Unsere heutige Welt ist besorgt über die Umweltverschmutzung. Und das ist verständlich – die Zusammensetzung unserer Atemluft und unsere Nahrung sind schon lange nicht mehr umweltfreundlich. Seit dem ersten Atomwaffentest (1945) ist unser Planet mit verschiedenen Radionukliden mit anthropogenen Eigenschaften verseucht. Und einer davon ist Cäsium-137. Seine Halbwertszeit ist enorm, und die Auswirkungen auf den menschlichen Körper sind vielfältig. Darüber und über vieles mehr werden wir in diesem Artikel sprechen.
Einer von vielen
Cäsium im Periodensystem von Dmitry Mendeleev gehört zur Hauptuntergruppe der ersten Gruppe der sechsten Periode und hat die Ordnungszahl 55. Das chemische Symbol des Elements ist Cs (Cäsium), und es hat seinen Namen verdient auf das Vorhandensein von zwei blauen Linien im Spektrum der relativen Intensität elektromagnetischer Strahlung (vondas lateinische Wort caesius, was „himmelblau“bedeutet).
Als einfache Substanz ist Cäsium ein weiches, silbrig-gelbes Metall mit ausgeprägten alkalischen Eigenschaften.
Dieses Element wurde 1860 von den beiden deutschen Wissenschaftlern R. Bunsen und G. Kirchhoff entdeckt. Sie verwendeten die Methode der Spektralanalyse, und Cäsium war das erste Element, das auf diese Weise nachgewiesen wurde.
Cäsium hat viele Gesichter
Cäsium kommt in der Natur ausschließlich als stabiles Isotop von Cs-133 vor. Aber die moderne Physik kennt 39 künstlich erzeugte Radionuklide (radioaktive Isotope).
Denken Sie daran, dass Isotope Varianten eines Atoms eines Elements mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen in ihren Kernen sind.
Das Isotop Cs-135 lebt am längsten (bis zu 2,3 Millionen Jahre), das zweite in Bezug auf die Halbwertszeit ist Cäsium-137. Letzteres ist für die Strahlenbelastung unseres Planeten verantwortlich. Die Halbwertszeit von Cäsium-137 in Sekunden beträgt 952066726, also 30,17 Jahre.
Dieses Isotop entsteht beim Zerfall von Kernen in einem Kernreaktor sowie beim Testen von Waffen mit Atomsprengköpfen.
Instabiles Radionuklid
Infolge der Halbwertszeit von Cäsium-137 durchläuft es die Beta-Zerfallsphase und verwandelt sich in instabiles Barium-137m und dann in stabiles Barium-137. Dabei wird Gammastrahlung freigesetzt.
Die volle Halbwertszeit von Cäsium-137 beträgt 30 Jahre, und zu Barium-137m zerfällt es in 2,55 Minuten. Die Gesamtenergie dieses Prozesses ist1175,63 ± 0,17 keV.
Die Formeln, die die Halbwertszeit von Cäsium-137 beschreiben, sind komplex und Teil des Uranzerfalls.
Physikalische und chemische Eigenschaften
Wir haben bereits über die physikalischen Eigenschaften des Isotops und die Merkmale seines Zerfalls geschrieben. In Bezug auf die chemischen Eigenschaften ist dieses Element Rubidium und Kalium sehr ähnlich.
Alle Isotope (einschließlich Cäsium-137 mit einer Halbwertszeit von 30,17 Jahren) werden auf jeden Fall perfekt absorbiert, wenn sie in einen lebenden Organismus gelangen.
Hauptlieferant von biosphärischem Radionuklid
Die Quelle des biosphärischen radioaktiven Nuklids Cäsium-137 mit einer Halbwertszeit von mehr als 30 Jahren ist die Kernkraft.
Die Statistiken sind unerbittlich. Nach den Daten des Jahres 2000 wurden etwa 22,2 × 1019 Bq Cäsium-137, dessen Halbwertszeit mehr als 30 Jahre beträgt, von allen Reaktoren der Kernkraftwerke in die Atmosphäre emittiert der Welt.
Es ist nicht nur die Atmosphäre, die verschmutzt wird. Von Tankern und Eisbrechern mit Kernkraftwerken, von Atom-U-Booten gelangt dieses Radionuklid jedes Jahr in den Ozean. So werden Experten zufolge während des Betriebs eines U-Boot-Reaktors in einem Jahr etwa 24 x 1014 Bq in den Ozean gelangen. Angesichts der Halbwertszeit von Cäsium-137 wird es zu einer gefährlichen Quelle für sehr langfristige Umweltverschmutzung.
Die berühmtesten Reifenplatzer
Bevor wir uns den Auswirkungen des Radionuklids Cäsium auf den menschlichen Körper zuwenden, erinnern wir uns an mehrere große Katastrophen,begleitet von Emissionen dieses Elements in die Biosphäre.
Nur wenige wissen es, aber 1971 wurde in der Region Iwanowo (dem Dorf Galkino) an einer tiefen Sondierung der Kruste unseres Planeten gearbeitet. Dies waren unterirdische Atomexplosionen, nach denen eine Schlammfontäne aus einem Brunnen entwich. Und heute wird am Standort dieser Arbeiten eine Strahlung von 3 Milliröntgen pro Stunde gemessen, und die Radionuklide Strontium-90 und Cäsium-137 kommen immer noch an die Erdoberfläche.
Jeder kennt die Katastrophe von Tschernobyl im Jahr 1986. Aber nicht jeder weiß, dass damals etwa 1850 PBq radioaktiver Elemente in die Atmosphäre gelangten. Und 270 PBq davon sind Cäsium-137.
Im Jahr 2011, als sich der Unfall im japanischen Kernkraftwerk Fukushima ereignete, gelangten 15 PBq Cäsium-137 mit einer Halbwertszeit von 30 Jahren in den Pazifischen Ozean.
Was passiert als nächstes
Mit radioaktivem Fallout und Abfall gelangt Cäsium-137 in den Boden und von dort in Pflanzen, die einen Absorptionskoeffizienten von 100% haben. Gleichzeitig reichern sich bis zu 60 % des Nuklids in den oberirdischen Teilen des Pflanzenorganismus an. Gleichzeitig nimmt in kaliumarmen Böden die Wirkung der Akkumulation von Cäsium-137 deutlich zu.
Die höchsten Akkumulationskoeffizienten dieses Nuklids werden in Süßwasseralgen, Flechten und Pflanzenorganismen der arktischen Zone festgestellt. Im Körper von Tieren reichert sich dieses Radionuklid in den Muskeln und der Leber an.
Die höchsten Konzentrationen wurden bei Rentieren und Wasservögeln an arktischen Küsten beobachtet.
Cäsium und Pilze ansammeln. Besonders Ölpilze, polnische Pilze, Moospilze und Schweine während der gesamten Halbwertszeit.
Biologische Eigenschaften von Cäsium-137
Natürliches Cäsium ist eines der Spurenelemente des tierischen Körpers. In unserem Körper ist Cäsium in einer Menge von 0,0002-0,06 Mikron pro 1 Gramm Weichgewebe enth alten.
Das Radionuklid Cäsium ist, wie bereits erwähnt, in den Stoffkreislauf der Biosphäre eingebunden und bewegt sich frei entlang biologischer Trophieketten.
Nach oralem Kontakt mit dem menschlichen Körper im Magen-Darm-Trakt erfolgt eine 100%ige Resorption dieses Nuklids. Die Geschwindigkeit dieses Prozesses ist jedoch in verschiedenen Abteilungen unterschiedlich. So wird eine Stunde nach Eintritt in den Körper bis zu 7 % des Cäsium-137 im menschlichen Magen, bis zu 77 % im Zwölffingerdarm, Jejunum und Ileum, bis zu 13 % im Blinddarm und im letzten Abschnitt absorbiert der Darm (Querkolon) - bis zu 40%.
Der Anteil von Cäsium-137, der über die Atemwege gelangt, beträgt 25 % der Menge, die aus der Nahrung aufgenommen wird.
Durch das Blut zu den Muskeln
Cäsium-137 wird nach Resorption im Darm ungefähr gleichmäßig im Körpergewebe verteilt.
Neuere Studien an Schweinen haben gezeigt, dass dieses Nuklid die höchsten Konzentrationen im Muskelgewebe erreicht.
Bei der Untersuchung von Rentieren wurde festgestellt, dass sich Cäsium-137 nach einer einzigen Injektion wie folgt verteilt:
- Muskeln - 100 %.
- Nieren – 79 %.
- Herz - 67 %.
- Licht – 55 %.
- Leber- 48 %.
Die Halbwertszeit beträgt 5 bis 14 Tage und wird überwiegend über den Urin ausgeschieden.
Was im menschlichen Körper passiert
Cäsium gelangt hauptsächlich über den Verdauungstrakt und die Atemwege in den Körper. Bei äußerem Kontakt von Cäsium-137 auf intakter Haut dringen 0,007 % ins Innere ein. Bei der Einnahme reichern sich 80 % davon in den Skelettmuskeln an.
Das Element wird über die Nieren und den Darm ausgeschieden. Innerhalb eines Monats werden bis zu 80 % des Cäsiums entfernt. Laut der International Commission on Radiological Protection beträgt die Halbwertszeit eines Radionuklids siebzig Tage, aber die Rate hängt vom Zustand des Körpers, dem Alter, der Ernährung und anderen Faktoren ab.
Strahlungsschäden, die in den Symptomen der Strahlenkrankheit ähneln, entwickeln sich, wenn sie einer Dosis von mehr als 2 Gy ausgesetzt werden. Aber bereits bei Einheiten von MBq werden Anzeichen einer leichten Strahlenschädigung in Form von Durchfall, inneren Blutungen und Schwäche beobachtet.
So schützen Sie sich vor einer Infektion
Um die Menge an Cäsium-137 im menschlichen Körper zu bestimmen, messen Beta-Gamma-Radiometer oder Human Radiation Meter (HCR) Gammastrahlung aus dem Körper oder aus Sekreten.
Bei der Analyse der Spektrumspitzen, die einem bestimmten Radionuklid entsprechen, wird seine Aktivität im Körper bestimmt.
Verhinderung einer Infektion mit flüssigen oder festen Verbindungen von Cäsium-137 ist, Manipulationen ausschließlich in verschlossenen Behältern durchzuführen. Es werden Mittel verwendet, um zu verhindern, dass das Element ins Innere gelangtPersonenschutz.
Es sei daran erinnert, dass die Halbwertszeit von Cäsium-137 30 Jahre beträgt. So wurde 1987 in Brasilien (der Stadt Goiania) ein Teil einer Strahlentherapieeinheit gestohlen. Innerhalb von 2 Wochen wurden etwa 250 Menschen infiziert, vier von ihnen starben innerhalb eines Monats.
Toleranzen und Notfallversorgung
Zulässige Einnahmen dieses Elements sind 7,4 x 102 Bq tagsüber und 13,3 x 104 Bq pro Jahr. Der Geh alt in der Luft sollte 18 x 10-3 Bq pro 1 Kubikmeter und im Wasser - 5,5 x 102 Bq pro Liter nicht überschreiten.
Wenn die angegebenen Normen überschritten werden, müssen Maßnahmen ergriffen werden, um die Entfernung des Elements aus dem Körper zu beschleunigen. Zunächst sollten Maßnahmen ergriffen werden, um Oberflächen (Gesicht und Hände) mit Wasser und Seife zu dekontaminieren. Bei Eindringen der Substanz in die Atemwege Nasenrachenraum mit Kochsalzlösung spülen.
Die Verwendung von Sorbentien und Diuretika mit Wasserbelastung beschleunigt die Entfernung des Elements.
In schweren Fällen wird eine Hämodialyse durchgeführt und eine spezifische Therapie verschrieben.
Aber es gibt Vorteile
In der chemischen Forschung, der Gammastrahlen-Fehlererkennung, in Strahlungstechnologien und in verschiedenen radiobiologischen Experimenten haben Wissenschaftler Verwendung für dieses künstliche Element mit strahlenden Eigenschaften gefunden.
Cäsium-137 wird in der Kontakt- und Strahlentherapie, bei der Sterilisation von medizinischen Instrumenten und Lebensmitteln verwendet.
Dieses Element hat seine Anwendung bei der Herstellung von gefundenRadioisotop-Stromquellen und in Füllstandsmessgeräten für Feststoffe, wo es in undurchsichtigen, verschlossenen Behältern verwendet wird.
