Nếu nói đến các loại đồng vị phóng xạ phát tán trong tự nhiên từ hoạt động của con người phổ biến hàng đầu, không thể không nhắc tới Cesi-137 (Cs-137). Đây là đồng vị phóng xạ của nguyên tố Cesi có ứng dụng tiềm năng cả trong y tế lẫn công nghiệp. Cs-137 phổ biến do được tạo ra tự phát từ phản ứng phân hạch hạt nhân của các vật liệu phóng xạ khác, như urani và plutoni. Hạt nhân phóng xạ này có chu kỳ bán rã tương đối dài và phân rã bằng cách phát ra các hạt beta. Cả Cs-137 và đồng phân hạt nhân siêu bền của nó bari-137m đều phát bức xạ gamma có năng lượng vừa phải và do đó được sử dụng trong quy trình khử trùng trong công nghiệp thực phẩm hoặc trong điều trị bệnh.
Cesi (ký hiệu hóa học Cs) là kim loại mềm, dẻo, màu trắng bạc, chuyển dạng lỏng ở gần nhiệt độ phòng, nhưng dễ liên kết với clorua để tạo ra bột tinh thể. Dạng phóng xạ phổ biến nhất của cesi là Cs-137. Cs-137 được sản xuất từ các phản ứng phân hạch hạt nhân và cũng là một trong những sản phẩm phụ của quá trình phân hạch hạt nhân trong lò phản ứng hạt nhân và thử nghiệm vũ khí hạt nhân.
Cs-137
Cs-137 có chu kỳ bán rã khoảng 30,17 năm với khoảng 95% phân rã dạng beta tạo thành đồng phân hạt nhân dạng kích thích của bari Ba-137m, phần còn lại trở thành trạng thái ổn định Ba-137 là một đồng vị bền. Ba-137m có chu kỳ bán rã khoảng 153 giây và là thành phần chính phát ra tia gamma trong các mẫu Cs-137. Một gram Cs-137 có độ phóng xạ cỡ 3,215 TBq, đỉnh photon chính của Ba-137m là 662 keV. Bởi tính chất dễ liên kết với clorua, Cs-137 thường xuất hiện dưới dạng bột tinh thể, thay vì ở dạng lỏng nguyên chất. Với các nguồn nhỏ, Cs-137 được tích hợp vào đĩa, que và hạt Lucite (polymethyl methacrylate với tên thương mại là Crylux, Plexiglass, Acrylite và Perspex). Các nguồn Cs-137 lớn hơn được đặt trong hộp chứa chì hoặc hộp kim loại tròn nhỏ. Nếu mở hộp chứa chì Cs-137, chất bên trong trông giống như một loại bột màu trắng và có thể phát sáng.
Cs-137 tồn tại trong các ứng dụng thường ở dạng bột màu trắng và có thể phát sáng
Vì Cs-137 liên kết với clorua tạo thành bột tinh thể nên nó phản ứng trong môi trường giống như muối ăn (natri clorua). Cs di chuyển dễ dàng trong không khí và dễ hòa tan trong nước. Cs liên kết chặt chẽ với đất và bê tông, nhưng không di chuyển quá sâu vào trong bề mặt. Thực vật và thảm thực vật mọc ở trong hoặc gần đất bị ô nhiễm có thể hấp thụ một lượng nhỏ Cs-137 từ đất. Trong tự nhiên, Cs-137 được phát hiện nhiều ở các khu vực thử hạt nhân và các nhà máy điện hạt nhân gặp sự cố, nổi tiếng nhất là thảm họa Chernobyl (Ukraina) và sự cố nhà máy điện Fukushima (Nhật Bản). Tính đến năm 2005, Cs-137 là nguồn phóng xạ chính trong khu vực xung quanh nhà máy điện hạt nhân Chernobyl. Cùng với Cs-134 và I-131, Sr-90, Cs-137 là một trong các đồng vị phát tán từ thảm họa đó gây nhiều rủi ro nhất đến sức khỏe con người. Mức ô nhiễm trung bình của Cs-137 ở Đức sau thảm họa Chernobyl đạt 2000 đến 4000 Bq/m², tương đương với 1 mg/km² Cs-137, hiện tổng có khoảng 500 gram tích tụ trên khắp nước Đức. Ở Scandinavia, nhiều tuần lộc và cừu sinh sống đã được xác định có mức phóng xạ rất cao so với quy định của Na Uy (3000 Bq/kg) sau 26 năm từ vụ nổ Chernobyl.
Năm 2011, Cs-137 tăng cao sau thảm họa Fukushima Daiichi ở Nhật Bản. Vào 6/2011, thịt bò xuất đến Tokyo từ tỉnh Fukushima có mức phóng xạ đạt 1.530 đến 3.200 Bq/kg Cs-137, trong khi giá trị cho phép theo tiêu chuẩn của Nhật là 500 Bq/kg vào thời điểm đó. Đến năm 2013, Cơ quan quản lý nhà máy điện hạt nhân Fukushima công bố ghi nhận mức phóng xạ đạt 740.000 Bq/kg Cs trong cá được bắt gần nhà máy. Giá trị này cao gấp 7.400 lần tiêu chuẩn cho phép của Nhật. Cs-137 trở thành mối nguy hại chính cho con người ở Fukushima. Tiếp xúc bên ngoài với một lượng lớn Cs-137 có thể gây bỏng, bệnh phóng xạ cấp tính và thậm chí tử vong. Việc tiếp xúc với một lượng lớn như vậy chỉ có thể do xử lý sai nguồn Cs-137 mạnh trong công nghiệp hay từ vụ nổ hạt nhân hoặc một tai nạn hạt nhân lớn. Tiếp xúc với Cs-137 có thể làm tăng nguy cơ mắc bệnh ung thư do bức xạ gamma năng lượng cao. Phơi nhiễm bên trong với Cs-137 qua đường ăn uống hoặc hít thở làm chất phóng xạ phân bố vào các mô mềm, đặc biệt là mô cơ.
Các con đường mà Cs-137 phân tán và tiếp xúc với con người
Cs hoạt động tương tự như kali và phân phối đồng đều khắp cơ thể. Sự hấp thụ qua đường tiêu hóa từ thức ăn hoặc nước là nguồn gốc chủ yếu Cs lắng đọng bên trong cơ thể. Về cơ bản, tất cả Cs ăn vào đều được hấp thụ vào máu qua ruột. Cs có xu hướng tập trung trong cơ bắp vì có khối lượng tương đối lớn. Cs đã được chứng minh là vận chuyển qua các kênh kali và cũng có thể thay thế kali để kích hoạt bơm natri và vận chuyển vào trong tế bào. Giống như kali, Cs được bài tiết ra khỏi cơ thể khá nhanh, chủ yếu qua nước tiểu. Ở người trưởng thành, 10% được bài tiết với thời gian bán hủy sinh học là 2 ngày và phần còn lại rời khỏi cơ thể với thời gian bán hủy sinh học là 110 ngày. Điều này có nghĩa là nếu tiếp xúc với chất phóng xạ Cs và sau đó nguồn phơi nhiễm bị loại bỏ, thì phần lớn Cs sẽ dễ đào thải khỏi cơ thể theo đường bài tiết kali bình thường trong vòng vài tháng.
Thiết bị đo bức xạ sử dụng Cs-137
Cs-137 có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực kinh tế-xã hội, đặc biệt là y tế và công nghiệp. Chỉ với một lượng nhỏ, Cs-137 có thể sử dụng để hiệu chỉnh các thiết bị đo bức xạ, chẳng hạn như ống đếm Geiger-Mueller. Trong y học, Cs-137 được dùng trong xạ trị. Trong công nghiệp, Cs-137 được dùng trong đồng hồ đo dòng chảy, thiết bị đo độ dày (như giấy, phim ảnh hoặc tấm kim loại), thiết bị đo mật độ độ ẩm và thiết bị đo địa vật lý giếng khoan bằng tia gamma. Cs-137 cũng được sử dụng để theo dõi trọng lượng và mật độ của các sản phẩm công nghiệp cũng như phát hiện các vết nứt trong hàn và đường ống. Cs-137 không được sử dụng nhiều trong chụp ảnh bức xạ công nghiệp do có tính hoạt động hóa học, khó xử lý. Các muối của Cs hòa tan trong nước, làm phức tạp xử lý an toàn. Ngoài ra, Cs-137 được sử dụng để định tuổi rượu vang và phát hiện hàng giả, định tuổi tương đối vật liệu lắng đọng trong thời gian sau năm 1954. Cs-137 còn được sử dụng để xử lý thực phẩm, tiêu diệt vi trùng và vi sinh vật và do đó kéo dài thời hạn sử dụng. Quá trình này có tác dụng ức chế nảy mầm và làm chậm quá trình chín. Thực phẩm sau khi xử lý bằng bức xạ không chứa chất phóng xạ hoặc chất độc hại còn sót lại.
Từ khóa: Cs-137; xạ trị; đo dòng chảy; đo độ dày; đo mật độ độ ẩm; địa vật lý giếng khoan;
– CMD&DND –
