Náš dnešní svět je znepokojen znečištěním životního prostředí. A to je pochopitelné – složení vzduchu, který dýcháme, a jídla, které jíme, už dávno přestaly být ekologické. Od prvního testu jaderných zbraní (1945) je naše planeta znečištěna různými radionuklidy s antropogenními vlastnostmi. A jedním z nich je cesium-137. Jeho poločas rozpadu je obrovský a účinky na lidský organismus jsou různorodé. O tom a mnohem více si povíme v tomto článku.
Jedna z mnoha
Cesium v periodické tabulce Dmitrije Mendělejeva patří do hlavní podskupiny první skupiny šesté periody a má atomové číslo 55. Chemická značka prvku je Cs (Cesium) a svůj název dostal díky na přítomnost dvou modrých čar ve spektru relativní intenzity elektromagnetického záření (odlatinské slovo caesius, což znamená „nebesky modrá“).
Cesium je jako jednoduchá látka měkký, stříbřitě žlutý kov s výraznými alkalickými rysy.
Tento prvek objevili v roce 1860 dva němečtí vědci R. Bunsen a G. Kirchhoff. Použili metodu spektrální analýzy a cesium bylo prvním prvkem, který byl tímto způsobem detekován.
Mnoho tváří cesia
V přírodě se cesium vyskytuje výhradně jako stabilní izotop Cs-133. Ale moderní fyzika zná 39 uměle vytvořených radionuklidů (radioaktivních izotopů).
Připomeňme, že izotopy jsou druhy atomu prvku s různým počtem neutronů v jejich jádrech.
Izotop Cs-135 žije nejdéle (až 2,3 milionu let), druhý z hlediska poločasu rozpadu je cesium-137. Právě ta je zodpovědná za radiační znečištění naší planety. Poločas rozpadu cesia-137 v sekundách je 952066726, což je 30,17 let.
Tento izotop vzniká při rozpadu jader v jaderném reaktoru a také při testování zbraní s jadernými hlavicemi.
Nestabilní radionuklid
V důsledku poločasu rozpadu cesia-137 prochází fází beta rozpadu a mění se na nestabilní baryum-137m a poté na stabilní baryum-137. Tím se uvolňuje gama záření.
Plný poločas rozpadu cesia-137 je 30 let a na baryum-137m se rozpadne za 2,55 minuty. Celková energie tohoto procesu je1175,63 ± 0,17 keV.
Vzorce popisující poločas cesia-137 jsou složité a jsou součástí rozpadu uranu.
Fyzikální a chemické vlastnosti
O fyzikálních vlastnostech izotopu a rysech jeho rozpadu jsme již psali. Z hlediska chemických vlastností je tento prvek blízký rubidiu a draslíku.
Všechny izotopy (včetně cesia-137 s poločasem rozpadu 30,17 let) jsou při vstupu do živého organismu dokonale absorbovány jakýmikoli prostředky.
Hlavní dodavatel biosférických radionuklidů
Zdrojem biosférického radioaktivního nuklidu cesia-137 s poločasem rozpadu více než 30 let je jaderná energie.
Statistiky jsou neúprosné. Podle údajů z roku 2000 bylo všemi reaktory jaderných elektráren vypuštěno do atmosféry asi 22,2 × 1019 Bq cesia-137, jehož poločas rozpadu je více než 30 let. světa.
Znečišťuje se nejen atmosféra. Z tankerů a ledoborců s jadernými elektrárnami, z jaderných ponorek se tento radionuklid dostává každoročně do oceánu. Podle odborníků se tak během provozu jednoho podmořského reaktoru během jednoho roku dostane do oceánu asi 24 x 1014 Bq. Vzhledem k poločasu rozpadu cesia-137 se stává nebezpečným zdrojem velmi dlouhodobého znečištění životního prostředí.
Nejslavnější výbuchy
Než se budeme věnovat účinkům radionuklidu cesia na lidský organismus, připomeneme si několik velkých katastrof,doprovázené emisemi tohoto prvku do biosféry.
Málokdo ví, ale v roce 1971 se v oblasti Ivanovo (vesnice Galkino) prováděly práce na hloubkovém průzkumu kůry naší planety. Jednalo se o podzemní jaderné výbuchy, po jednom z nich unikla z jedné studny bahenní fontána. A dnes je na místě těchto prací zaznamenáno záření 3 miliroentgeny za hodinu a radionuklidy stroncia-90 a cesia-137 stále přicházejí na povrch Země.
Každý ví o černobylské katastrofě v roce 1986. Ne každý ale ví, že v té době se do atmosféry dostalo asi 1850 PBq radioaktivních prvků. A 270 PBq z nich je cesium-137.
V roce 2011, kdy došlo k nehodě v japonské jaderné elektrárně Fukušima, vstoupilo do Tichého oceánu 15 PBq cesia-137 s poločasem rozpadu 30 let.
Co bude dál
S radioaktivním spadem a odpadem se cesium-137 dostává do půdy, odkud se dostává do rostlin, které mají absorpční koeficient 100 %. V nadzemních částech rostlinného organismu se přitom akumuluje až 60 % nuklidu. Současně se v půdách chudých na draslík výrazně zvyšuje účinek akumulace cesia-137.
Nejvyšší akumulační koeficienty tohoto nuklidu jsou zaznamenány u sladkovodních řas, lišejníků a rostlinných organismů arktické zóny. V těle zvířat se tento radionuklid hromadí ve svalech a játrech.
Nejvyšší koncentrace byly pozorovány u sobů a vodního ptactva na arktických pobřežích.
Akumulujte cesium a houby. Zejména olejné houby, polské houby, mechovky a prasata během celého poločasu rozpadu.
Biologické vlastnosti cesia-137
Přírodní cesium je jedním ze stopových prvků živočišného těla. V našem těle je cesium obsaženo v množství 0,0002-0,06 mikronu na 1 gram měkkých tkání.
Radionuklid cesia, jak již bylo zmíněno, je součástí koloběhu látek v biosféře a volně se pohybuje podél biologických trofických řetězců.
Po orálním kontaktu s lidským tělem v gastrointestinálním traktu dochází ke 100% absorpci tohoto nuklidu. Rychlost tohoto procesu je však v různých odděleních různá. Hodinu po vstupu do těla se tedy až 7 % cesia-137 vstřebá v lidském žaludku, až 77 % v duodenu, jejunu a ileu, až 13 % ve slepém střevě a v posledním úseku střevo (příčný tračník) – až 40 %.
Podíl cesia-137, které se dostane přes dýchací cesty, je 25 % z množství, které pochází z potravy.
Krví do svalů
Po reabsorbci ve střevech je cesium-137 přibližně rovnoměrně distribuováno v tělesných tkáních.
Nedávné studie na prasatech ukázaly, že tento nuklid dosahuje nejvyšších koncentrací ve svalových tkáních.
Při studiu sobů bylo zjištěno, že cesium-137 se po jediné injekci distribuuje takto:
- Svaly – 100 %.
- Ledviny – 79 %.
- Srdce – 67 %.
- Světlé – 55 %.
- Játra– 48 %.
Poločas rozpadu je 5 až 14 dní a je vylučován převážně močí.
Co se děje v lidském těle
Cesium se do těla dostává hlavně přes trávicí trakt a dýchací cesty. Při vnějším kontaktu cesia-137 s neporušenou pokožkou proniká 0,007 % dovnitř. Při požití se 80 % hromadí v kosterních svalech.
Prvek se vylučuje ledvinami a střevy. Během měsíce se odstraní až 80 % cesia. Podle Mezinárodní komise pro radiologickou ochranu je poločas rozpadu radionuklidu sedmdesát dní, ale rychlost závisí na stavu těla, věku, výživě a dalších faktorech.
Poškození zářením, podobné symptomy jako nemoc z ozáření, se rozvíjí při podání dávky vyšší než 2 Gy. Ale již při jednotkách MBq jsou pozorovány známky mírného radiačního poškození ve formě průjmu, vnitřního krvácení a slabosti.
Jak se chránit před infekcí
K určení množství cesia-137 v lidském těle měří beta-gama radiometry nebo měřiče lidského záření (HCR) gama záření z těla nebo ze sekretů.
Při analýze spektrálních vrcholů, které odpovídají danému radionuklidu, je určena jeho aktivita v těle.
Prevence infekce kapalnými nebo pevnými sloučeninami cesia-137 je provádět manipulace výhradně v uzavřených boxech. Používají se prostředky, které zabraňují vniknutí prvku dovnitřosobní ochrana.
Je třeba si uvědomit, že poločas cesia-137 je 30 let. Takže v roce 1987 v Brazílii (město Goiania) došlo ke krádeži části z radioterapeutické jednotky. Během 2 týdnů se nakazilo asi 250 lidí, čtyři z nich zemřeli do měsíce.
Tolerance a pohotovostní péče
Přípustné příjmy tohoto prvku jsou 7,4 x 102 Bq během dne a 13,3 x 104 Bq za rok. Obsah ve vzduchu by neměl překročit 18 x 10-3 Bq na 1 krychlový metr a ve vodě - 5,5 x 102 Bq na litr.
Při překročení stanovených norem je nutné použít opatření k urychlení odstranění prvku z těla. Nejprve je třeba provést opatření k dekontaminaci povrchů (obličej a ruce) mýdlem a vodou. Pokud se látka dostane přes dýchací cesty, vypláchněte nosohltan fyziologickým roztokem.
Použití sorbentů a diuretik s vodní zátěží urychlí odstranění prvku.
V závažných případech se provádí hemodialýza a předepisuje se specifická terapie.
Ale jsou tu výhody
V chemickém výzkumu, detekci defektů v gama záření, v radiačních technologiích a v různých radiobiologických experimentech našli vědci využití pro tento umělý prvek se zářivými vlastnostmi.
Cesium-137 se používá při kontaktní a radiační terapii, při sterilizaci lékařských nástrojů, potravinářských výrobků.
Tento prvek našel své uplatnění při výroběradioizotopové zdroje energie a měřiče hladiny pevných látek, kde se používá v neprůhledných uzavřených nádobách.
