Cesio-137 (137
55Cs
), el cesio-137 (EE. UU.), [7] o radiocesio , es un isótopo radiactivo del cesio que se forma como uno de los productos de fisión más comunes por la fisión nuclear del uranio-235 y otros isótopos fisionables en reactores nucleares y armas nucleares . También se originan cantidades traza de la fisión espontánea del uranio-238 . Es uno de los productos de fisión de vida corta a media más problemáticos. El cesio-137 tiene un punto de ebullición relativamente bajo de 671 °C (1240 °F) y se vuelve fácilmente volátil cuando se libera repentinamente a alta temperatura, como en el caso del accidente nuclear de Chernóbil y con explosiones atómicas , y puede viajar distancias muy largas en el aire. Después de depositarse en el suelo como lluvia radiactiva , se mueve y se propaga fácilmente en el medio ambiente debido a la alta solubilidad en agua de los compuestos químicos más comunes del cesio , que son las sales . El cesio-137 fue descubierto por Glenn T. Seaborg y Margaret Melhase .
El cesio-137 tiene una vida media de unos 30,05 años. [1] Alrededor del 94,6% se desintegra por emisión beta en un isómero nuclear metaestable del bario: bario-137m ( 137m Ba, Ba-137m). El resto puebla directamente el estado fundamental del 137 Ba, que es estable. El bario-137m tiene una vida media de unos 153 segundos y es responsable de todas las emisiones de rayos gamma en muestras de 137 Cs. El bario-137m se desintegra en el estado fundamental mediante la emisión de fotones con una energía de 0,6617 MeV. [8] Un total del 85,1% de la desintegración del 137 Cs genera emisión de rayos gamma de esta manera. Un gramo de 137 Cs tiene una actividad de 3,215 terabecquerelios (TBq). [9]
El cesio-137 tiene varios usos prácticos. En pequeñas cantidades, se utiliza para calibrar equipos de detección de radiación. [10] En medicina, se utiliza en radioterapia . [10] En la industria, se utiliza en medidores de flujo , medidores de espesor, [10] medidores de densidad y humedad (para lecturas de densidad, con americio-241 /berilio proporcionando la lectura de humedad), [11] y en dispositivos de registro de pozos . [12]
El cesio-137 no se utiliza mucho en radiografía industrial porque es difícil obtener un material de actividad específica muy alta con una forma bien definida (y pequeña), ya que el cesio del combustible nuclear usado contiene cesio-133 estable y también cesio-135 de larga duración . La separación de isótopos es demasiado costosa en comparación con alternativas más baratas. Además, las fuentes de cesio de mayor actividad específica tienden a estar hechas de cloruro de cesio (CsCl) muy soluble, por lo que si una fuente de radiografía se dañara, aumentaría la propagación de la contaminación. Es posible hacer fuentes de cesio insolubles en agua (con varios compuestos de ferrocianuro como Ni
2Fe(CN)
6, y ferrato de hexaciano férrico de amonio (AFCF), sal de Giese, ferrocianuro de amonio férrico pero su actividad específica será mucho menor. Otros compuestos de cesio químicamente inertes incluyen vidrios de aluminosilicato de cesio similares al mineral natural polucita . Este último se ha utilizado en la demostración de formas insolubles en agua químicamente estables de desechos nucleares para su eliminación en depósitos geológicos profundos . Un gran volumen de emisión dañará la calidad de la imagen en radiografía. Los isótopos192
Ir y60
Se prefieren los Co para radiografía, ya que el iridio y el cobalto son metales químicamente no reactivos y pueden obtenerse con actividades específicas mucho más altas mediante la activación de191
Ir y59
Co en reactores de alto flujo . Sin embargo, mientras137
El Cs es un producto de desecho que se produce en grandes cantidades en los reactores de fisión nuclear,192
Ir y60
El Co se produce específicamente en reactores comerciales y de investigación y su ciclo de vida implica la destrucción de los elementos de alto valor involucrados. El cobalto-60 se desintegra en níquel estable , mientras que el iridio-192 puede desintegrarse en osmio estable o platino. Debido a la radiactividad residual y a los obstáculos legales, el material resultante no suele recuperarse ni siquiera de fuentes radiactivas "gastadas", lo que significa, en esencia, que toda la masa se "pierde" para usos no radiactivos.
Como isótopo casi puramente sintético , el cesio-137 se ha utilizado para datar el vino y detectar falsificaciones [13] y como material de datación relativa para evaluar la edad de la sedimentación ocurrida después de 1945. [14]
El cesio-137 también se utiliza como trazador radiactivo en la investigación geológica para medir la erosión y la deposición del suelo; su afinidad por los sedimentos finos es útil en esta aplicación. [15]
El cesio-137 reacciona con el agua, produciendo un compuesto soluble en agua ( hidróxido de cesio ). El comportamiento biológico del cesio es similar al del potasio [16] y el rubidio . Después de entrar en el cuerpo, el cesio se distribuye más o menos uniformemente por todo el cuerpo, con las concentraciones más altas en el tejido blando . [17] : 114 Sin embargo, a diferencia de los radionucleidos del grupo 2 como el radio y el estroncio-90 , el cesio no se bioacumula y se excreta con relativa rapidez. La vida media biológica del cesio es de unos 70 días. [18]
Un experimento de 1961 mostró que los ratones a los que se les administró una dosis de 21,5 μCi / g tuvieron una mortalidad del 50% en 30 días (lo que implica una LD50 de 245 μg/kg). [19] Un experimento similar en 1972 mostró que cuando los perros son sometidos a una carga corporal total de 3800 μCi /kg (140 MBq/kg, o aproximadamente 44 μg/kg) de cesio-137 (y de 950 a 1400 rads ), mueren en 33 días, mientras que los animales con la mitad de esa carga sobreviven durante un año. [20]
Importantes investigaciones han demostrado una notable concentración de 137 Cs en las células exocrinas del páncreas, que son las más afectadas por el cáncer. [21] [22] [23] En 2003, en las autopsias realizadas a 6 niños que murieron en la zona contaminada cerca de Chernóbil (por razones no directamente relacionadas con el desastre de Chernóbil ; en su mayoría sepsis), donde también informaron de una mayor incidencia de tumores pancreáticos, Bandazhevsky encontró una concentración de 137 Cs 3,9 veces superior a la de sus hígados (1359 frente a 347 Bq/kg, equivalentes a 36 y 9,3 nCi /kg en estos órganos, 600 Bq/kg = 16 nCi /kg en el cuerpo según las mediciones), demostrando así que el tejido pancreático es un fuerte acumulador y secretor en el intestino de cesio radiactivo. [24]
La ingestión accidental de cesio-137 se puede tratar con azul de Prusia (FeIII
4[FeII
( CN )
6]
3), que se une a él químicamente y reduce la vida media biológica a 30 días. [25]
El cesio-137, junto con otros isótopos radiactivos , el cesio-134 , el yodo-131 , el xenón-133 y el estroncio-90 , se liberaron al medio ambiente durante casi todas las pruebas de armas nucleares y algunos accidentes nucleares , sobre todo el desastre de Chernóbil y el desastre de Fukushima Daiichi .
El cesio-137 en el medio ambiente es sustancialmente antropogénico (creado por el hombre). El cesio-137 se produce a partir de la fisión nuclear de plutonio y uranio , y se desintegra en bario-137 . [26] Al observar los rayos gamma característicos emitidos por este isótopo, se puede determinar si el contenido de un recipiente sellado determinado se produjo antes o después de la explosión de la primera bomba atómica ( prueba Trinity , 16 de julio de 1945), que esparció parte de él en la atmósfera, distribuyendo rápidamente trazas de él por todo el mundo. Este procedimiento ha sido utilizado por investigadores para comprobar la autenticidad de ciertos vinos raros, en particular las supuestas " botellas Jefferson ". [27] Los suelos y sedimentos superficiales también se datan midiendo la actividad del 137 Cs.
Las bombas en la zona ártica de Novaja Zemlja y las bombas detonadas en la estratosfera o cerca de ella liberaron cesio-137 que aterrizó en la parte superior de Laponia , Finlandia. Las mediciones de cesio-137 en la década de 1960 fueron, según se informa, de 45.000 becquerelios. Las cifras de 2011 tienen un rango medio de alrededor de 1.100 becquerelios, pero extrañamente, los casos de cáncer no son más comunes allí que en otros lugares. [28] [29] [30]
A día de hoy y durante los próximos cientos de años aproximadamente, el cesio-137 y el estroncio-90 siguen siendo la principal fuente de radiación en la zona de alienación alrededor de la central nuclear de Chernóbil , y plantean el mayor riesgo para la salud, debido a su vida media de aproximadamente 30 años y su absorción biológica. La contaminación media de cesio-137 en Alemania tras el desastre de Chernóbil fue de 2000 a 4000 Bq/m 2 . [ cita requerida ] Esto corresponde a una contaminación de 1 mg/km 2 de cesio-137, con un total de unos 500 gramos depositados en toda Alemania. En Escandinavia, algunos renos y ovejas superaron el límite legal noruego (3000 Bq/kg) 26 años después de Chernóbil. [31] A partir de 2016, el cesio-137 de Chernóbil se ha desintegrado a la mitad, pero podría haberse concentrado localmente por factores mucho mayores.
En abril de 2011, también se encontraron niveles elevados de cesio-137 en el medio ambiente después de los desastres nucleares de Fukushima Daiichi en Japón. En julio de 2011, se encontró que la carne de 11 vacas enviadas a Tokio desde la prefectura de Fukushima tenía entre 1.530 y 3.200 bequerelios por kilogramo de cesio- 137 , lo que excedía considerablemente el límite legal japonés de 500 bequerelios por kilogramo en ese momento. [32] En marzo de 2013, un pez capturado cerca de la planta tenía un récord de 740.000 bequerelios por kilogramo de cesio radiactivo, por encima del límite gubernamental de 100 bequerelios por kilogramo. [33] Un artículo de 2013 en Scientific Reports encontró que en un sitio forestal a 50 km de la planta afectada, las concentraciones de 137 Cs eran altas en la hojarasca, los hongos y los detritívoros , pero bajas en los herbívoros. [34] A fines de 2014, "el cesio radiactivo derivado de Fukushima se había extendido a todo el oeste del Océano Pacífico Norte", transportado por la corriente del Pacífico Norte desde Japón hasta el Golfo de Alaska . Se ha medido en la capa superficial hasta 200 metros y al sur del área de la corriente hasta 400 metros. [35]
Se informa que el cesio-137 es el principal problema de salud en Fukushima. Se están considerando varias técnicas que permitirán extraer entre el 80% y el 95% del cesio del suelo contaminado y otros materiales de manera eficiente y sin destruir la materia orgánica del suelo. Estas incluyen la limpieza hidrotermal. El cesio precipitado con ferrocianuro férrico ( azul de Prusia ) sería el único residuo que requeriría lugares especiales de enterramiento. [36] El objetivo es reducir la exposición anual del entorno contaminado a 1 mSv por encima del nivel de fondo. La zona más contaminada donde las dosis de radiación son superiores a 50 mSv/año debe permanecer fuera de los límites, pero algunas áreas que actualmente tienen menos de 5 mSv/año pueden ser descontaminadas, lo que permitiría el regreso de 22.000 residentes. [ cita requerida ]
Las fuentes gamma de cesio-137 han estado implicadas en varios accidentes e incidentes radiológicos.
En el accidente de Goiânia de 1987, un sistema de radioterapia desechado de forma inadecuada de una clínica abandonada en Goiânia , Brasil, fue retirado y luego roto para ser vendido en depósitos de chatarra. La sal de cesio incandescente se vendió luego a compradores curiosos e inexpertos. [37] Esto provocó cuatro muertes confirmadas y varias lesiones graves por contaminación por radiación. [38] [39]
El accidente radiológico de Kramatorsk ocurrió en 1989, cuando se encontró una pequeña cápsula de cesio-137 de 8x4 mm de tamaño dentro de la pared de hormigón de un edificio de apartamentos en Kramatorsk , República Socialista Soviética de Ucrania . Se cree que la cápsula, que originalmente formaba parte de un dispositivo de medición, se perdió a finales de los años 1970 y terminó mezclada con la grava utilizada para construir el edificio en 1980. Durante más de 9 años, dos familias habían vivido en el apartamento. Cuando se descubrió la cápsula, 6 residentes del edificio habían muerto, 4 de leucemia y 17 más recibieron diferentes dosis de radiación. [40]
El incidente de Tammiku de 1994 implicó el robo de material radiactivo de una instalación de almacenamiento de residuos nucleares en Männiku , parroquia de Saku , condado de Harju , Estonia . Tres hermanos, que desconocían la naturaleza de la instalación, irrumpieron en un cobertizo mientras buscaban chatarra. Uno de los hermanos recibió una dosis de 4.000 rad en todo el cuerpo de una fuente de cesio-137 que se había liberado de un contenedor dañado, sucumbiendo a la intoxicación por radiación 12 días después. [ cita requerida ]
En 1997, varios soldados georgianos sufrieron quemaduras y envenenamiento por radiación. Finalmente se logró rastrear su origen hasta fuentes de entrenamiento que quedaron abandonadas, olvidadas y sin etiquetar después de la disolución de la Unión Soviética . Una de ellas era una bolita de cesio-137 que se encontraba en el bolsillo de una chaqueta compartida y que emitía unas 130.000 veces el nivel de radiación de fondo a un metro de distancia. [41]
En el accidente de Acerinox de 1998, la empresa de reciclaje española Acerinox fundió accidentalmente una masa de cesio-137 radiactivo que provenía de un generador de rayos gamma. [42]
En 2009, una empresa cementera china (en Tongchuan , provincia de Shaanxi ) estaba demoliendo una antigua planta de cemento en desuso y no siguió las normas para el manejo de materiales radiactivos. Esto provocó que un poco de cesio-137 de un instrumento de medición fuera incluido en ocho camiones cargados de chatarra en su camino a una fábrica de acero , donde el cesio radiactivo se fundió para formar el acero. [43]
En marzo de 2015, la Universidad Noruega de Tromsø perdió ocho muestras radiactivas, incluidas muestras de cesio-137, americio-241 y estroncio-90 . Las muestras fueron trasladadas desde un lugar seguro para ser utilizadas con fines educativos. Cuando se suponía que debían ser devueltas, la universidad no pudo encontrarlas. A fecha de 4 de noviembre de 2015 [actualizar], las muestras siguen desaparecidas. [44] [45]
El 3 y 4 de marzo de 2016 se detectaron niveles inusualmente altos de cesio-137 en el aire de Helsinki (Finlandia). Según STUK , el regulador nuclear del país, las mediciones indicaron 4.000 μBq/m 3 , unas 1.000 veces el nivel habitual. Una investigación de la agencia rastreó la fuente hasta un edificio desde el que operan STUK y una empresa de tratamiento de residuos radiactivos. [46] [47]
En mayo de 2019, trece personas estuvieron expuestas al cesio-137 en el edificio de Investigación y Capacitación del complejo del Centro Médico Harborview . Un equipo contratado estaba transfiriendo el cesio del laboratorio a un camión cuando se derramó el polvo. Se descontaminaron y dieron de alta a cinco personas, pero ocho que estuvieron expuestas de forma más directa fueron trasladadas al hospital mientras se evacuaba el edificio de investigación. [48]
Las autoridades de salud pública de Australia Occidental emitieron una alerta de emergencia para un tramo de carretera de unos 1.400 km después de que una cápsula que contenía cesio-137 se perdiera durante el transporte el 25 de enero de 2023. La cápsula de 8 mm contenía una pequeña cantidad de material radiactivo cuando desapareció de un camión. El gobierno estatal inició de inmediato una búsqueda, y el director de salud del Departamento de Salud de Australia Occidental, Andrew Robertson, advirtió que una persona expuesta podría esperar recibir el equivalente a "unos 10 rayos X por hora". Los expertos advirtieron que, si se encontraba la cápsula, el público debería mantenerse al menos a 5 metros de distancia. [49] La cápsula fue encontrada el 1 de febrero de 2023. [50]
El 23 de febrero de 2023, una cápsula de cesio-137 desapareció de una central eléctrica de vapor en la provincia de Prachin Buri (Tailandia), lo que desencadenó una búsqueda por parte de funcionarios de la Oficina de Átomos para la Paz (OAP) de Tailandia y la administración provincial de Prachin Buri. Sin embargo, el público tailandés no fue notificado hasta el 14 de marzo. [51]
El 20 de marzo, el Secretario General de la OAP y el gobernador de Prachin Buri celebraron una conferencia de prensa en la que declararon que habían encontrado polvo de horno contaminado con cesio-137 en una planta de fundición de acero en el distrito de Kabin Buri . [52]
El viernes 5 de abril se declaró el estado de emergencia en la ciudad rusa de Jabárovsk, después de que un vecino descubriera por casualidad que en una de las zonas industriales de la ciudad había aumentado considerablemente el nivel de radiación. Según los voluntarios del grupo de control dosimétrico, el dosímetro de la zona de la central nuclear registró hasta 800 microsieverts, es decir, 1.600 veces el valor seguro.
Los funcionarios del Ministerio de Situaciones de Emergencia cercaron un área de 30 por 30 metros, donde encontraron una cápsula con cesio de un detector de defectos. El hallazgo fue colocado en un contenedor protector y llevado a su destino. Así lo informó por primera vez Novaya Gazeta. [53]
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