Цезий-137 (радиоцезий). Влияние на человека, что это такое, чем опасен

Учеными доказано, что высокие дозы облучения повреждают гены и структуру ДНК, приводят к появлению вредных мутаций. Однако экологическая чистота пищи и воздуха на нашей планете вызывает большие сомнения по причине загрязнения их различными видами опасных радионуклидов.

В их числе цезий-137 – химический элемент с высоким уровнем радиоактивности, степень его влияния на человека определяется размером поглощенной дозы.

Общая информация

Среди представителей периодической таблицы Д. Менделеева цезий (атомная масса 132,91) занимает ячейку под номером (атомным) 55. Символ обозначения химического элемента – Cs, что является аббревиатурой названия Caesium. Латинское слово «caesius» в переводе соответствует небесно-голубому оттенку, поскольку в спектре электромагнитного излучения вещества присутствуют 2 очень яркие синие линии.

Цезий-137, являясь изотопом цезия, обладает одинаковым с ним зарядом ядра при неодинаковом числе электронов. Цифры в названии элемента (137) являются массовым числом, а сам изотоп относится к группе радиоактивных нуклидов, за что и назван радиоцезием.

Данный элемент принадлежит к рассеянному типу, что объясняет сложность добычи цезия. Из-за высокой химической активности мягкого металла он мгновенно воспламеняется, быстро окисляясь в воздушной среде. В природе чистый цезий встречается довольно редко.

Лидером добычи природного вещества выступает Канада, на ее территории разведано 70 % залежей металлической руды.

Мягкий металл нашел широкое применение в различных отраслях науки, его использует ядерная энергетика, радиоэлектроника и электротехника, химическая промышленность. В медицине на основе минимальных доз радиоактивного нуклида синтезируют лекарственные препараты для терапии язвенных и психических заболеваний.

В ядерном оружии, а также ядерных реакторах цезий-137 образуется в результате деления ядер. После ядерных аварий либо ядерных испытаний следы радиоцезия обнаруживаются в окружающей среде, что приводит к ее загрязнению.

Физические и химические свойства

Первенство открытия цезия принадлежит двум ученым из Германии – Р. Бунзену и Г. Кирхгофу, которые обнаружили его методом спектрального анализа в 1860 г. Чистую субстанцию впервые получил шведский химик К. Сеттерберг уже в 1882 г., занимаясь расплавом смеси бария с цианидом цезия.

Физические свойства	Особенности
Что за вещество	Это мягкий металл золотистого цвета, в кислородной среде быстро темнеет. Обладает набором выраженных щелочных особенностей, по внешнему виду сильно напоминает золото.
Нестабильность	В условиях комнатной температуры (t плавления = 28,5° C) превращается в жидкость повышенной подвижности серебристого оттенка. Температура кипения составляет 641° С.
Контактность	Взаимодействует с другими металлами щелочного типа, кроме лития. Caesium растворим в оксиде CsOH, среде жидкого аммиака с образованием темно-синего раствора.
Трансформация	Во время периода полураспада радиоактивность нестабильного вещества наполовину снижается, превращая его в стабильный вариант бария-137, выделяются гамма-лучи.
Транспортировка	На время перевозки либо хранения цезий герметизируют внутри стальной капсулы под слоем минерального масла.

Цезий-137 влияние на человека обусловлено сложным процессом миграции радионуклида. Среди изотопов цезия, обладающих разными количествами нейтронов в структуре ядра, наиболее живучим признан Cs-135, период его полураспада составляет более 2 миллионов лет.

На втором месте цезий-137, период распада половины его радиоактивных ядер длится чуть больше 30 лет, но для полного исчезновения лучевой активности понадобится 240 лет. Наиболее стабильным считается изотоп Cs -133 (мононуклидный).

С точки зрения химических характеристик, цезий является пирофорным металлом с высокореакционной способностью:

• Контакт с воздухом оборачивается воспламенением. Мгновенное окисление приводит к образованию надпероксида CsO2.
• Контакт с водой или галогенами сопровождается взрывом, а также выделением водорода и гидроксида CsOH.
• Несмотря на высокую активность, реакция с азотом отсутствует. Даже в случае сильного нагревания образования соединений с азотом не происходит.

Все соли, образуемые цезием (хлориды, нитраты, бромиды и так далее), хорошо растворяются не только в воде, но и в органических растворителях.

Перхлоратами с меньшей степенью растворимости пользуются для очищения радиоцезия. При работе с концентрированным оксидом CsOH следует учитывать, что расплав вызывает разрушение металлов. Самым стойким к воздействию водного оксида цезия считается родий.

Получение и области применения

Основным сырьем для природной добычи цезия служит минерал поллуцит, представляющий собой водную смесь алюмосиликата натрия с цезием. Именно эту цезиевую руду добывают на территории Канады (месторождение Танко), запасы руды в других странах менее важны по причине малых объемов.

Цезий-137, как искусственно полученный изотоп, радиоактивен в отличие от природной разновидности химического элемента Cs-133. Влияние нуклида на человека зависит от количества опасного вещества в составе окружающей среды и продуктов. Главная угроза – способность больших количеств нуклида накапливаться в организме (органы, ткани).

С появлением на заре XX в. технологий, обеспечивших получение чистого металла, связано активное его использование для изготовления:

• фотоэлектрической техники, отличающейся высокой чувствительностью к излучению и очень малой степенью инертности;
• высокоточных детекторов ионизирующего спектра излучения для атомной и медицинской, космической техники;
• материалов для компонентов высокоточной оптики – прицелов, инфракрасных приборов, а также биноклей и очков.

В современном мире без похожего на золото металла не обходится медицина (препараты), космическая промышленность (ионные двигатели), энергетика (атомные реакторы), металлургия (защита от коррозии). Однако для практического использования без вреда здоровью людей пригодны лишь небольшие количества цезия-137.

Как влияет на человека, последствия

Очень небольшая доля природного цезия (0,0002-0,06 мкм/г), принадлежащего к числу важных для жизни микроэлементов, содержится в мягких тканях. Радионуклид участвует в круговороте биологических веществ, свободно перемещаясь по звеньям трофических цепочек. Ученые предполагают, что малотоксичные соединения цезия помогают людям сохранять гомеостаз.

Условия попадания в организм

Главным поставщиком в окружающую среду радиоцезия являются предприятия ядерной энергетики. Выбросы атомных электростанций и установок загрязняют атмосферу, катастрофические аварии на АЭС отравляют водные источники. В итоге даже минимальные дозы радиоактивного металла накапливаются в растительной и животноводческой продукции.

Внутрь человека цезий-137 попадает во время дыхания, а также поглощения загрязненной пищи. Оказавшись в пространстве желудочно-кишечного тракта, радионуклид полностью всасывается.

Также легко хорошо растворимый в воде элемент всасывается легкими при поступлении через органы дыхания. В итоге создается реальная угроза внутреннего облучения, которое намного страшнее внешнего из-за невозможности применения защитных мер.

Хорошим защитным барьером от вредного воздействия из окружающей среды выступает кожный покров. Через свободную от повреждений поверхность проникнет лишь 0.007 % объема радионуклида, попавшего на кожу.

Где накапливается

Цезий-137 влияние на человека наиболее опасно, если это порошкообразная форма изотопа, свободно проникающая внутрь. После обратного всасывания (реабсорбция) в кишечнике происходит условно равномерное распространение радиоцезия по тканям организма благодаря хорошему его взаимодействию с жидкостью.

Распределение цезия-137 при однократном радиационном воздействии следующее:

• 100 % накапливают мышечные структуры;
• 79 % остается в тканях почек;
• 67 % приходится на сердечные структуры;
• 55 % накапливает легочная ткань:
• 48 % распространяется по эпителию печени.

При нестандартных состояниях (шок, коллапс, язва, дифтерия, обморок, гипотония) потребность в малотоксичных вариантах соединений резко возрастает. Однако получение даже микроскопических доз цезия-137 повышает вероятность развития лучевой болезни. Это объясняется немалой длиной пробега квантов радиоцезия по мягким тканям – в пределах 12 см.

Последствия

Результатом воздействия цезия-137 на человека становится повреждение здоровых клеток не только на физическом, но и на химическом уровне. Распространяясь по телу, поток энергии распада атомного ядра вызывает образование огромного числа свободных радикалов. Новые структуры представляют собой фрагменты молекул, поврежденных бета излучением и гамма квантами.

Ущербные молекулы активно перемещаются в жидкой среде организма, что приводит к широкому распространению последствий облучения. Уровень биологической эффективности цезия-137 при сопоставимых дозах облучения внутренним либо внешним способом практически не отличается.

В результате равномерного распределения нуклида по тканям от последствий облучения страдают все органы (от острых до хронических поражений).

Главная опасность свободных радикалов связана с повреждением не только оболочек клеток, но также звеньев цепочки ДНК, хрящевых структур. Разрушительное воздействие сопровождается окислительным стрессом, запускающим свободнорадикальные цепные реакции. Результатом становится старение кожи, развитие воспалений, появление опухолей, инфарктов и инсультов.

Симптоматика поражения цезием-137 аналогична признакам острой фазы лучевой болезни и проявляется:

• развитием слабости при угнетенном состоянии;
• снижением веса по причине появления диареи;
• множеством внутренних кровотечений;
• изменениями показателей картины крови.

Важно учитывать, что двойную угрозу излучение цезия-137 представляет для беременной женщины и плода. Преодолевая плацентарный барьер, радиоцезий облучает растущий плод. Чем дальше срок беременности, тем большее количество нуклида будет накапливаться в тканях эмбриона.

Способ выведения из организма

Цезий-137 влияние на человека связано с высокой токсичностью радионуклида, независимо от путей попадания внутрь. Внедрившись с пищей или через легкие, большая часть радиоцезия накапливается в мышцах скелета.

При постоянном поступлении нуклида интенсивную фазу сменяет состояние равновесия, когда уровень радиоактивной формы цезия остается стабильным. В случае полного облучения на достижение равновесного предела понадобится почти 430 суток.

На выведение Cs-137 уходит 5-14 суток, большая часть отравляющего вещества эвакуируется с мочой, небольшая часть с каловыми массами. На скорость выведения влияет состояние здоровья облученного, качество его питания, другие факторы. Если поступление цезия-137 прекращается, можно ожидать, что в течение месяца будет выведено 70-80 % радиоактивного вещества.

Согласно официально утвержденным нормам, длительность биологического периода полувыведения накопившегося в человеческом организме цезия-137 составляет 70 суток. Радиационное поражение наступает в случае поглощения дозы свыше 2 Гр (Грей).

Как уберечься от заражения

На территориях с повышенным радиационным фоном у проживающих там людей возникает потребность в ежедневной защите от накопления радиоактивных элементов.

Цезий-137 считается наиболее распространенным компонентом загрязненной биосферы, следы нестабильного изотопа обнаруживаются в составе радиоактивных осадков, отходов и выбросов предприятий по переработке отработанного ядерного топлива атомных станций.

Продукты выбросов интенсивно накапливаются почвой, оседают в донных отложениях, обогащают ионами цезия воду. В результате растения и мясо животных, которые служат пищей для людей, повергаются загрязнению радиоцезием. Поэтому перед употреблением продуктов их необходимо подвергнуть тщательной обработке.

Вид продукта	Действия по обеззараживанию
Овощи, фрукты, ягоды	Употреблять после тщательного промывания и вымачивания (4 ч) в воде с солью. Кожуру необходимо снимать, овощи тушить.
Мясо животных и птицы	После предварительного замачивания (подсоленная вода) мясо кипятят в чистой воде 10 мин. Бульон варят в новой воде.
Молоко	Продукту необходима переработка (сливки, сыр). Сыворотка или пахта, как водная субстанция, подлежат утилизации.
Грибы	Цезий-137 влияние на человека отрицательное, поскольку грибы накапливают радионуклид. От их употребления лучше отказаться.
Рыба	Рыбу из местных водоемов подвергают тщательной очистке изнутри и снаружи. Готовят после промывки в нескольких водах.

Для диагностики дозы облучения цезием-137 пользуются специальными приборами. Дозиметры измеряют уровень радиоактивности тела либо человеческих выделений, а также наличие радионуклида в продуктах питания.

В случае попадания радиоцезия в организм, необходимо принять срочные меры по предотвращению его накапливания.

Из методов химической защиты актуально использование препаратов с радиопротекторным действием:

• При остром лучевом поражении лучшим радиозащитным средством признан препарат Цистамин. Для ослабления эффекта облучения таблетки принимают за час до предполагаемого облучения.
• Защиту от накопления радионуклида и его выведение обеспечивает средство Ферроцин. Прием сорбента препятствует всасыванию в кровь цезия-137, что гарантирует выведение 99 % поступившего внутрь изотопа.

Благодаря действию ферроцинсодержащих радиопротекторов у людей, проживающих на загрязненных радиацией территориях, появляется возможность не отказываться от выращенной ими сельхозпродукции. С учетом правильной дозировки, таблетки Ферроцина максимально освобождают организм людей и животных от избытка Cs-137.

Допустимые нормы и неотложная помощь

В Государственной системе санитарно-эпидемиологического контроля имеются таблицы допустимых уровней содержания цезия-137 в продуктах питания, поскольку разные их виды отличаются неодинаковой удельной активностью химического элемента.

В течение одних суток допустимым считается поступление 7,4 х 102 Бк (Беккерель) радиоцезия, питьевая (природная) вода не должна содержать больше 5,5 х 102 Бк в 1 л. Допустимым считается загрязнение одного кубического метра воздуха, не превышающее 18 х 10-3 Бк.

В случае получения более высоких доз радиоактивного цезия необходимо принять меры для защиты и ускоренного выведения нуклида:

• поверхность рук, а также лица тщательно вымыть водой с мылом;
• для промывания носоглотки использовать физиологический раствор;
• усилить питьевой режим – чистая вода, отвары трав с мочегонным эффектом.

Кроме того, поможет обогащение рациона питания продуктами с высоким содержанием пектинов. Употребление слив, яблок, мармеладов, фруктовых желе, а также соков с мякотью способствует защите от накопления излучающего вещества.

Вредное воздействие радиации можно нейтрализовать приемом селена, как мощного радиопротектора, сорбентов (сернокислый барий, полусурьмин, альгинат натрия), мочегонных и слабительных средств, но при условии достаточной водной нагрузки.

В отличие от своего изотопа цезия-137, элемент таблицы Менделеева с номером 55 не оказывает пагубного влияния на здоровье человека. Недостаток цезия проявляется снижением аппетита, задержкой развития в детском возрасте.

Но даже излучающему изотопу ученые нашли полезное применение – нестабильный металл используют для стерилизации (радиационной) продуктов питания, радиотерапии злокачественных новообразований.

Видео о Цезии

Презентация про цезий-137: