Cesio-137 (137
55cs
), cesio-137 (EE.UU.), [7] o radiocesio , es un isótopo radiactivo de cesio que se forma como uno de los productos de fisión más comunes mediante la fisión nuclear del uranio-235 y otros isótopos fisionables en reactores nucleares y armas nucleares. . También se originan trazas de fisión espontánea del uranio-238 . Se encuentra entre 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 Chernobyl 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 aproximadamente 30,05 años. [1] Aproximadamente el 94,6% se desintegra por emisión beta a un isómero nuclear metaestable de bario: bario-137m ( 137m Ba, Ba-137m). El resto puebla directamente el estado fundamental de 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 decae al 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 terabecquerel (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 de humedad (para lecturas de densidad, con americio-241 /berilio proporcionando la lectura de humedad), [11] y en dispositivos de registro de pozos de rayos gamma. . [11] [ verificación fallida ]
El cesio-137 no se usa ampliamente para 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 vida. . 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)
6y hexacianoferrato férrico de amonio (AFCF), sal de Giese y ferrocianuro férrico de amonio, 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 químicamente estables e insolubles en agua de desechos nucleares para su eliminación en depósitos geológicos profundos . Un volumen de emisión grande perjudicará la calidad de la imagen en radiografía.192
ir y60Co , se prefieren para radiografía, ya que son metales químicamente no reactivos y pueden obtenerse con actividades específicas mucho mayores mediante la activación de cobalto o iridio estables 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 descompone en níquel estable , mientras que el iridio-192 puede descomponerse en osmio o platino estable. 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 exclusivamente creado por el hombre, el cesio-137 se ha utilizado para datar el vino y detectar falsificaciones [12] y como material de datación relativa para evaluar la edad de sedimentación que se produjo después de 1945. [13]
El cesio-137 también se utiliza como trazador radiactivo en investigaciones geológicas para medir la erosión y la deposición del suelo; su afinidad por los sedimentos finos es útil en esta aplicación. [14]
El cesio-137 reacciona con el agua y produce un compuesto soluble en agua ( hidróxido de cesio ). El comportamiento biológico del cesio es similar al del potasio [15] y al rubidio . Después de ingresar al cuerpo, el cesio se distribuye de manera más o menos uniforme por todo el cuerpo, con las concentraciones más altas en los tejidos blandos . [16] : 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. [17]
Un experimento de 1961 demostró que los ratones a los que se les administraron 21,5 μCi /g tenían una mortalidad del 50 % en 30 días (lo que implica una LD 50 de 245 μg/kg). [18] Un experimento similar en 1972 demostró 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 950 a 1400 rads ), mueren en 33 días, mientras que los animales con la mitad de esa carga sobrevivieron durante un año. [19] Importantes investigaciones han demostrado una notable concentración de 137 Cs en las células exocrinas del páncreas, que son las más afectadas por el cáncer. [20] [21] En 2003, en autopsias realizadas a 6 niños que murieron (por razones no directamente relacionadas con Chernobyl, principalmente sepsis) en el área contaminada cerca de Chernobyl, donde también informaron una mayor incidencia de tumores pancreáticos, Bandazhevsky encontró una concentración de 137 Cs 3,9 veces mayor que en sus hígados (1359 vs 347 Bq/kg, equivalente a 36 y 9,3 nCi /kg en estos órganos, 600 Bq/kg = 16 nCi /kg en el cuerpo según mediciones), demostrando así que El tejido pancreático es un potente acumulador y secretor de cesio radiactivo en el intestino. [22]
La ingestión accidental de cesio-137 se puede tratar con azul de Prusia (FeIII
4[FeII
( CN )
6]
3), que se une químicamente a él y reduce la vida media biológica a 30 días. [23]
El cesio-137, junto con otros isótopos radiactivos, cesio-134 , yodo-131 , xenón-133 y 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 de Fukushima. Desastre de 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 del plutonio y el uranio , y se desintegra en bario-137 . [24] Observando los característicos rayos gamma emitidos por este isótopo, se puede determinar si el contenido de un determinado recipiente sellado se fabricó antes o después de la primera explosión de la bomba atómica ( prueba Trinity , 16 de julio de 1945), que esparció parte del mismo en la atmósfera, distribuyendo rápidamente trazas de él por todo el mundo. Los investigadores han utilizado este procedimiento para comprobar la autenticidad de ciertos vinos raros, en particular las supuestas " botellas Jefferson ". [25] 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 o cerca de la estratosfera liberaron cesio-137 que aterrizó en la alta Laponia , Finlandia. Las mediciones de cesio-137 en la década de 1960 fueron supuestamente de 45.000 becquerelios. Las cifras de 2011 rondan los 1.100 becquerelios, pero, curiosamente, los casos de cáncer no son más frecuentes allí que en otros lugares. [26] [27] [28]
A día de hoy y durante los próximos cientos de años aproximadamente, el cesio-137 y el estroncio-90 siguen siendo las principales fuentes de radiación en la zona de aislamiento alrededor de la central nuclear de Chernobyl , y suponen 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 2.000 a 4.000 Bq/m 2 . [ cita necesaria ] Esto corresponde a una contaminación de 1 mg/km 2 de cesio-137, por un total de unos 500 gramos depositados en toda Alemania. En Escandinavia, algunos renos y ovejas excedieron el límite legal noruego (3.000 Bq/kg) 26 años después de Chernobyl. [29] A partir de 2016, el cesio-137 de Chernobyl 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 del desastre nuclear de Fukushima Daiichi en Japón. En julio de 2011, se descubrió que la carne de 11 vacas enviada a Tokio desde la prefectura de Fukushima tenía entre 1.530 y 3.200 becquerelios por kilogramo de 137 Cs, superando considerablemente el límite legal japonés de 500 becquerelios por kilogramo en ese momento. [30] En marzo de 2013, un pez capturado cerca de la planta tenía un récord de 740.000 becquerelios por kilogramo de cesio radiactivo, por encima del límite gubernamental de 100 becquerelios por kilogramo. [31] Un artículo de 2013 en Scientific Reports encontró que para un sitio forestal a 50 km de la planta afectada, las concentraciones de 137 Cs eran altas en la hojarasca, hongos y detritívoros , pero bajas en los herbívoros. [32] A finales de 2014, "el radiocesio derivado de Fukushima se había extendido por todo el Océano Pacífico Norte occidental", 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 actual hasta 400 metros. [33]
Se informa que el cesio-137 es el principal problema de salud en Fukushima. Se están considerando varias técnicas que podrán eliminar del 80% al 95% del cesio del suelo contaminado y otros materiales de manera eficiente y sin destruir la materia orgánica del suelo. Estos incluyen voladuras hidrotermales. El cesio precipitado con ferrocianuro férrico ( azul de Prusia ) sería el único residuo que requeriría lugares de enterramiento especiales. [34] El objetivo es reducir la exposición anual procedente del entorno contaminado a 1 mSv por encima del nivel de fondo. El área 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 descontaminarse, lo que permitirá el regreso de 22.000 residentes. [ cita necesaria ]
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 inadecuadamente de una clínica abandonada en Goiânia , Brasil, fue retirado y luego agrietado para venderlo en depósitos de chatarra. La brillante sal de cesio se vendería luego a compradores curiosos y desprevenidos. [35] Esto provocó cuatro muertes confirmadas y varias lesiones graves por contaminación por radiación. [36] [37]
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 acabó mezclada con la grava utilizada para construir el edificio en 1980. Durante nueve 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 distintas dosis de radiación. [38]
En 1997, varios soldados georgianos sufrieron envenenamiento por radiación y quemaduras. Finalmente, se remontaron a fuentes de entrenamiento que quedaron abandonadas, olvidadas y sin etiquetar después de la disolución de la Unión Soviética . Uno de ellos era una pastilla de cesio-137 guardada en el bolsillo de una chaqueta compartida que liberaba aproximadamente 130.000 veces el nivel de radiación de fondo a 1 metro de distancia. [39]
En el accidente de Acerinox de 1998, la empresa española de reciclaje Acerinox fundió accidentalmente una masa de cesio-137 radiactivo procedente de un generador de rayos gamma. [40]
En 2009, una empresa cementera china (en Tongchuan , provincia de Shaanxi ) estaba demoliendo una antigua planta de cemento en desuso y no seguía las normas para el manejo de materiales radiactivos. Esto provocó que parte del cesio-137 de un instrumento de medición fuera incluido en ocho camiones cargados de chatarra en su camino a una acería , donde el cesio radiactivo se fundía en el acero. [41]
En marzo de 2015, la Universidad Noruega de Tromsø perdió 8 muestras radiactivas, incluidas muestras de cesio-137, americio-241 y estroncio-90 . Las muestras se sacaron de un lugar seguro para utilizarlas con fines educativos. Cuando se suponía que debían devolverse las muestras, la universidad no pudo encontrarlas. Al 4 de noviembre de 2015 [actualizar], aún faltan las muestras. [42] [43]
Los días 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 mostraron 4.000 μBq/m 3 , aproximadamente 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. [44] [45]
Trece personas estuvieron expuestas al cesio-137 en mayo de 2019 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. Cinco personas fueron descontaminadas y liberadas, pero ocho que estuvieron más directamente expuestas fueron trasladadas al hospital mientras se evacuaba el edificio de investigación. [46]
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. desde un camión. El gobierno estatal lanzó inmediatamente una búsqueda y el director de salud del Departamento de Salud de WA, Andrew Robertson, advirtió que una persona expuesta podría recibir el equivalente a "unas 10 radiografías por hora". Los expertos advirtieron que, en caso de encontrar la cápsula, el público debería mantenerse al menos a 5 metros de distancia. [47] La cápsula fue encontrada el 1 de febrero de 2023. [48]
Una cápsula de cesio-137 desapareció de una central eléctrica de vapor en la provincia de Prachin Buri , Tailandia, el 23 de febrero de 2023, lo que provocó una búsqueda por parte de funcionarios de la Oficina de Átomos para la Paz (OAP) de Tailandia y de la administración provincial de Prachin Buri. Sin embargo, el público tailandés no fue notificado hasta el 14 de marzo. [49]
El 20 de marzo, el secretario general de la OAP y el gobernador de Prachin Buri celebraron una conferencia de prensa en la que afirmaron que habían encontrado polvo de horno contaminado con cesio-137 en una planta de fundición de acero en el distrito de Kabin Buri . [50]
{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )