ครึ่งชีวิตของซีเซียม-137. คุณสมบัติทางชีวภาพของซีเซียม

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

โลกเราทุกวันนี้กังวลเรื่องมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม และนี่เป็นสิ่งที่เข้าใจได้ - องค์ประกอบของอากาศที่เราหายใจเข้าไปและอาหารที่เรากินได้หยุดเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมไปนานแล้ว นับตั้งแต่การทดสอบอาวุธนิวเคลียร์ครั้งแรก (1945) โลกของเราได้รับการปนเปื้อนด้วยนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีหลายชนิดที่มีคุณสมบัติของมนุษย์ และหนึ่งในนั้นคือซีเซียม-137 ครึ่งชีวิตของมันมีขนาดใหญ่ และผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์นั้นมีความหลากหลาย เราจะพูดถึงเรื่องนี้และอีกมากมายในบทความนี้

หนึ่งในหลาย ๆ อย่าง

ซีเซียมในตารางธาตุของ Dmitry Mendeleev อยู่ในกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มแรกของช่วงที่หกและมีเลขอะตอม 55 สัญลักษณ์ทางเคมีของธาตุคือ Cs (ซีเซียม) และได้ชื่อมาจาก ถึงการมีเส้นสีน้ำเงินสองเส้นในสเปกตรัมของความเข้มสัมพัทธ์ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (จากคำภาษาละติน caesius ซึ่งแปลว่า "ท้องฟ้าสีฟ้า")

ในฐานะที่เป็นสารธรรมดา ซีเซียมเป็นโลหะอ่อนสีเงินเหลืองและมีคุณสมบัติเป็นด่างที่เด่นชัด

องค์ประกอบนี้ถูกค้นพบในปี 1860 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันสองคน R. Bunsen และ G. Kirchhoff พวกเขาใช้วิธีการวิเคราะห์สเปกตรัม และซีเซียมเป็นองค์ประกอบแรกที่ตรวจพบด้วยวิธีนี้

ซีเซียมหลายหน้า

ในธรรมชาติ ซีเซียมเกิดขึ้นเฉพาะในฐานะไอโซโทปที่เสถียรของ Cs-133 แต่ฟิสิกส์สมัยใหม่รู้ 39 นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสี (ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี)

จำได้ว่าไอโซโทปเป็นอะตอมของธาตุที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันในนิวเคลียส

ไอโซโทป Cs-135 มีอายุยาวนานที่สุด (มากถึง 2.3 ล้านปี) ส่วนที่สองในแง่ของครึ่งชีวิตคือซีเซียม-137 เป็นหลังที่รับผิดชอบมลพิษทางรังสีของโลกของเรา ค่าครึ่งชีวิตของซีเซียม-137 ในไม่กี่วินาทีคือ 952066726 ซึ่งเท่ากับ 30.17 ปี

ไอโซโทปนี้ก่อตัวขึ้นระหว่างการสลายตัวของนิวเคลียสในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เช่นเดียวกับในระหว่างการทดสอบอาวุธด้วยหัวรบนิวเคลียร์

นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีไม่เสถียร

เนื่องจากครึ่งชีวิตของซีเซียม-137 มันผ่านระยะการสลายตัวของบีตาและเปลี่ยนเป็นแบเรียม-137 เมตรที่ไม่เสถียร จากนั้นจึงกลายเป็นแบเรียม-137 ที่เสถียร ปล่อยรังสีแกมมา

ครึ่งชีวิตเต็มของซีเซียม-137 คือ 30 ปี และแบเรียม-137m จะสลายตัวใน 2.55 นาที พลังงานทั้งหมดของกระบวนการนี้คือ1175.63 ± 0.17 keV.

สูตรที่อธิบายครึ่งชีวิตของซีเซียม-137 นั้นซับซ้อนและเป็นส่วนหนึ่งของการสลายตัวของยูเรเนียม

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี

เราได้เขียนเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกายภาพของไอโซโทปและคุณสมบัติของการสลายตัวแล้ว ในแง่ของคุณสมบัติทางเคมี ธาตุนี้อยู่ใกล้กับรูบิเดียมและโพแทสเซียม

ไอโซโทปทั้งหมด (รวมถึงซีเซียม-137 ที่มีครึ่งชีวิต 30.17 ปี) จะถูกดูดซึมได้อย่างสมบูรณ์แบบไม่ว่าด้วยวิธีใดเมื่อเข้าสู่สิ่งมีชีวิต

ซัพพลายเออร์หลักของนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีชีวภาพ

แหล่งที่มาของนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีชีวภาพ ซีเซียม-137 ที่มีครึ่งชีวิตมากกว่า 30 ปีคือพลังงานนิวเคลียร์

สถิติไม่หยุดยั้ง จากข้อมูลของปี 2000 ประมาณ 22.2 × 1019 Bq ของซีเซียม-137 ซึ่งมีครึ่งชีวิตมากกว่า 30 ปี ถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศโดยเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ของโลก

ไม่ใช่แค่บรรยากาศที่ปนเปื้อน จากเรือบรรทุกน้ำมันและเรือตัดน้ำแข็งที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จากเรือดำน้ำนิวเคลียร์ นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีนี้จะเข้าสู่มหาสมุทรทุกปี ดังนั้น ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุ ระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ใต้น้ำหนึ่งเครื่อง ประมาณ 24 x 1014 Bq จะเข้าสู่มหาสมุทรในหนึ่งปี ด้วยค่าครึ่งชีวิตของซีเซียม-137 มันจึงกลายเป็นแหล่งมลพิษทางสิ่งแวดล้อมที่อันตรายในระยะยาว

ระเบิดที่ดังที่สุด

ก่อนที่เราจะพูดถึงผลกระทบของซีเซียมกัมมันตภาพรังสีที่มีต่อร่างกายมนุษย์ เราระลึกถึงภัยพิบัติครั้งใหญ่หลายประการพร้อมกับการปล่อยองค์ประกอบนี้สู่ชีวมณฑล

ไม่กี่คนที่รู้ แต่ในปี 1971 ในภูมิภาค Ivanovo (หมู่บ้าน Galkino) ได้มีการดำเนินการสำรวจลึกถึงเปลือกโลกของเรา เหล่านี้เป็นระเบิดนิวเคลียร์ใต้ดิน หลังจากที่น้ำพุโคลนหลุดออกมาจากบ่อหนึ่ง และวันนี้ ณ สถานที่ทำงานเหล่านี้ มีการบันทึกการแผ่รังสี 3 มิลลิวินาทีต่อชั่วโมง และนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีของสตรอนเทียม-90 และซีเซียม-137 ยังคงมาสู่พื้นผิวโลก

ใครๆ ก็รู้เกี่ยวกับภัยพิบัติเชอร์โนบิลในปี 1986 แต่ไม่ใช่ทุกคนที่รู้ว่าในเวลานั้นมีธาตุกัมมันตภาพรังสีประมาณ 1850 PBq เข้าสู่ชั้นบรรยากาศ และ 270 PBq ของพวกมันคือซีเซียม-137

ในปี 2011 เมื่อเกิดอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะของญี่ปุ่น ซีเซียม-137 ขนาด 15 PBq ที่มีครึ่งชีวิต 30 ปีได้เข้าสู่มหาสมุทรแปซิฟิก

จะเกิดอะไรขึ้นต่อไป

ด้วยกัมมันตภาพรังสีที่ออกมาและของเสีย ซีเซียม-137 เข้าสู่ดิน จากที่มันเข้าสู่พืช ซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสง 100% ในเวลาเดียวกัน นิวไคลด์มากถึง 60% จะสะสมในส่วนเหนือพื้นดินของสิ่งมีชีวิตในพืช ในเวลาเดียวกัน ในดินที่มีโพแทสเซียมต่ำ ผลของการสะสมของซีเซียม-137 จะเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

ค่าสัมประสิทธิ์การสะสมสูงสุดของนิวไคลด์นี้พบได้ในสาหร่ายน้ำจืด ไลเคน และสิ่งมีชีวิตในพืชในเขตอาร์กติก ในร่างกายของสัตว์ สารกัมมันตรังสีนี้จะสะสมอยู่ในกล้ามเนื้อและตับ

กวางเรนเดียร์และนกน้ำบนชายฝั่งอาร์กติกมีความเข้มข้นสูงสุด

ซีเซียมและเชื้อราสะสมโดยเฉพาะเห็ดน้ำมัน เห็ดโปแลนด์ เห็ดมอส และหมู ตลอดครึ่งชีวิต

คุณสมบัติทางชีวภาพของซีเซียม-137

ซีเซียมธรรมชาติเป็นหนึ่งในองค์ประกอบของร่างกายสัตว์ ในร่างกายของเรา ซีเซียมมีปริมาณ 0.0002-0.06 ไมครอนต่อเนื้อเยื่ออ่อน 1 กรัม

ซีเซียมเรดิโอนิวไคลด์ดังที่ได้กล่าวไปแล้วนั้นรวมอยู่ในวัฏจักรของสารในชีวมณฑลและเคลื่อนที่อย่างอิสระตามห่วงโซ่โภชนาการทางชีวภาพ

เมื่อสัมผัสกับร่างกายมนุษย์ในทางเดินอาหารแล้ว การดูดซึมนิวไคลด์นี้จะเกิดขึ้น 100% อย่างไรก็ตาม ความเร็วของกระบวนการนี้แตกต่างกันไปในแต่ละแผนก ดังนั้นหนึ่งชั่วโมงหลังจากเข้าสู่ร่างกาย ซีเซียม-137 มากถึง 7% ถูกดูดซึมในกระเพาะอาหารของมนุษย์มากถึง 77% ในลำไส้เล็กส่วนต้น jejunum และ ileum มากถึง 13% ในช่องท้องและในส่วนสุดท้ายของ ลำไส้ (ลำไส้ใหญ่ขวาง) - มากถึง 40%.

ซีเซียม-137 ที่เข้าสู่ทางเดินหายใจเป็นสัดส่วน 25% ของปริมาณที่มาจากอาหาร

ผ่านเลือดไปยังกล้ามเนื้อ

หลังจากดูดซึมกลับเข้าไปในลำไส้แล้ว ซีเซียม-137 จะกระจายอย่างสม่ำเสมอในเนื้อเยื่อของร่างกายโดยประมาณ

การศึกษาล่าสุดในสุกรแสดงให้เห็นว่านิวไคลด์นี้มีความเข้มข้นสูงสุดในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ

เมื่อศึกษากวางเรนเดียร์พบว่าซีเซียม-137 หลังฉีดครั้งเดียวกระจายดังนี้

• กล้ามเนื้อ - 100%.
• ไต – 79%.
• หัวใจ - 67%.
• เบา – 55%.
• ตับ- 48%.

ครึ่งชีวิตคือ 5 ถึง 14 วันและถูกขับออกทางปัสสาวะอย่างเด่นชัด

เกิดอะไรขึ้นในร่างกายมนุษย์

วิธีหลักในการรับซีเซียมเข้าสู่ร่างกายคือทางระบบทางเดินอาหารและทางเดินหายใจ ด้วยการสัมผัสซีเซียม-137 ภายนอกบนผิวหนังที่ไม่เสียหาย 0.007% แทรกซึมเข้าไปภายใน เมื่อกลืนกินเข้าไป 80% ของมันจะสะสมอยู่ในกล้ามเนื้อโครงร่าง

ธาตุจะถูกขับออกทางไตและลำไส้ ภายในหนึ่งเดือน ซีเซียมมากถึง 80% จะถูกลบออก ตามที่คณะกรรมาธิการระหว่างประเทศว่าด้วยการคุ้มครองทางรังสีวิทยา ครึ่งชีวิตของสารกัมมันตรังสีคือเจ็ดสิบวัน แต่อัตราจะขึ้นอยู่กับสภาพร่างกาย อายุ โภชนาการและปัจจัยอื่นๆ

ความเสียหายจากรังสีคล้ายกับอาการเจ็บป่วยจากรังสีเกิดขึ้นเมื่อได้รับขนานยามากกว่า 2 Gy แต่แล้วที่หน่วยของ MBq สัญญาณของการบาดเจ็บจากรังสีเล็กน้อยจะสังเกตได้ในรูปของอาการท้องร่วง เลือดออกภายใน และความอ่อนแอ

วิธีป้องกันตนเองจากการติดเชื้อ

เพื่อกำหนดปริมาณของซีเซียม-137 ในร่างกายมนุษย์ เครื่องวัดรังสีเบต้าแกมมาหรือเครื่องวัดรังสีมนุษย์ (HCR) วัดรังสีแกมมาจากร่างกายหรือจากสารคัดหลั่ง

เมื่อวิเคราะห์สเปกตรัมพีคที่สอดคล้องกับนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีที่กำหนด กิจกรรมของมันในร่างกายจะถูกกำหนด

การป้องกันการติดเชื้อด้วยของเหลวหรือสารประกอบที่เป็นของแข็งของซีเซียม-137 คือการจัดการเฉพาะในกล่องที่ปิดสนิท หมายถึงใช้เพื่อป้องกันองค์ประกอบไม่ให้เข้าไปข้างในการคุ้มครองส่วนบุคคล

อย่าลืมว่าครึ่งชีวิตของซีเซียม-137 คือ 30 ปี ดังนั้นในปี 1987 ในบราซิล (เมืองโกยาเนีย) มีการขโมยส่วนหนึ่งจากหน่วยรังสีบำบัด ภายใน 2 สัปดาห์ มีผู้ติดเชื้อประมาณ 250 ราย เสียชีวิต 4 รายภายในหนึ่งเดือน

ความคลาดเคลื่อนและการดูแลฉุกเฉิน

การรับองค์ประกอบนี้คือ 7.4 x 10² Bq ระหว่างวัน และ 13.3 x 10⁴ Bq ต่อปี เนื้อหาในอากาศไม่ควรเกิน 18 x 10^-3 Bq ต่อ 1 ลูกบาศก์เมตร และในน้ำ - 5.5 x 10^{2 Bq ต่อลิตร.}

หากเกินเกณฑ์ที่กำหนด จำเป็นต้องใช้มาตรการเพื่อเร่งการกำจัดองค์ประกอบออกจากร่างกาย ประการแรก ควรใช้มาตรการเพื่อชำระล้างพื้นผิว (ใบหน้าและมือ) ด้วยสบู่และน้ำ หากสารเข้าสู่ทางเดินหายใจ ให้ล้างช่องจมูกด้วยน้ำเกลือ

การใช้ตัวดูดซับและยาขับปัสสาวะที่มีปริมาณน้ำจะเร่งการกำจัดองค์ประกอบ

ในกรณีที่รุนแรง จะมีการฟอกไตและกำหนดการรักษาเฉพาะ

แต่มีประโยชน์

ในการวิจัยทางเคมี การตรวจจับข้อบกพร่องของรังสีแกมมา ในเทคโนโลยีการแผ่รังสีและในการทดลองทางรังสีชีววิทยาต่างๆ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบการใช้องค์ประกอบที่มนุษย์สร้างขึ้นที่มีคุณสมบัติการแผ่รังสี

ซีเซียม-137 ใช้ในการสัมผัสและฉายรังสี ในการทำหมันเครื่องมือแพทย์ ผลิตภัณฑ์อาหาร

องค์ประกอบนี้พบว่ามีการใช้งานในการผลิตแหล่งพลังงานไอโซโทปรังสีและในมาตรวัดระดับของแข็ง ซึ่งใช้ในภาชนะปิดทึบที่ปิดสนิท