Цезий-137. 
Атомная и ядерная физика: радиоактивность и ионизирующие излучения

В природе цезий встречается в виде стабильного изотопа ‘ззСб. Однако у него существуют и радиоактивные изотопы, из которых наиболее известен ^Cs.

Цезий-137 (радиоцезий) — радиоактивный нуклид химического элемента цезия Z=55, N=82, А- 137, атомная масса 136,9 070 895 а.е.м., избыток массы — 86 545,6 кэВ, образуется при /Рраспаде ‘3⁷Хе (T=3,8i8 мин) по схеме:

Период полураспада 1=30,1071 лет, максимальная энергия электронов 1,17 563 МэВ, спин и чётность 7/2+, продукт распада — стабильный ^Ва.

В 94,4% случаев распад происходит с промежуточным образованием ядерного изомера бария ^J37">Ba (Г= 2,55 м), который в свою очередь переходит в основное состояние с испусканием у-кванта с энергией 661,7 кэВ (или конверсионного электрона с энергией 661,7 кэВ, уменьшенной на величину энергии связи электрона). Суммарная энергия, выделяющаяся при 0-распаде одного ядра *37Cs, составляет 1175,63 кэВ. Активность 1 г этого нуклида равна з, 2*ю¹² Бк.

Рис. 1. Схема распада *37Cs.

Изотоп wCs образуется при делении ядер урана в ядерных реакторах и при ядерном взрыве. Относится к долгоживущим продуктам. Из растворов, полученных при переработке радиоактивных отходов ядерных реакторов, *37Cs извлекается методами соосаждения с гексацианоферратами железа, никеля, цинка или фторовольфраматом аммония, а так же методами ионного обмена и экстракции. Этот изотоп также нарабатывается на ускорителях заряженных частиц.

Радиоизотопы цезия применяются в химических исследованиях, в гамма-дефектоскопии, в радиационной технологии, в радиобиологических экспериментах, измерительной технике, для радиационной стерилизации пищевых продуктов, медицинских средств и лекарственных препаратов. >37Cs используется в производстве радиоизотопных источников тока, где он применяется в виде хлорида цезия (плотность 3,9 г/см³, эиерговыделение 1,27 Вт/см³), в датчиках уровнемеров сыпучих веществ в непрозрачных бункерах, а также как источник излучения для контактной и дистанционной лучевой терапии для лечения злокачественных опухолей. *37Cs имеет определенные преимущества перед радиоактивным ⁶°Со: более длительный период полураспада и менее жёсткое у-излучение. Поэтому приборы на основе *37Cs долговечнее, а защита от излучения менее громоздка.

Ядерная энергетика является источником поступления *37Cs в окружающую среду. В 2000 реакторами АЭС всех стран мира в атмосферу было выброшено 22,2-ю¹⁹ Бк *37Cs. Выброс >37Cs осуществляется не только в атмосферу, но и в океаны с атомных подводных лодок, танкеров, ледоколов, оснащенных ядерно-энергетическими установками. Суммарная активность продуктов деления, образовавшихся в ядерном реакторе атомной подводной лодки мощностью 6о МВт при его непрерывной работе в течение одного года, достигает более 3,7-ю*⁷ Вк, в том числе *37Cs — 24-ю*⁴ Бк.

После аварии на Чернобыльской АЭС во внешнюю среду поступило 1.0 МКи *37Cs. В настоящее время это основной дозообразующий радионуклид на территориях, пострадавших от аварии на ЧАЭС. От его содержания и поведения во внешней среде зависит пригодность загрязненных территорий для полноценной жизни. Почвы Украинско-Белорусского Полесья имеют специфическую особенность — *37Cs плохо фиксируется ими, и он легко поступает в растения через корневую систему. После аварии на ЧАЭС людей пришлось отселять из наиболее пострадавших районов вовсе не изза опасно высокого радиационного фона — там стало невозможным ведение сельского хозяйства.

Цезий-137, испускающий, как (3-, так и у-излучение — один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Содержится в радиоактивных осадках, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций. Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организмах животных и человека. Коэффициент накопления ¹³⁷Cs наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных ¹³⁷Cs накапливается в мышцах и печени. Наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и водоплавающих птиц. Накапливается в грибах.

Цезий — постоянный химический микрокомпонент организма растений и животных.

Внутрь живых организмов ¹³⁷Cs проникает через органы дыхания и пищеварения. Хорошей защитной функцией обладает кожа (через неповрежденную поверхность кожи проникает 0,007% нанесённого препарата цезия, через обожжённую — 20 %; при нанесении препарата цезия на рану всасывание 50% препарата наблюдается в течение первых ю мин, 90% всасывается только через 3 часа).

Изотопы цезия при любом пути поступления в организм хорошо всасываются. Всасывание ¹³⁷Cs в ЖКТ животных и человека составляет юо%. В отдельных участках ЖКТ всасывание ¹³⁷Cs происходит с различной интенсивностью: в желудок поступает 7% ¹³⁷Cs, введенного в организм, в двенадцатиперстную кишку — 77%, в тощую — 76%, в подвздошную — 78%, в слепую — 13%, в поперечно-ободочную кишку — 39%.

Через дыхательные пути в организм человека поступление ^I37Cs составляет 0,25% величины, поступающей с пищей. 8о% попавшего в организм цезия накапливается в мышцах, 8% — в скелете, а 12% распределяются по другим органам (в первую очередь концентрируются в сердце и печени). Накопление цезия в органах и тканях происходит до определенного предела, при этом интенсивная фаза накопления сменяется равновесным состоянием, когда содержание цезия в организме остается постоянным. Время достижения равновесного состояния зависит от возраста и вида животных. Равновесное состояние у сельскохозяйственных животных наступает через юч-30 дн, у человека через 430 дн. Цезий-137 выводится через почки и кишечник. Через месяц после прекращения поступления цезия из организма выводится 8о% введённого количества, однако в процессе выведения значительные количества цезия повторно всасываются в кровь в нижних отделах кишечника. Биологический период полувыведения ¹³⁷Cs для человека равен 70 дн.

При равномерном распределении ¹³⁷Cs в организме человека с удельной активностью 1 Бк/кг мощность поглощенной дозы варьирует от 2,14 до 3,16 мкГр/год. Вследствие относительно равномерного распределения этого нуклида в организме органы и ткани облучаются равномерно. Этому также способствует высокая проникающая способность у-излучения нуклида ^137тВа, образующегося при распаде ^{, 37}Cs: длина пробега у-квантов в мягких тканях человека достигает 12 см.

Развитие радиационных поражений у человека можно ожидать при поглощении дозы более 2 Гр. Симптомы во многом схожи с острой лучевой болезнью при у-облучении: угнетённое состояние и слабость, диарея, снижение массы тела, внутренние кровоизлияния. Лучевая реакция отмечается уже при дозах, равным единицах МБк. На рабочем месте без разрешения санэпидемслужбы могут находиться открытые препараты цезия с активностью 0,37ч- 3,7 мБк (ЮтЮО мкКи).

Для *37Cs группа радиационной опасности В, МЗА=з, 7 ю⁶ Бк. Допустимое поступление wCs в организм человека не должно превышать 7,4*ю² Бк/сутки. Допустимое годовое поступление wCs в организм персонала через органы дыхания составляет 13,3−104 Бк/год. Допустимая концентрация wCs в воздухе рабочих помещений 5,18-ю¹ Бк/л, в воде —.

5,5-ю² Бк/л, в атмосферном воздухе 18-юз Бк/л.

Неотложная помощь предусматривает дезактивацию кожи водой с мылом, промывание полости рта и носоглотки водой или физиологическим раствором. Для ускорения выведения цезия из организма рекомендуют применять сорбенты: ферроцианид или бентонит, с последующим вызыванием рвоты (1%-ный апоморфин — 0,5 мл для инъекций подкожно), или обильное промывание желудка водой.