Cesio-137

Cesio-137

 (13755Cs),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 la fisión natural del uranio-238. Se encuentra entre los productos de fisión de vida corta a media más problemáticos porque se mueve y propaga fácilmente en la naturaleza debido a la alta solubilidad en agua de los compuestos químicos más comunes del cesio, que son las sales.

General

Símbolo

137C

Nombres

cesio-137, Cs-137

Protones

55

Neutrones

82

Datos de nucleidos

Abundancia natural

0 (rastro)

Media vida

30,17 años ± 0,03 años

Isótopos padres

137Xe (β-)

Productos de descomposición

137 mbar

137Ba

Masa isotópica

136.907 ud

Girar

​7⁄2+

Modos de decadencia

Modo de decadencia

Energía de desintegración (MeV)

β- (desintegración beta)

0.5120

γ (rayos gamma)

0.6617

Isótopos de cesio

Tabla completa de nucleidos

 Desintegración

El cesio-137 tiene una vida media de aproximadamente 30,17 años. Aproximadamente el 94,6% se desintegra por emisión beta a un isómero nuclear metaestable de bario: bario-137m (137mBa, Ba-137m). El resto puebla directamente el estado fundamental del bario-137, que es estable. El bario metaestable tiene una vida media de aproximadamente 153 segundos y es responsable de todas las emisiones de rayos gamma en muestras de cesio-137.  El 137mBa decae al estado fundamental mediante la emisión de fotones con una energía de 0,6617 MeV. En total, el 85,1% de las desintegraciones del 137Cs provocan la emisión de rayos gamma de esta forma. Un gramo de cesio-137 tiene una actividad de 3.215 terabecquerel (TBq).

Usos

El cesio-137 tiene varios usos prácticos. En pequeñas cantidades se utilizan para calibrar equipos de detección de radiación. En medicina, se utiliza en radioterapia. En la industria, se utiliza en medidores de flujo, medidores de espesor, medidores de densidad de humedad (para lecturas de densidad, con americio-241/berilio proporcionando la lectura de humedad) y en dispositivos de registro de pozos de rayos gamma.

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 estable y también Cs-135 de vida. larga. Además, las fuentes de cesio de mayor actividad específica tienden a estar hechas de cloruro de cesio, como resultado, si una fuente de radiografía se daña, aumentará la propagación de la contaminación. Es posible hacer fuentes de cesio insolubles en agua, pero su actividad específica será mucho menor. Un volumen de emisión grande perjudicará la calidad de la imagen en radiografía. Para radiografía se prefiere iridio-192 y cobalto-60, 6027Co, 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.

Como isótopo casi exclusivamente creado por el hombre, el cesio-137 se ha utilizado para datar el vino y detectar falsificaciones y como material de datación relativa para evaluar la edad de sedimentación que tuvo lugar después de 1945.

El cesio-137 también se utiliza como trazador radiactivo en investigaciones geológicas para medir la erosión y la deposición del suelo.

Riesgo para la salud del cesio radiactivo

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 y el 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: 114 La vida media biológica del cesio es de aproximadamente 70 días.

Un experimento de 1961 demostró que los ratones a los que se les administraban 21,5 μCi/g tenían una mortalidad del 50% en 30 días (lo que implica una LD50 de 245 μg/kg).

Un experimento similar realizado 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 minutos. días, mientras que los animales con la mitad de esa carga sobrevivieron durante un año.

La ingestión accidental de cesio-137 se puede tratar con azul de Prusia, que se une químicamente a él y reduce la vida media biológica a 30 días.

Cesio radiactivo en el medio ambiente

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.

Desastre de Chernobyl

Hoy en día y durante los próximos cientos de años, 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 plantean el mayor riesgo para la salud, debido a su aproximadamente Vida media de 30 años y absorción biológica. La contaminación media de cesio-137 en Alemania tras el desastre de Chernóbil fue de 2.000 a 4.000 Bq/m². Esto corresponde a una contaminación de 1 mg/km² de cesio-137, lo que supone 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. En 2016, el cesio-137 de Chernóbil se había desintegrado a la mitad, pero podría haberse concentrado localmente por factores mucho mayores.

Desastre de Fukushima Daiichi

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 enviadas a Tokio desde la prefectura de Fukushima tenía entre 1.530 y 3.200 becquerelios por kilogramo de 137C, superando considerablemente el límite legal japonés de 500 becquerelios por kilogramo en ese momento. 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. Un artículo de 2013 en Scientific Reports encontró que para un sitio forestal a 50 km de la planta afectada, las concentraciones de 137Cs eran altas en la hojarasca, los hongos y los detritívoros, pero bajas en los herbívoros. A finales de 2014, "el radiocesio procedente 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.

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. El objetivo es reducir la exposición anual del entorno contaminado a 1 mSv por encima del nivel ambiental. 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.

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. Antes de la construcción del primer reactor nuclear artificial a finales de 1942 (el Chicago Pile-1), no se había producido cesio-137 en la Tierra en cantidades significativas desde hacía unos 1.700 millones de años. Observando los característicos rayos gamma emitidos por este isótopo, se puede determinar si el contenido de un determinado recipiente sellado fue elaborado antes o después de la primera explosión de la bomba atómica (prueba Trinity, 16 de julio de 1945), que esparció una parte a la atmósfera. distribuyendo rápidamente trazas de él en todo el mundo. Los investigadores han utilizado este procedimiento para comprobar la autenticidad de ciertos vinos raros, en particular las supuestas "botellas Jefferson". Los suelos y sedimentos superficiales también se datan midiendo la actividad del 137C.

Incidentes y accidentes

Las fuentes gamma de cesio-137 han estado implicadas en varios accidentes e incidentes radiológicos.

1987 Goiânia, Goiás, Brasil

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, y la sal de cesio brillante vendida a compradores curiosos y desavisados. Esto provocó cuatro muertes confirmadas y varias lesiones graves por contaminación radiológica. Las fuentes de rayos gamma de cesio encerradas en carcasas metálicas pueden mezclarse con chatarra en su camino hacia las fundiciones, lo que da como resultado la producción de acero contaminado con radiactividad.

1989 Kramatorsk, Donetsk, Ucrania

El accidente radiológico de Kramatorsk ocurrió en 1989 cuando se encontró una pequeña cápsula que contenía cesio-137 altamente radiactivo 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 de leucemia y 17 más habían recibido distintas dosis de radiación.

1997, Georgia

En 1997, varios soldados georgianos sufrieron envenenamiento por radiación y quemaduras. Con el tiempo, se remontaron a fuentes de entrenamiento 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 emitía aproximadamente 130.000 veces el nivel de radiación de fondo a 1 metro de distancia.

1998, Los Barrios, Cádiz, España

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.

2009 Tongchuan, Shaanxi, China

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.

Marzo de 2015, Universidad de Tromsø, Noruega.

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, todavía faltan muestras.

Marzo de 2016 Helsinki, Uusimaa, Finlandia

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/m³, 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.

Mayo de 2019 Seattle, Washington, EE. UU.

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

Isótopos de cesio

Cesio (55Cs)Tiene 40 isótopos conocidos, lo que lo convierte, junto con el bario y el mercurio, en uno de los elementos con más isótopos. Las masas atómicas de estos isótopos oscilan entre 112 y 151. Sólo un isótopo, 133Cs, es estable. Los radioisótopos de vida más larga son el 135Cs con una vida media de 2,3 millones de años, el 137Cs con una vida media de 30,1671 años y el 134Cs con una vida media de 2,0652 años. Todos los demás isótopos tienen vidas medias de menos de dos semanas, la mayoría de menos de una hora.

A partir de 1945, con el inicio de las pruebas nucleares, se liberaron isótopos de cesio a la atmósfera, donde el cesio se absorbe fácilmente en solución y regresa a la superficie de la tierra como componente de la lluvia radioactiva. Una vez que el cesio ingresa al agua subterránea, se deposita en la superficie del suelo y se elimina del paisaje principalmente mediante transporte de partículas. Como resultado, la función de entrada de estos isótopos se puede estimar en función del tiempo.

1. mCs – Isómero nuclear excitado.

2. ( ) – La incertidumbre (1σ) se da de forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.

3. # – Masa atómica marcada #: valor e incertidumbre derivados no de datos puramente experimentales, sino al menos en parte de tendencias de la Superficie de Masa (TMS).

4. Modos de descomposición:

CE: captura de electrones

TI: transición isomérica

n: Emisión de neutrones

p: Emisión de protones

5. Símbolo en negrita y cursiva como hijo: el producto hijo es casi estable.

6. Símbolo en negrita como hijo: el producto hijo es estable.

7. ( ) valor de giro: indica giro con argumentos de asignación débiles.

8. # – Los valores marcados con # no se derivan puramente de datos experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN).

9. Se utiliza para definir el segundo.

10. Producto de fisión

Cesio-131

El cesio-131, introducido en 2004 para braquiterapia por Isoray, tiene una vida media de 9,7 días y una energía de 30,4 keV.

Cesio-133

El cesio-133 es el único isótopo estable del cesio. La segunda unidad base del SI está definida por una transición específica de cesio-133. Desde 2019, la definición oficial de segundo es:

El segundo, símbolo s, se define tomando el valor numérico fijo de la frecuencia de cesio ΔνCs, la frecuencia de transición hiperfina del estado fundamental no perturbado del átomo de cesio-133, como 9192631770 cuando se expresa en la unidad Hz, que es igual a s−1.

Cesio-134

El cesio-134 tiene una vida media de 2,0652 años. Se produce directamente (con un rendimiento muy pequeño porque el 134Xe es estable) como producto de fisión y mediante captura de neutrones a partir de 133Cs  no radiactivo (sección transversal de captura de neutrones de 29 graneros), que es un producto de fisión común. El cesio-134 no se produce mediante la desintegración beta de otros nucleidos de productos de fisión de masa 134, ya que la desintegración beta se detiene en 134Xe estable. Tampoco se produce mediante armas nucleares porque el 133Cs  se crea mediante la desintegración beta de los productos de fisión originales mucho después de que termina la explosión nuclear.

El rendimiento combinado de 133Cs  y 134Cs  es del 6,7896%. La proporción entre los dos cambiará con la irradiación continua de neutrones. El 134Cs  también captura neutrones con una sección transversal de aproximadamente 140 graneros, convirtiéndose en 135Cs  radiactivo de larga vida.

El cesio-134 sufre desintegración beta (β-), produciendo 134Ba directamente y emitiendo en promedio 2,23 fotones de rayos gamma (energía media 0,698 MeV).

Cesio-135

• La energía de desintegración se divide entre β, neutrino y γ, si los hay.

• Por 65 fisiones de neutrones térmicos de U-235 y 35 de Pu-239.

• Tiene una energía de desintegración de 380 keV, pero el producto de desintegración Sb-126 tiene una energía de desintegración de 3,67 MeV.

• Más bajo en el reactor térmico porque el predecesor absorbe neutrones.

El cesio-135 es un isótopo de cesio ligeramente radiactivo con una vida media de 2,3 millones de años. Se desintegra mediante la emisión de una partícula beta de baja energía en el isótopo estable bario-135. El cesio-135 es uno de los siete productos de fisión de larga duración y el único alcalino. En el reprocesamiento nuclear, se queda con el 137Cs y otros productos de fisión de vida media en lugar de con otros productos de fisión de vida larga. La baja energía de desintegración, la falta de radiación gamma y la larga vida media del 135Cs hacen que este isótopo sea mucho menos peligroso que el 137Cs o el 134Cs.

Su precursor 135Xe tiene un alto rendimiento de producto de fisión (por ejemplo, 6,3333% para 235U y neutrones térmicos), pero también tiene la sección transversal de captura de neutrones térmicos más alta conocida de todos los nucleidos. Debido a esto, gran parte del 135Xe producido en los reactores térmicos actuales (hasta >90% a plena potencia en estado estacionario) se convertirá en 136Xe estable antes de que pueda desintegrarse a 135Cs. Poco o ningún 135Xe será destruido por captura de neutrones después de la parada de un reactor, o en un reactor de sales fundidas que elimina continuamente xenón de su combustible, un reactor de neutrones rápidos o un arma nuclear.

Un reactor nuclear también producirá cantidades mucho más pequeñas de 135Cs a partir del producto de fisión no radiactivo 133Cs mediante captura sucesiva de neutrones a 134Cs y luego a 135Cs.

La sección transversal de captura de neutrones térmicos y la integral de resonancia del 135Cs son 8,3 ± 0,3 y 38,1 ± 2,6 barn respectivamente. La eliminación de 135Cs mediante transmutación nuclear es difícil debido a la baja sección transversal, así como porque la irradiación de neutrones del cesio por fisión de isótopos mixtos produce más 135Cs a partir de 133Cs estable. Además, la intensa radiactividad a medio plazo del 137Cs dificulta la manipulación de los residuos nucleares.

Hoja informativa de ANL

Cesio-136

El cesio-136 tiene una vida media de 13,16 días. Se produce directamente (con un rendimiento muy pequeño porque el 136Xe es beta estable) como producto de fisión y mediante captura de neutrones del 135Cs de larga vida. El cesio-136 no se produce mediante la desintegración beta de otros nucleidos de productos de fisión de masa 136, ya que la desintegración beta se detiene en el casi estable 136Xe. Tampoco se produce mediante armas nucleares porque el 135Cs se crea mediante la desintegración beta de los productos de fisión originales mucho después de que termina la explosión nuclear. El 136Cs también captura neutrones con una sección transversal de 13,00 graneros, convirtiéndose en 137Cs radiactivo de vida media. El cesio-136 sufre desintegración beta (β-), produciendo 136Ba directamente.

Cesio-137

Cesio- 137

El cesio-137, con una vida media de 30,17 años, es uno de los dos principales productos de fisión de vida media, junto con el 90Sr, responsables de la mayor parte de la radiactividad del combustible nuclear gastado tras varios años de enfriamiento, hasta varios cien años después de su uso. Constituye la mayor parte de la radiactividad que aún queda del accidente de Chernobyl y constituye un importante problema de salud para descontaminar el terreno cercano a la central nuclear de Fukushima. El 137Cs beta se desintegra en bario-137m (un isómero nuclear de vida corta) y luego en bario-137 no radiactivo, y también es un potente emisor de radiación gamma. El 137Cs tiene una tasa muy baja de captura de neutrones y no es factible eliminarlo de esta manera, sino que se debe permitir que se desintegre. El 137Cs se ha utilizado como trazador en estudios hidrológicos, de forma análoga al uso del 3H.

Otros isótopos de cesio

Los otros isótopos tienen vidas medias que van desde unos pocos días hasta fracciones de segundo. Casi todo el cesio producido a partir de la fisión nuclear proviene de la desintegración beta de productos de fisión originalmente más ricos en neutrones, pasando a través de isótopos de yodo y luego de isótopos de xenón. Debido a que estos elementos son volátiles y pueden difundirse a través del combustible nuclear o del aire, el cesio a menudo se crea lejos del sitio original de fisión.