העולם שלנו היום מודאג מזיהום סביבתי. וזה מובן - הרכב האוויר שאנו נושמים והמזון שאנו אוכלים כבר מזמן הפסיק להיות ידידותי לסביבה. מאז הניסוי הראשון של נשק גרעיני (1945), כוכב הלכת שלנו מזוהם ברדיונוקלידים שונים בעלי תכונות אנתרופוגניות. ואחד מהם הוא צזיום-137. זמן מחצית החיים שלו הוא עצום, וההשפעות על גוף האדם מגוונות. נדבר על זה ועוד הרבה במאמר זה.
אחד מני רבים
צסיום בטבלה המחזורית של דמיטרי מנדלייב שייך לתת-הקבוצה הראשית של הקבוצה הראשונה של התקופה השישית ויש לו מספר אטומי 55. הסמל הכימי של היסוד הוא Cs (Caesium), והוא קיבל את שמו בשל לנוכחותם של שני קווים כחולים בספקטרום העוצמה היחסית של קרינה אלקטרומגנטית (מהמילה הלטינית caesius, שפירושה "כחול שמיים").
כחומר פשוט, צסיום הוא מתכת רכה, כסופה-צהובה עם תכונות אלקליות בולטות.
יסוד זה התגלה בשנת 1860 על ידי שני מדענים גרמנים ר' בונסן וג'י קירכהוף. הם השתמשו בשיטה של ניתוח ספקטרלי, וצסיום היה היסוד הראשון שזוהה בדרך זו.
פנים רבות של צסיום
בטבע, צזיום מופיע אך ורק כאיזוטופ יציב של Cs-133. אבל הפיזיקה המודרנית יודעת 39 רדיונוקלידים שנוצרו באופן מלאכותי (איזוטופים רדיואקטיביים).
זכור שאיזוטופים הם זנים של אטום של יסוד עם מספר שונה של נויטרונים בגרעינים שלהם.
האיזוטופ Cs-135 חי הכי הרבה זמן (עד 2.3 מיליון שנים), השני במונחים של זמן מחצית חיים הוא צזיום-137. זה האחרון שאחראי לזיהום הקרינה של הפלנטה שלנו. זמן מחצית החיים של צסיום-137 בשניות הוא 952066726, שהם 30.17 שנים.
איזוטופ זה נוצר במהלך התפרקות גרעינים בכור גרעיני, כמו גם במהלך ניסויים של כלי נשק עם ראשי נפץ גרעיניים.
רדיונוקליד לא יציב
כתוצאה מזמן מחצית החיים של צסיום-137, הוא עובר את שלב ההתפרקות בטא והופך לבריום-137m לא יציב, ולאחר מכן לבריום-137 יציב. זה משחרר קרינת גמא.
זהו זמן מחצית החיים המלא של צסיום-137 הוא 30 שנה, ולבריום-137m הוא מתפרק תוך 2.55 דקות. האנרגיה הכוללת של תהליך זה היא1175.63 ± 0.17 keV.
הנוסחאות המתארות את זמן מחצית החיים של צסיום-137 מורכבות וחלק מההתפרקות של האורניום.
מאפיינים פיזיים וכימיים
כבר כתבנו על התכונות הפיזיקליות של האיזוטופ ותכונות הריקבון שלו. מבחינת תכונות כימיות, יסוד זה קרוב לרובידיום ואשלגן.
כל האיזוטופים (כולל צסיום-137 עם זמן מחצית חיים של 30.17 שנים) נספגים בצורה מושלמת בכל אמצעי כשהם נכנסים לאורגניזם חי.
ספק ראשי של רדיונוקלידים ביוספריים
המקור של הנוקליד הרדיואקטיבי הביוספרי צסיום-137 עם זמן מחצית חיים של יותר מ-30 שנה הוא כוח גרעיני.
הסטטיסטיקה בלתי פוסקת. לפי הנתונים של שנת 2000, כ-22.2 × 1019 Bq של צסיום-137, שזמן מחצית החיים שלו הוא יותר מ-30 שנה, נפלטו לאטמוספירה מכל הכורים של תחנות כוח גרעיניות של העולם.
לא רק האווירה זוהמת. ממכליות ומשוברות קרח עם תחנות כוח גרעיניות, מצוללות גרעיניות, הרדיונוקליד הזה חודר כל שנה לאוקיינוס. לפיכך, לפי מומחים, במהלך הפעלתו של כור תת-ימי אחד, כ-24 x 1014 Bq ייכנסו לאוקיינוס תוך שנה אחת. בהינתן זמן מחצית החיים של צזיום-137, הוא הופך למקור מסוכן לזיהום סביבתי ארוך טווח.
התקיעות המפורסמות ביותר
לפני שנפנה להשפעות של צזיום רדיונוקליד על גוף האדם, אנו זוכרים כמה אסונות גדולים,מלווה בפליטות של יסוד זה לביוספרה.
מעטים יודעים, אבל ב-1971, באזור איבנובו (הכפר גלקינו), בוצעה עבודה על חיטוט מעמיק בקרום הפלנטה שלנו. אלו היו פיצוצים גרעיניים תת-קרקעיים, שלאחר אחד מהם נמלטה מזרקת בוץ מבאר אחת. וכיום, באתר העבודות הללו, נרשמת קרינה של 3 מילירוטגנים לשעה, והרדיונוקלידים של סטרונציום-90 וצסיום-137 עדיין מגיעים אל פני כדור הארץ.
כולם יודעים על אסון צ'רנוביל ב-1986. אבל לא כולם יודעים שבאותה תקופה נכנסו לאטמוספירה כ-1850 PBq של יסודות רדיואקטיביים. ו-270 PBq מהם הם צסיום-137.
בשנת 2011, כשהתאונה התרחשה בתחנת הכוח הגרעינית של יפן בפוקושימה, נכנסו 15 PBq של צסיום-137 עם זמן מחצית חיים של 30 שנה לאוקיינוס השקט.
מה קורה אחר כך
עם נשורת רדיואקטיבית ופסולת, צזיום-137 חודר לקרקע, משם הוא נכנס לצמחים, בעלי מקדם ספיגה של 100%. במקביל, עד 60% מהנוקליד מצטבר בחלקים העל-קרקעיים של האורגניזם הצמחי. יחד עם זאת, בקרקעות דלות באשלגן, השפעת הצטברות צזיום-137 גוברת בצורה ניכרת.
מקדמי הצבירה הגבוהים ביותר של נוקליד זה מצוינים באצות מים מתוקים, חזזיות ואורגניזמים צמחיים באזור הארקטי. בגוף של בעלי חיים, הרדיונוקליד הזה מצטבר בשרירים ובכבד.
הריכוזים הגבוהים ביותר נראו באיילים ועופות מים בחופי הארקטי.
צבור צסיום ופטריות.במיוחד פטריות שמן, פטריות פולניות, פטריות טחב וחזירים לאורך כל מחצית החיים.
תכונות ביולוגיות של צסיום-137
צסיום טבעי הוא אחד מיסודות הקורט של גוף החי. בגופנו, צזיום כלול בכמות של 0.0002-0.06 מיקרון לכל גרם אחד של רקמות רכות.
הרדיונוקליד הצסיום, כפי שכבר הוזכר, נכלל במעגל החומרים בביוספרה ונע בחופשיות לאורך שרשראות טרופיות ביולוגיות.
לאחר מגע אוראלי עם גוף האדם במערכת העיכול, מתרחשת ספיגה של 100% של נוקליד זה. עם זאת, המהירות של תהליך זה שונה במחלקות שונות. אז, שעה לאחר הכניסה לגוף, עד 7% מצזיום-137 נספג בקיבה האנושית, עד 77% בתריסריון, בג'חנון ובאיליאום, עד 13% בציקום, ובחלק האחרון של המעי (מעי הגס רוחבי) - עד 40%.
חלקו של צסיום-137 שנכנס דרך דרכי הנשימה הוא 25% מהכמות שמגיעה מהמזון.
דרך הדם לשרירים
לאחר שנספג מחדש במעיים, צזיום-137 מופץ בערך באופן שווה ברקמות הגוף.
מחקרים אחרונים בחזירים הראו שהנוקליד הזה מגיע לריכוזים הגבוהים ביותר ברקמות השריר.
בעת לימוד איילים, נמצא שצזיום-137 לאחר הזרקה בודדת מתחלק באופן הבא:
- שרירים - 100%.
- כליות – 79%.
- Heart - 67%.
- Light – 55%.
- כבד- 48%.
זמן מחצית החיים הוא 5 עד 14 ימים ומופרש בעיקר בשתן.
מה קורה בגוף האדם
הדרכים העיקריות להכנסת צזיום לגוף הן דרך מערכת העיכול ודרכי הנשימה. עם מגע חיצוני של צזיום-137 על עור שלם, 0.007% חודר פנימה. בעת בליעה, 80% ממנו מצטברים בשרירי השלד.
היסוד מופרש דרך הכליות והמעיים. תוך חודש מסירים עד 80% מהצזיום. לפי הוועדה הבינלאומית להגנה מפני רדיולוגיות, זמן מחצית החיים של רדיונוקליד הוא שבעים יום, אך השיעור תלוי במצב הגוף, גיל, תזונה וגורמים נוספים.
נזקי קרינה, הדומים בתסמינים למחלת קרינה, מתפתחים כאשר מקבלים מינון של יותר מ-2 Gy. אבל כבר ביחידות של MBq נצפים סימנים של פגיעה קרינה קלה בצורה של שלשול, דימום פנימי וחולשה.
איך להגן על עצמך מפני זיהום
כדי לקבוע את כמות צזיום-137 בגוף האדם, מדי בטא-גמא או מדי קרינה אנושיים (HCR) מודדים קרינת גמא מהגוף או מהפרשות.
כאשר מנתחים את שיאי הספקטרום התואמים לרדיונוקליד נתון, הפעילות שלו בגוף נקבעת.
מניעת הדבקה בתרכובות נוזליות או מוצקות של צזיום-137 היא לבצע מניפולציות אך ורק בקופסאות אטומות. נעשה שימוש באמצעים כדי למנוע מהאלמנט להיכנס פנימההגנה אישית.
כדאי לזכור שזמן מחצית החיים של צסיום-137 הוא 30 שנה. אז, בשנת 1987 בברזיל (העיר גויאניה) הייתה גניבה של חלק מיחידת הקרנות. בתוך שבועיים, כ-250 אנשים נדבקו, ארבעה מהם מתו תוך חודש.
סובלנות וטיפול חירום
קבלות קבילות של רכיב זה הן 7.4 x 102 Bq במהלך היום ו-13.3 x 104 Bq לשנה. התכולה באוויר לא תעלה על 18 x 10-3 Bq ל-1 מטר מעוקב, ובמים - 5.5 x 102 Bq לליטר.
אם חריגה מהנורמות שצוינו, יש צורך להפעיל אמצעים כדי להאיץ את הסרת האלמנט מהגוף. קודם כל, יש לנקוט באמצעים לטיהור משטחים (פנים וידיים) במים וסבון. אם החומר נכנס דרך דרכי הנשימה, יש לשטוף את הלוע של האף עם מי מלח.
השימוש בחומרים סופחים ומשתנים עם עומס מים יאיץ את הסרת האלמנט.
במקרים חמורים מבוצעת המודיאליזה ורשום טיפול ספציפי.
אבל יש יתרונות
במחקר כימי, גילוי פגמים בקרני גמא, בטכנולוגיות קרינה ובניסויים רדיוביולוגיים שונים, מדענים מצאו שימוש ליסוד מעשה ידי אדם זה בעל תכונות מקרינות.
Cesium-137 משמש בטיפול במגע ובהקרנות, בסטריליזציה של מכשירים רפואיים, מוצרי מזון.
אלמנט זה מצא את היישום שלו בייצור שלמקורות כוח רדיואיזוטופים ובמדדי מפלס מוצקים, שם הוא משמש במיכלים אטומים אטומים.
