Καίσιο 137

Το καίσιο-137 (Cs-137) είναι ραδιενεργό ισότοπο του καισίου που αποτελεί ένα από τα συνηθέστερα προϊόντα σχάσης του ουρανίου-235 και άλλων σχάσιμων ισοτόπων σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και πυρηνικά όπλα. Είναι από τα προβληματικότερα προϊόντα σχάσης βραχείας-μέσης ημιζωής, επειδή μεταφέρεται εύκολα στην φύση λόγω της μεγάλης διαλυτότητας των αλάτων του στο νερό, που αποτελούν και την συνηθέστερή του χημική ένωση.

Διάσπαση

Έχει χρόνο ημιζωής περίπου 30,17 έτη, και διασπάται με βήτα διάσπαση στο μετασταθές Βάριο-137 (¹³⁷ᵐBa, Ba-137m). (περίπου 95% της διάσπασης οδηγεί σε αυτό το ισομερές. Το υπόλοιπο 5.0% μεταπίπτει απευθείας στην βασική στάθμη, η οποία είναι σταθερή.) Το Ba-137m έχει χρόνο ημιζωής περίπου 153 δευτερόλεπτα, και ευθύνεται για όλες τις εκπομπές ακτίνων γάμμα. Ένα γραμμάριο Cs-137 έχει ενεργότητα 3,215 TBq .
Η ενέργεια των φωτονίων του Ba-137m είναι 661,7 keV. Αυτά τα φωτόνια είναι χρήσιμα στην ακτινοβόληση τροφίμων και στην ραδιοθεραπεία του καρκίνου. Το Cs-137 δεν είναι ευρέως διαδεδομένο στην βιομηχανική ραδιογραφία, επειδή είναι αρκετά δραστικό χημικό στοιχείο, και συνεπώς, δύσκολο στον χειρισμό του. Επίσης τα άλατά του είναι ευδιάλυτα στο νερό, και αυτό περιπλέκει περαιτέρω τη χρήση του. Το Co-60 προτιμάται στην ραδιογραφία, λόγω του ότι είναι σχετικά μη δραστικό μέταλλο και προσφέρει ακτίνες-γ υψηλών ενεργειών.

Χρήσεις

Το Cs-137 έχει μικρό πλήθος πρακτικών εφαρμογών. Σε μικρές ποσότητες, χρησιμοποιείται για την βαθμονόμηση ανιχνευτών ραδιενέργειας. Χρησιμοποιείται σαν εκπομπός ακτίνων-γ για μετρήσεις πυκνότητας σε πετρελαιοπηγές. Μερικές φορές χρησιμοποιείται και σε θεραπείες καρκίνου, καθώς και σε βιομηχανικούς μετρητές ροής υγρών και πάχους υλικών.

Ραδιενεργό καίσιο στο περιβάλλον

Μικρές ποσότητες του Cs-134 και Cs-137 απελευθερώθηκαν στο περιβάλλον κατά την διάρκεια σχεδόν όλων των πυρηνικών δοκιμών και πυρηνικών ατυχημάτων, σημαντικότερα των οποίων το ατύχημα Goiânia και το πυρηνικό ατύχημα του Τσερνόμπιλ.
Από το 2005, το Cs-137 είναι η κύρια πηγή ραδιενέργειας στην απαγορευμένη ζώνη γύρω από τον πυρηνικό σταθμό του Τσερνόμπιλ. Το Cs-137 μαζί με το Cs-134, το I-131, και το Sr-90 ήταν μεταξύ των πιο επικίνδυνων για την υγεία ισοτόπων που ελευθερώθηκαν κατά την έκρηξη του αντιδραστήρα. Στη Σκανδιναβία, μερικοί τάρανδοι και πρόβατα ξεπερνούσαν το μέγιστο επιτρεπτό όριο (3000Bq/kg) 26 έτη μετά το Τσερνόμπιλ.
Τον απρίλιο του 2011, αυξημένα επίπεδα Cs-137 ανιχνεύτηκαν μετά τo πυρηνικό ατύχημα στην Φουκουσίμαs της Ιαπωνίας. Τον Ιούλιο του 2011, κρέας από 11 αγελάδες σταλμένο στο Τόκυο από την περιοχή της Φουκουσίμα βρέθηκε να περιέχει 1.530 με 3.200 Bq Cs-137 ανά κιλό κρέατος, υπερβαίνοντας σημαντικά το τότε όριο των  500 Bq/kg. Τον Μάρτιο του 2013, η ιαπωνική εταιρεία στην οποία ανήκει ο χτυπημένος από τσουνάμι πυρηνικός σταθμός, είπε ότι ανίχνευσε 740.000Bq/kg ραδιενεργού καισίου σε ψάρια που αλιεύθηκαν κοντά στον σταθμό, ποσό που υπερέβαινε κατά 7.400 φορές το επιτρεπτό όριο για ανθρώπινη κατανάλωση που είχε θέσει η κυβέρνηση.
Το Cs-137 αποτελεί την μεγαλύτερη ανησυχία στην Φουκουσίμα. Η κυβέρνηση πιέζεται να καθαρίσει την ραδιενέργεια στην Φουκουσίμα από όση περισσότερη γη γίνεται, ώστε μερικοί από τους 110.000 ανθρώπους να μπορέσουν να επιστρέψουν. Ένα πλήθος τεχνικών αξιολογούνται που θα μπορούσαν να αφαιρέσουν το 80% με 90% του καισίου από το μολυσμένο χώμα και άλλα υλικά, αποτελεσματικά και χωρίς να καταστρέψουν τα οργανικά υλικά του εδάφους. Αυτά περιλαμβάνουν υδροθερμική ατμοριπή.  Η αφαίρεση του καισίου με  σιδηρικυανιούχο κάλιο (Πρωσικό μπλε) θα ήταν τα μόνα απόβλητα χρήζοντα ειδικούς χώρους ταφής. Στόχος τους είναι να μειώσουν την ετήσια έκθεση από το μολυσμένο περιβάλλον, στο 1mSv πάνω από το υπόβαθρο. Οι πιο μολυσμένες περιοχές, όπου οι δόσεις είναι μεγαλύτερες των 50mSv/έτος, θα πρέπει να παραμείνουν αποκλεισμένες, αλλά κάποιες περιοχές με τωρινή έκθεση <5mSv/έτος θα πρέπει να καθαριστούν επιτρέποντας σε 22.000 κατοίκους να επιστρέψουν.
Το Cs-137 στο περιβάλλον είναι ανθρωπογενές. Σε αντίθεση με τα περισσότερα άλλα ραδιοϊσότοπα,
το Cs-137 δεν παράγεται από το ίδιο μη ραδιενεργό ισότοπο του στοιχείου αλλά είναι υποπροϊόν της σχάσης βαρύτερων χημικών στοιχείων που σημαίνει ότι μέχρι την κατασκευή του πρώτου πυρηνικού αντιδραστήρα, τον Chicago Pile-1, στα τέλη του 1942, δεν υπήρχε στην γη για δισεκατομμύρια χρόνια. Παρατηρώντας τις χαρακτηριστικές γραμμές των ακτίνων-γ του ισοτόπου αυτού είναι δυνατόν να προσδιοριστεί κατά πόσο τα περιεχόμενα ενός σφραγισμένου δοχείου κατασκευάστηκαν πριν η μετά την πρώτη έκρηξη ατομικής βόμβας (Trinity test, 16 Ιουνίου 1945), η οποία μετέφερε  μικροποσότητές του σε ολόκληρο τον πλανήτη. Η διαδικασία αυτή έχει χρησιμοποιηθεί από ερευνητές για τον έλεγχο της αυθεντικότητας συγκεκριμένων σπάνιων κρασιών. Είναι επίσης δυνατόν να χρονολογηθούν δείγματα εδάφους και ιζημάτων, δεδομένης της βραχείας ημιζωής του Cs137.

Κίνδυνοι για την υγεία από ραδιενεργό καίσιο

Το Cs-137 αντιδρά με το νερό παράγοντας υδροξείδιο του καισίου, μια υδατοδιαλυτή ένωση, και η βιολογική συμπεριφορά του καισίου είναι παρόμοια με αυτή του καλίου και του ρουβιδίου. Αφού εισέλθει στο σώμα, το καίσιο κατανέμεται σχετικά ομοιόμορφα με μεγαλύτερες συγκεντρώσεις στους μυικούς ιστούς και χαμηλότερη στα οστά. Η βιολογική του  ημιζωή είναι σχετικά μικρή, περίπου 70 μέρες. Πείραμα το 1972 έδειξε ότι όταν σκυλιά εκτείθονται σε ολόσωμο φορτίο 3.800 μCi/kg (140 MBq/kg, ή προσεγγιστικά  44 μg/kg)Cs-137 (και 950 με 1400 rads), πεθαίνουν μέσα σε 33 ημέρες, ενώ ζώα με μισό του φορτίου αυτού επιζούν για ένα έτος.
Τυχαία κατάποση καισίου-137 μπορεί να αντιμετωπιστεί με πρωσικό μπλε, το οποίο αντιδρά χημικά με το καίσιο και μειώνει την βιολογική του ημιζωή στις 30 ημέρες.

Περιστατικά

Ο λανθασμένος χειρισμός των πηγών ακτίνων-γ του καισίου-137 μπορεί να οδηγήσει σε απελευθέρωση του ραδιοϊσοτόπου αυτού και τραυματισμούς από ραδιενέργεια. Ενδεχομένως η γνωστότερη των περιπτώσεων αυτών είναι το ατύχημα στην Goiânia το 1987, στο οποίο μηχάνημα ραδιοθεραπείας από εγκαταλειμμένη κλινική στην πόλη Goiânia της Βραζιλίας κατέληξε λανθασμένα σε μάντρα με παλιοσίδερα, και το λαμπερό άλας του καισίου πωλήθηκε σε περίεργους μη μορφωμένους αγοραστές. Αυτό οδήγησε στον θάνατο 4 ατόμων και τον σοβαρό τραυματισμό από έκθεση σε ακτίνες-γ.
Πηγές ακτίνων-γ εσώκλειστες σε μεταλλικό κιβώτιο μπορεί λανθασμένα να ανακατευτούν με παλιοσίδερα προοριζόμενα για χυτήρια με αποτέλεσμα την παραγωγή ατσαλιού μολυσμένο με ραδιενεργό υλικό.
Ένα άλλο σημαντικό παράδειγμα είναι το ατύχημα της ισπανικής εταιρείας ανακύκλωσης Acerinox το 1998, η οποία από λάθος έλιωσε κάποια ποσότητα καισίου-137 που προερχόταν από μηχάνημα ακτίνων-γ.
Το 2009, μια κινεζική εταιρεία τσιμέντου στο Tongchuan της επαρχίας Shaanxi, κατεδάφησε ένα παλιό εγκαταλειμμένο εργοστάσιο τσιμέντου και δεν ακολούθησε τον ενδεδειγμένο τρόπο χρήσης ραδιενεργών υλικών. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα μέρος του καισίου-137 από μηχάνημα μετρήσεων να καταλήξει μαζί με 8 φορτηγά παλιοσίδερα σε χυτήριο, όπου το καίσιο έλιωσε μαζί με το ατσάλι.