlučne v zapečatených boxoch. Aby sa prvok nedostal dovnútra, používajú sa prostriedkyosobná ochrana.
Je potrebné pripomenúť, že polčas rozpadu cézia-137 je 30 rokov. Takže v roku 1987 v Brazílii (mesto Goiania) došlo ku krádeži časti z rádioterapeutickej jednotky. V priebehu 2 týždňov sa nakazilo asi 250 ľudí, štyria z nich zomreli do mesiaca.
Tolerancie a núdzová starostlivosť
Prípustné príjmy tohto prvku sú 7,4 x 102 Bq počas dňa a 13,3 x 104 Bq za rok. Obsah vo vzduchu by nemal presiahnuť 18 x 10-3 Bq na 1 meter kubický a vo vode - 5,5 x 102 Bq na liter.
Pri prekročení stanovených noriem je potrebné uplatniť opatrenia na urýchlenie odstránenia prvku z tela. V prvom rade by sa mali prijať opatrenia na dekontamináciu povrchov (tvár a ruky) mydlom a vodou. Ak sa látka dostane cez dýchacie cesty, vypláchnite nosohltan fyziologickým roztokom.
Použitie sorbentov a diuretík s vodnou záťažou urýchli odstránenie prvku.
V závažných prípadoch sa vykonáva hemodialýza a predpisuje sa špecifická liečba.
Ale sú tu výhody
V chemickom výskume, detekcii defektov v gama žiarení, v radiačných technológiách a v rôznych rádiobiologických experimentoch našli vedci využitie pre tento umelý prvok so žiariacimi vlastnosťami.
Cézium-137 sa používa pri kontaktnej a radiačnej terapii, pri sterilizácii lekárskych nástrojov, potravinárskych výrobkov.
Tento prvok našiel uplatnenie pri výroberádioizotopové zdroje energie a v meradlách hladiny pevných látok, kde sa používa v nepriehľadných zapečatených nádobách.
