Caesium-137

Caesium-137, ¹³⁷ Cs
	En förseglad radioaktiv källa av cesium-137
Allmänt
Symbol	137 Cs
Namn	cesium-137, 137Cs, Cs-137
Protoner ( Z )	55
Neutroner ( N )	82
Nukliddata
Naturligt överflöd	0 (spår)
Halveringstid ( t 1/2 )	30,05 ± 0,08 år
Isotopmassa	136.907 Da
Snurra	7 ⁄ 2 +
Föräldraisotoper	137 Xe ( β − )
Förfall produkter	; 137m Ba 137 Ba
Förfallslägen
Förfallsläge	Sönderfallsenergi ( MeV )
β- ( beta-sönderfall )	0,5120
γ ( gammastrålar )	0,6617
	; Isotoper av cesium Komplett tabell över nuklider

Caesium-137 (
¹³⁷₅₅ Cs
), cesium-137 (US), eller radiocesium , är en radioaktiv isotop av cesium som bildas som en av de vanligaste klyvningsprodukterna genom kärnklyvning av uran-235 och andra klyvbara isotoper inom kärnkraft . reaktorer och kärnvapen . Spårmängder härrör också från spontan klyvning av uran-238 . Det är bland de mest problematiska av fissionsprodukterna med kort till medellivslängd. Caesium-137 har en relativt låg kokpunkt på 671 °C (1 240 °F) och förångas lätt när den släpps plötsligt vid hög temperatur, som i fallet med kärnkraftsolyckan i Tjernobyl och med atomexplosioner , och kan resa mycket långa sträckor i luften. Efter att ha deponerats i marken som radioaktivt nedfall , rör det sig och sprids lätt i miljön på grund av den höga vattenlösligheten hos cesiums vanligaste kemiska föreningar , som är salter . Caesium-137 upptäcktes av Glenn T. Seaborg och Margaret Melhase .

Förfall

¹³⁷ Cs-sönderfallsschema som visar halveringstider, dotternuklider och typer och andel av strålning som emitteras.

¹³⁷ Cs gammaspektrum. Den karakteristiska 662 keV-toppen härrör inte direkt från ¹³⁷ Cs, utan från sönderfallet av ^137m Ba till dess stabila tillstånd.

Caesium-137 har en halveringstid på cirka 30,05 år. Cirka 94,6 % sönderfaller genom beta-utsläpp till en metastabil kärnisomer av barium: barium-137m ( ^137m Ba, Ba-137m). Resten befolkar direkt grundtillståndet på ¹³⁷ Ba, vilket är stabilt. Barium-137m har en halveringstid på cirka 153 sekunder och är ansvarig för alla gammastrålningsemissioner i prover på ¹³⁷ Cs. Barium-137m sönderfaller till grundtillståndet genom emission av fotoner med energi 0,6617 MeV. Totalt 85,1 % av ¹³⁷ Cs-sönderfallet genererar gammastrålning på detta sätt. Ett gram ¹³⁷ Cs har en aktivitet på 3,215 terabecquerel (TBq).

Används

Caesium-137 har ett antal praktiska användningsområden. I små mängder används den för att kalibrera strålningsdetekteringsutrustning. Inom medicinen används det i strålbehandling . Inom industrin används den i flödesmätare , tjockleksmätare, fuktdensitetsmätare (för densitetsavläsningar, med americium-241 /beryllium som ger fuktavläsningen) och i gammastrålningsbrunnsloggningsanordningar .

Caesium-137 används inte i stor utsträckning för industriell radiografi eftersom det är svårt att få ett material med mycket hög specifik aktivitet med en väldefinierad (och liten) form eftersom cesium från använt kärnbränsle innehåller stabilt cesium-133 och även långlivat cesium-135 . Isotopseparation är för kostsamt jämfört med billigare alternativ. Även cesiumkällorna med högre specifik aktivitet tenderar att vara gjorda av mycket löslig cesiumklorid (CsCl), som ett resultat om en radiografikälla skadades skulle det öka spridningen av kontamineringen. Det är möjligt att göra vattenolösliga cesiumkällor (med olika ferrocyanidföreningar som Ni
₂ Fe(CN)
₆ och ammoniumjärn(III)hexacyanoferrat (AFCF), Giese-salt, järn(III)ammoniumferrocyanid) men deras specifika aktivitet kommer att vara mycket lägre. Andra kemiskt inerta cesiumföreningar inkluderar cesium- aluminosilikat -glas som liknar det naturliga mineralet pollucit . Det senare har använts för att demonstrera kemiskt stabila vattenolösliga former av kärnavfall för slutförvaring i djupa geologiska förvar . En stor emitterande volym kommer att skada bildkvaliteten vid radiografi. ¹⁹²
Ir och ⁶⁰
Co föredras för radiografi, eftersom dessa är kemiskt icke-reaktiva metaller och kan erhållas med mycket högre specifika aktiviteter genom aktivering av stabil kobolt eller iridium i högflödesreaktorer. Men medan ¹³⁷
Cs är en avfallsprodukt som produceras i stora mängder i kärnklyvningsreaktorer, produceras ¹⁹²
Ir och ⁶⁰
Co specifikt i kommersiella reaktorer och forskningsreaktorer och deras livscykel innebär förstörelse av de inblandade högvärdiga elementen. Kobolt-60 sönderfaller till stabilt nickel , medan iridium-192 kan sönderfalla till antingen stabilt osmium eller platina. På grund av kvarvarande radioaktivitet och lagliga hinder, återvinns det resulterande materialet inte ens från "förbrukade" radioaktiva källor, vilket i huvudsak betyder att hela massan "försvinner" för icke-radioaktivt bruk.

Som en nästan helt människagjord isotop har cesium-137 använts för att datera vin och för att upptäcka förfalskningar och som ett relativt dateringsmaterial för att bedöma åldern för sedimentering som inträffade efter 1945.

Caesium-137 används också som ett radioaktivt spårämne i geologisk forskning för att mäta jorderosion och nedfall.

Hälsorisker

Caesium-137 reagerar med vatten och bildar en vattenlöslig förening ( cesiumhydroxid) . Det biologiska beteendet hos cesium liknar det hos kalium och rubidium . Efter att ha kommit in i kroppen, blir cesium mer eller mindre jämnt fördelat i kroppen, med de högsta koncentrationerna i mjukvävnad . Men till skillnad från grupp 2- radionuklider som radium och strontium-90 , bioackumuleras inte cesium och utsöndras relativt snabbt. Den biologiska halveringstiden för cesium är cirka 70 dagar.

Ett experiment från 1961 visade att möss doserade med 21,5 μCi /g hade en dödlighet på 50 % inom 30 dagar (vilket innebär en LD ₅₀ på 245 μg/kg). Ett liknande experiment 1972 visade att när hundar utsätts för en helkroppsbelastning på 3800 μCi /kg (140 MBq/kg, eller ungefär 44 μg/kg) cesium-137 (och 950 till 1400 rad ), dör de inom 33 dagar, medan djur med hälften av den bördan alla överlevde i ett år. Viktiga undersökningar har visat en anmärkningsvärd koncentration av ¹³⁷ Cs i de exokrina cellerna i bukspottkörteln, som är de som är mest drabbade av cancer. År 2003, i obduktioner utförda på 6 barn som dog (av orsaker som inte var direkt kopplade till Tjernobyl, mestadels sepsis) i det förorenade området nära Tjernobyl där de också rapporterade en högre förekomst av bukspottkörteltumörer, fann Bandazhevsky en koncentration på 137 Cs 3,9 ^gånger högre än i deras lever (1359 vs 347 Bq/kg, motsvarande 36 och 9,3 nCi /kg i dessa organ, 600 Bq/kg = 16 nCi /kg i kroppen enligt mätningar), vilket visar att pankreasvävnad är en stark ackumulator och sekretor i tarmen av radioaktivt cesium. , Oavsiktligt intag av cesium-137 kan behandlas med preussisk blått (Fe
^III₄ [Fe ^II
( CN )
₆ ]
₃ ), som binder till det kemiskt och minskar den biologiska halveringstiden till 30 dagar.

Miljöförorening

De tio högsta fyndigheterna av cesium-137 från USA:s kärnvapenprov på testplatsen i Nevada . Testexplosioner " Simon " och " Harry " var båda från Operation Upshot–Knothole 1953, medan testexplosionerna "George" och "How" var från Operation Tumbler–Snapper 1952.

Medellivade fissionsprodukter ^{[ ytterligare förklaring behövs ]}
	t _½ ( år )	Utbyte ( % )	Q ( keV )	βγ
¹⁵⁵ Eu	4,76	0,0803	252	βγ
⁸⁵ kr	10,76	0,2180	687	βγ
^113m cd	14.1	0,0008	316	β
⁹⁰ Sr	28,9	4,505	2826	β
¹³⁷ Cs	30.23	6,337	1176	β y
^121m Sn	43,9	0,00005	390	βγ
¹⁵¹ Sm	88,8	0,5314	77	β

Caesium-137, tillsammans med andra radioaktiva isotoper cesium-134 , jod-131 , xenon-133 och strontium-90 , släpptes ut i miljön under nästan alla kärnvapenprov och vissa kärnkraftsolyckor , framför allt Tjernobyl-katastrofen och Fukushima Daiichi-katastrof .

Caesium-137 i miljön är väsentligen antropogen (människangjord). Caesium-137 produceras från kärnklyvning av plutonium och uran och sönderfaller till barium-137 . Genom att observera de karakteristiska gammastrålar som sänds ut av denna isotop kan man avgöra om innehållet i en given förseglad behållare gjordes före eller efter den första atombombsexplosionen ( Trinity test , 16 juli 1945), som spred en del av den i atmosfären, snabbt sprida spårmängder av det runt om i världen. Denna procedur har använts av forskare för att kontrollera äktheten hos vissa sällsynta viner, framför allt de påstådda " Jefferson-flaskorna ". Ytjordar och sediment dateras också genom att mäta aktiviteten av ¹³⁷ Cs.

Tjernobyl-katastrofen

Från och med idag och under de närmaste hundra åren eller så fortsätter cesium-137 och strontium-90 att vara den främsta strålningskällan i alienationszonen kring kärnkraftverket i Tjernobyl och utgör den största risken för hälsan, p.g.a. deras cirka 30-åriga halveringstid och biologiska upptag. Den genomsnittliga kontamineringen av cesium-137 i Tyskland efter Tjernobyl-katastrofen var 2000 till 4000 Bq/m ² . ^{[ citat behövs ]} Detta motsvarar en förorening av 1 mg/km ² av cesium-137, totalt cirka 500 gram avsatt över hela Tyskland. I Skandinavien överskred en del renar och får den norska lagliga gränsen (3000 Bq/kg) 26 år efter Tjernobyl. Från och med 2016 har Tjernobyl cesium-137 sönderfallit med hälften, men kunde ha koncentrerats lokalt av mycket större faktorer.

Fukushima Daiichi-katastrofen

Beräknad cesium-137-koncentration i luften efter kärnkraftskatastrofen i Fukushima, 25 mars 2011 .

I april 2011 hittades också förhöjda nivåer av cesium-137 i miljön efter kärnkraftskatastroferna i Fukushima Daiichi i Japan. I juli 2011 visade det sig att kött från 11 kor som skickades till Tokyo från Fukushima-prefekturen hade 1 530 till 3 200 becquerel per kilogram av ¹³⁷ Cs, vilket avsevärt översteg den japanska lagliga gränsen på 500 becquerel per kilogram vid den tiden. I mars 2013 hade en fisk som fångats nära anläggningen rekordstora 740 000 becquerel per kilogram radioaktivt cesium, över gränsen på 100 becquerel per kilogram. En artikel från 2013 i Scientific Reports fann att för en skogsplats 50 km från den drabbade växten var koncentrationer av ¹³⁷ Cs höga i lövströ, svampar och detritivorer , men låga i växtätare. I slutet av 2014 hade "Fukushima-deriverat radiocesium spridit sig till hela västra norra Stilla havet", transporterat med strömmen i norra Stilla havet från Japan till Alaskabukten . Det har uppmätts i ytskiktet ner till 200 meter och söder om nuvarande område ner till 400 meter.

Caesium-137 rapporteras vara det största hälsoproblemet i Fukushima. Ett antal tekniker övervägs som effektivt och utan att förstöra det organiska materialet i jorden kan avlägsna 80 till 95 % av cesiumet från förorenad jord och andra material. Dessa inkluderar hydrotermisk sprängning. Cesiumet som utfällts med järn(III) ferrocyanid ( preussisk blått ) skulle vara det enda avfallet som kräver speciella gravplatser. Målet är att få årlig exponering från den förorenade miljön ner till 1 mSv över bakgrund. Det mest förorenade området där stråldoserna är större än 50 mSv/år måste förbli förbjudna, men vissa områden som för närvarande är mindre än 5 mSv/år kan saneras, vilket gör att 22 000 invånare kan återvända. ^{[ citat behövs ]}

Incidenter och olyckor

Caesium-137 gammakällor har varit inblandade i flera radiologiska olyckor och incidenter.

1987 Goiânia, Goiás, Brasilien

I Goiânia-olyckan 1987 avlägsnades ett felaktigt kasserat strålbehandlingssystem från en övergiven klinik i Goiânia , Brasilien, och knäcktes sedan för att säljas på skrotupplag, och det glödande cesiumsaltet såldes till nyfikna, oavrådda köpare. Detta ledde till fyra bekräftade dödsfall och flera allvarliga skador från strålningskontamination.

1989 Kramatorsk, Donetsk, Ukraina

Den radiologiska olyckan i Kramatorsk inträffade 1989 när en liten kapsel 8x4 mm stor av cesium-137 hittades inuti betongväggen i ett hyreshus i Kramatorsk , ukrainska SSR . Man tror att kapseln, som ursprungligen var en del av en mätanordning, försvann i slutet av 1970-talet och hamnade i bland med grus som användes för att bygga byggnaden 1980. Under 9 år hade två familjer bott i lägenheten. När kapseln upptäcktes hade 6 invånare i byggnaden dött, 4 av leukemi och 17 till hade fått varierande stråldoser.

1997 Georgien

1997 drabbades flera georgiska soldater av strålförgiftning och brännskador. De spårades så småningom tillbaka till träningskällor övergivna, bortglömda och omärkta efter Sovjetunionens upplösning . Den ena var en cesium-137-pellet i fickan på en delad jacka som släckte ut cirka 130 000 gånger bakgrundsstrålningen på 1 meters avstånd.

1998 Los Barrios, Cádiz, Spanien

I Acerinox-olyckan 1998 smälte det spanska återvinningsföretaget Acerinox av misstag ner en massa radioaktivt cesium-137 som kom från en gammastrålningsgenerator.

2009 Tongchuan, Shaanxi, Kina

2009 höll ett kinesiskt cementföretag (i Tongchuan , Shaanxi-provinsen ) på att riva en gammal, oanvänd cementfabrik och följde inte standarder för hantering av radioaktivt material. Detta gjorde att en del cesium-137 från ett mätinstrument inkluderades med åtta lastbilslaster skrot på väg till ett stålverk , där det radioaktiva cesiumet smältes ner i stålet.

Mars 2015, Universitetet i Tromsø, Norge

I mars 2015 förlorade det norska universitetet i Tromsø åtta radioaktiva prover inklusive prover av cesium-137, americium-241 och strontium-90 . Proverna flyttades från en säker plats för att användas för utbildning. När proverna skulle returneras kunde universitetet inte hitta dem. Den 4 november 2015 saknas fortfarande proverna.

Mars 2016 Helsingfors, Nyland, Finland

Den 3 och 4 mars 2016 upptäcktes ovanligt höga halter av cesium-137 i luften i Helsingfors , Finland. Enligt STUK , landets kärnkraftsregulator, visade mätningar 4 000 μBq/m ³ – cirka 1 000 gånger den vanliga nivån. En utredning av myndigheten spårade källan till en byggnad från vilken STUK och ett företag för behandling av radioaktivt avfall verkar.

maj 2019 Seattle, Washington, USA

Tretton personer exponerades för cesium-137 i maj 2019 i forsknings- och utbildningsbyggnaden i Harborview Medical Center- komplexet. En kontraktspersonal överförde cesium från labbet till en lastbil när pulvret spilldes. Fem personer sanerades och släpptes, men 8 som var mer direkt utsatta fördes till sjukhus medan forskningsbyggnaden evakuerades.

Januari 2023 Western Australia, Australien

Folkhälsomyndigheter i västra Australien utfärdade en nödvarning för en vägsträcka som mäter cirka 1 400 km efter att en kapsel innehållande cesium-137 förlorats under transport den 25 januari 2023. Kapseln på 8 mm innehöll en liten mängd av det radioaktiva materialet när den försvann från en lastbil. Delstatsregeringen inledde omedelbart en sökning, där WA Department of Healths chefshälsochef Andrew Robertson varnade för att en utsatt person kunde förvänta sig att få motsvarande "ungefär 10 röntgenstrålar i timmen". Experter varnade för att om kapseln hittades borde allmänheten hålla sig minst 5 meter bort. Kapseln hittades den 1 februari 2023.

Se även

Vanligt använda gamma-emitterande isotoper

Bibliografi

Olsen, Rolf A. (1994). "4.2. Överföring av radiocesium från jord till växter och svampar i seminaturliga ekosystem". Nordisk radioekologi - överföringen av radionuklider genom nordiska ekosystem till människan . Studier i miljövetenskap. Vol. 62. s. 265–286. doi : 10.1016/S0166-1116(08)71715-1 . ISBN 9780444816177 .

externa länkar