Naš svijet danas je zabrinut zbog zagađenja životne sredine. I to je razumljivo - sastav vazduha koji udišemo i hrana koju jedemo odavno su prestali da budu ekološki prihvatljivi. Od prvog testiranja nuklearnog oružja (1945.), naša planeta je zagađena raznim radionuklidima s antropogenim svojstvima. A jedan od njih je cezijum-137. Njegovo vrijeme poluraspada je ogromno, a efekti na ljudski organizam su raznoliki. O ovome i mnogo više pričaćemo u ovom članku.
Jedan od mnogih
Cezijum u periodnom sistemu Dmitrija Mendeljejeva pripada glavnoj podgrupi prve grupe šestog perioda i ima atomski broj 55. Hemijski simbol elementa je Cs (Cezijum), a ime je dobio zbog na prisustvo dvije plave linije u spektru relativnog intenziteta elektromagnetnog zračenja (odlatinska riječ caesius, što znači "nebesko plavo").
Kao jednostavna supstanca, cezijum je mekan, srebrno-žuti metal sa izraženim alkalnim karakteristikama.
Ovaj element su 1860. godine otkrila dva njemačka naučnika R. Bunsen i G. Kirchhoff. Koristili su metodu spektralne analize, a cezijum je bio prvi element koji je otkriven na ovaj način.
Mnoga lica cezijuma
U prirodi, cezijum se pojavljuje isključivo kao stabilan izotop Cs-133. Ali moderna fizika poznaje 39 umjetno stvorenih radionuklida (radioaktivnih izotopa).
Podsjetimo da su izotopi varijante atoma elementa s različitim brojem neutrona u jezgrima.
Izotop Cs-135 živi najduže (do 2,3 miliona godina), drugi po poluraspadu je cezijum-137. Upravo je ovo drugo odgovorno za zagađenje naše planete radijacijom. Poluživot cezijuma-137 u sekundama je 952066726, što je 30,17 godina.
Ovaj izotop nastaje tokom raspada jezgara u nuklearnom reaktoru, kao i tokom testiranja oružja sa nuklearnim bojevim glavama.
Nestabilni radionuklid
Kao rezultat poluraspada cezijuma-137, on prolazi kroz fazu beta raspada i pretvara se u nestabilan barijum-137m, a zatim u stabilni barijum-137. Ovo oslobađa gama zračenje.
Puni poluživot cezijuma-137 je 30 godina, a do barijuma-137m se raspada za 2,55 minuta. Ukupna energija ovog procesa je1175,63 ± 0,17 keV.
Formule koje opisuju poluživot cezijuma-137 su složene i dio su raspada uranijuma.
Fizička i hemijska svojstva
Već smo pisali o fizičkim svojstvima izotopa i karakteristikama njegovog raspada. U pogledu hemijskih svojstava, ovaj element je blizak rubidijumu i kalijumu.
Svi izotopi (uključujući cezijum-137 sa poluživotom od 30,17 godina) se savršeno apsorbuju na bilo koji način kada uđu u živi organizam.
Glavni dobavljač biosferskih radionuklida
Izvor biosferskog radioaktivnog nuklida cezijuma-137 s poluživotom dužim od 30 godina je nuklearna energija.
Statistika je nemilosrdna. Prema podacima iz 2000. godine, oko 22,2 × 1019 Bq cezijuma-137, čiji je period poluraspada više od 30 godina, emitovali su u atmosferu svi reaktori nuklearnih elektrana svijeta.
Nije samo atmosfera ono što se zagađuje. Iz tankera i ledolomaca s nuklearnim elektranama, iz nuklearnih podmornica, ovaj radionuklid svake godine dospijeva u okean. Tako će, prema procjenama stručnjaka, tokom rada jednog podmorskog reaktora, oko 24 x 1014 Bq u godinu dana u okean. S obzirom na poluživot cezijuma-137, on postaje opasan izvor dugotrajnog zagađenja životne sredine.
Najpoznatije puhanje
Pre nego što se osvrnemo na efekte radionuklida cezijuma na ljudski organizam, podsećamo na nekoliko velikih katastrofa,praćeno emisijama ovog elementa u biosferu.
Malo ljudi zna, ali 1971. godine, u Ivanovskoj oblasti (selo Galkino), obavljeni su radovi na dubokom sondiranju kore naše planete. Radilo se o podzemnim nuklearnim eksplozijama, nakon kojih je iz jednog bunara pobjegla muljna fontana. I danas je na mjestu ovih radova zabilježeno zračenje od 3 milirentgena na sat, a radionuklidi stroncijuma-90 i cezijuma-137 i dalje dolaze na površinu Zemlje.
Svi znaju za černobilsku katastrofu 1986. Ali ne znaju svi da je u to vrijeme u atmosferu ušlo oko 1850 PBq radioaktivnih elemenata. A 270 PBq od njih je cezijum-137.
U 2011. godini, kada se nesreća dogodila u japanskoj nuklearnoj elektrani Fukushima, 15 PBq cezijuma-137 sa poluživotom od 30 godina ušlo je u Tihi okean.
Šta se dalje događa
Sa radioaktivnim padavinama i otpadom, cezijum-137 ulazi u tlo, odakle ulazi u biljke koje imaju koeficijent apsorpcije od 100%. Istovremeno, do 60% nuklida se akumulira u nadzemnim dijelovima biljnog organizma. Istovremeno, u zemljištima siromašnim kalijumom, efekat akumulacije cezijuma-137 značajno se povećava.
Najveći koeficijenti akumulacije ovog nuklida zabilježeni su u slatkovodnim algama, lišajevima i biljnim organizmima arktičke zone. U tijelu životinja, ovaj radionuklid se akumulira u mišićima i jetri.
Najveće koncentracije su viđene kod sobova i vodenih ptica na arktičkim obalama.
Akumulirati cezij i gljivice. Posebno uljane pečurke, poljske pečurke, pečurke od mahovine i svinje tokom cijelog poluživota.
Biološka svojstva cezijuma-137
Prirodni cezijum je jedan od elemenata u tragovima životinjskog tela. U našem tijelu cezijuma se nalazi u količini od 0,0002-0,06 mikrona po 1 gramu mekog tkiva.
Cezijum radionuklid, kao što je već pomenuto, uključen je u ciklus supstanci u biosferi i slobodno se kreće duž bioloških trofičkih lanaca.
Nakon oralnog kontakta sa ljudskim tijelom u gastrointestinalnom traktu, dolazi do 100% apsorpcije ovog nuklida. Međutim, brzina ovog procesa je različita u različitim odjelima. Dakle, sat vremena nakon ulaska u organizam, do 7% cezijuma-137 se apsorbuje u ljudskom želucu, do 77% u dvanaestopalačnom crevu, jejunumu i ileumu, do 13% u cekumu, a u poslednjem delu crijevo (poprečno debelo crijevo) - do 40%.
Udio cezijuma-137 koji ulazi kroz respiratorni trakt je 25% količine koja dolazi iz hrane.
Kroz krv do mišića
Nakon što se reapsorbuje u crijevima, cezijum-137 je približno ravnomjerno raspoređen u tjelesnim tkivima.
Nedavne studije na svinjama pokazale su da ovaj nuklid dostiže najveću koncentraciju u mišićnom tkivu.
Prilikom proučavanja irvasa, ustanovljeno je da se cezijum-137 nakon jedne injekcije distribuira na sljedeći način:
- Mišići - 100%.
- Bubrezi – 79%.
- Srce - 67%.
- Light – 55%.
- Jetra- 48%.
Poluživot je 5 do 14 dana i pretežno se izlučuje urinom.
Šta se dešava u ljudskom tijelu
Glavni načini unošenja cezijuma u organizam su kroz probavni i respiratorni trakt. Sa spoljašnjim kontaktom cezijuma-137 na netaknutu kožu, 0,007% prodire unutra. Kada se proguta, 80% se akumulira u skeletnim mišićima.
Element se izlučuje preko bubrega i crijeva. U roku od mjesec dana uklanja se do 80% cezijuma. Prema Međunarodnoj komisiji za radiološku zaštitu, poluživot radionuklida je sedamdeset dana, ali stopa zavisi od stanja organizma, starosti, ishrane i drugih faktora.
Oštećenje zračenjem, slično simptomima radijacijske bolesti, nastaje kada se primi doza veća od 2 Gy. Ali već na jedinicama MBq, uočavaju se znaci blage radijacijske povrede u obliku dijareje, unutrašnjeg krvarenja i slabosti.
Kako se zaštititi od infekcije
Da bi se odredila količina cezijuma-137 u ljudskom tijelu, beta-gama radiometri ili mjerači ljudskog zračenja (HCR) mjere gama zračenje iz tijela ili iz izlučevina.
Kada se analiziraju vrhovi spektra koji odgovaraju datom radionuklidu, utvrđuje se njegova aktivnost u tijelu.
Prevencija infekcije tečnim ili čvrstim jedinjenjima cezijuma-137 je obavljanje manipulacija isključivo u zatvorenim kutijama. Sredstva se koriste kako bi se spriječilo da element uđe unutralična zaštita.
Vrijedi zapamtiti da je poluživot cezijuma-137 30 godina. Tako je 1987. godine u Brazilu (grad Goiania) došlo do krađe dijela iz jedinice za radioterapiju. U roku od 2 sedmice, oko 250 ljudi je zaraženo, od kojih su četiri umrle u roku od mjesec dana.
Tolerancije i hitna pomoć
Dopušteni primici ovog elementa su 7,4 x 102 Bq tokom dana i 13,3 x 104 Bq godišnje. Sadržaj u vazduhu ne bi trebalo da prelazi 18 x 10-3 Bq po 1 kubnom metru, au vodi - 5,5 x 102 Bq po litru.
U slučaju prekoračenja navedenih normi potrebno je primijeniti mjere za ubrzanje uklanjanja elementa iz organizma. Prije svega, treba poduzeti mjere za dekontaminaciju površina (lice i ruke) sapunom i vodom. Ako supstanca uđe kroz respiratorni trakt, isperite nazofarinks fiziološkom otopinom.
Upotreba sorbenata i diuretika sa opterećenjem vode će ubrzati uklanjanje elementa.
U teškim slučajevima radi se hemodijaliza i propisuje specifična terapija.
Ali postoje prednosti
U hemijskim istraživanjima, detekciji grešaka gama-zracima, u tehnologijama zračenja i raznim radiobiološkim eksperimentima, naučnici su pronašli upotrebu ovog elementa koji je napravio čovek sa svojstvima zračenja.
Cezium-137 se koristi u kontaktnoj i radijacijskoj terapiji, u sterilizaciji medicinskih instrumenata, prehrambenih proizvoda.
Ovaj element je pronašao svoju primenu u proizvodnjiradioizotopski izvori energije i u mjeračima nivoa čvrstih tvari, gdje se koristi u neprozirnim zatvorenim kontejnerima.
