ซีเซียม-137 (Caesium-137)

ซีเซียม-137 (Cs-137) เป็นไอโซโทปกัมมันตรังสีของธาตุซีเซียม ซึ่งเป็นผลผลิตฟิชชันที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน ซีเซียม-137 มีครึ่งชีวิต 30.17 ปี ประมาณ 95% สลายตัวโดยการปลดปล่อยรังสีบีต้าแล้วกลายเป็นแบเรียม-137m (barium-137m) ซึ่งเป็นไอโซโทปกึ่งเสถียร (metastable) หรือไอโซเมอร์ของแบเรียม-137 (137mBa, Ba-137m) ส่วนอีก 5% สลายตัวไปเป็นไอโซโทปเสถียรโดยตรง แบเรียม-137m (Ba-137m) สลายตัวให้รังสีแกมมา โดยมีครึ่งชีวิต 2.55 นาที ซีเซียม-137 ปริมาณ 1 กรัม มีกัมมันตภาพรังสี 3.215 เทราเบคเคอเรล (terabecquerel, TBq)

โฟตอนจากไอโซโทปรังสีแบเรียม-137m มีพลังงาน 662 keV สามารถใช้ประโยชน์ในการฉายรังสีอาหาร (food irradiation) ใช้ในด้านรังสีรักษา (radiotherapy) สำหรับผู้ป่วยมะเร็ง มีการใช้ซีเซียม-137 สำหรับการถ่ายภาพด้วยรังสีทางอุตสาหกรรมไม่มากนัก เนื่องจากเป็นวัสดุที่ไวต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมี เกลือของซีเซียมละลายน้ำได้ดีทำให้ควบคุมความปลอดภัยได้ยาก จึงมีการใช้โคบอลต์-60 (Cobalt-60) ในงานด้านการถ่ายภาพด้วยรังสีมากกว่า นอกจากจะเป็นโลหะที่ไวต่อปฏิกิริยาน้อยกว่าแล้ว ยังให้รังสีแกมมาพลังงานสูงกว่า การนำมาใช้งาน เราจะพบซีเซียม-137 ได้ในอุปกรณ์วัดความชื้น เครื่องวัดอัตราการไหลหรืออุปกรณ์ตรวจวัดชนิดอื่นที่ใช้หลักการทำงานคล้ายกัน

ผังการสลายตัวของ Cs-137
สเปกตรัมรังสีแกมมาพลังงาน 662 keV และ 30 keV จาก Ba K-lines.
คุณสมบัติของซีเซียม-137
ชื่อ ซีเซียม-137 (Caesium-137)
สัญลักษณ์ 137Cs หรือ 137-Cs
จำนวนนิวตรอน 82
จำนวนโปรตอน 55
ครึ่งชีวิต 30.17 ปี
เกิดจากไอโซโทป ซีนอน-137 (137Xe, b-)
สลายไปเป็นไอโซโทป แบเรียม-137m (137mBa)
มวลของไอโซโทป 136.907 u
พลังงานของรังสีบีต้า 1.176 MeV

การนำมาใช้ประโยชน์

มีการนำซีเซียม-137 มาใช้ไม่มากนัก ถ้าปริมาณน้อยๆ จะใช้สำหรับปรับเทียบเครื่องมือวัดรังสี ใช้เป็นต้นกำเนิดรังสีแกมมาในการวัดความหนาแน่นของเครื่องมือเจาะสำรวจน้ำมัน ใช้เป้นต้นกำเนิดรังสีในการรักษามะเร็ง รวมทั้งใช้ในเครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรม เช่น เครื่องวัดความหนาของวัสดุ เครื่องวัดการไหลของของเหลว

 
  บริเวณที่มีระดับของซีเซียม-137 สูงที่สุด 10 แห่งแรก มาจากตำแหน่งที่มีการทดลองอาวุธนิวเคลียร์ของสหรัฐ ที่ฐานเนวาดา (Nevada Test Site) ซึ่งมีการทดลองระเบิดนิวเคลียร์ชื่อ Simon กับ Harry ในปฏิบัติการ Upshot-Knothole เมื่อปี 1953 และการทดลองระเบิด นิวเคลียร์ชื่อ George กับHow ในปฏิบัติการ Operation Tumbler-Snapper เมื่อปี 1952

ไอโซโทปกัมมันตรังสีซีเซียมในสิ่งแวดล้อม (Radioactive caesium in the environment)

ในการทดลองอาวุธนิวเคลียร์หรือเกิดอุบัติเหตุทางนิวเคลียร์ จะมีไอโซโทปรังสีซ๊เซียม-134 (caesium-134) และซีเซียม-137 (caesium-137) ถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมเล็กน้อย และที่มากที่สุดมาจากอุบัติเหตุที่เชอร์โนบิล ในอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลเมื่อปี 2005 ซีเซียม-137 เป็นต้นกำเนิดหลักอย่างหนึ่งที่อยู่ในเขตหวงห้ามรอบโรงไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วย ซีเซียม-134 (caesium-134) ไอโอดีน-131 (iodine-131) สตรอนเชียม-90 (strontium-90) และซีเซียม-137 (caesium-137) แพร่ออกมาจากการระเบิดขิงเครื่องปฏิกรณ์ ทำให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพในระดับสูง

ในเดือนเมษายนปี 2011 ก็มีการพบไอโซโทปรังสีเหล่านี้ในฝุ่นควัน (plume) ที่รั่วไหลออกมาจากเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้า Fukushimaประเทศญี่ปุ่น

การปนเปื้อนของไอโซโทปรังสีซีเซียม-137 ในเยอรมันนีหลังจากเกิดอุบัติเหตุที่เชอร์โนบิล มีค่าเฉลี่ย 2000 - 4000 เบคเคอเรลต่อตารางเมตร (Bq/m2) ซึ่งเทียบเท่ากับมีซีเซียม-137 ปริมาณ 1 มิลลิกรัมต่อตารางกิโลเมตร หรือมีซีเซียม-137 ทั่วทั้งประเทศเยอรมันนี ประมาณ 500 กรัม

ซีเซียม-137 ต่างจากไอโซโทปรังสีชนิดอื่น และไม่ได้เกิดจากไอโซโทปเสถียร แต่เกิดจากปฏิกิริยาฟิชชันของยูเรเนียม ซีเซียม-137 ไม่ได้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เราสามารถตรวจวัดซีเซียม-137 ได้จากรังสีแกมมาที่ปลดปล่อยออกมา ทำให้สามารถใช้ระบุได้ว่าวัตถุที่บรรจุอยู่ในภาชนะปิด ถูกผลิตขึ้นก่อนการทดลองระเบิดนิวเคลียร์หรือไม่ ซึ่งวิธีนี้นักวิจัยสามารถตรวจสอบไวน์ที่หายาก

อุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมา ประเทศญี่ปุ่น ทำให้ระดับรังสีในเมืองใกล้เคียงมีค่าสูงขึ้น

ความเสี่ยงต่อสุขภาพของสารกัมมันตรังสีซีเซียม

ซีเซียมสามารถทำปฏิกิริยากับน้ำและกลายเป็นซีเซียมไฮดรอกไซด์ (caesium hydroxide) ซึ่งเป็นสารประกอบที่ละลายน้ำ ซีเซียมมีคุณสมบัติในทางชีววิทยาคล้ายกับโปแตสเซียม (potassium) และรูบิเดียม (rubidium) เมื่อเข้าไปในร่างกาย ซีเซียมจะกระจายไปทั่วร่างกาย โดยมีความเข้มข้นสูงที่กล้ามเนื้อและกระดูก ซีเซียมมีครึ่งชีวิตทางชีววิทยา (biological half-life) ประมาณ 70 วัน จากการทดลองในสุนัข เมื่อได้รับซีเซียมในครั้งเดียวจำนวน 3800ไมโครคูรีต่อกิโลกรัม (mCi/kg) (คิดเป็นซีเซียม-137 จำนวน 44 ไมโครกรัมต่อกิโลกรัม) สุนัขนั้นตายลงภายใน 3 สัปดาห์

ถ้าบังเอิญได้รับซีเซียม-137 เข้าไปในร่างกาย ควรรับประทานปรัสเซียนบลู (Prussian blue) ซึ่งจะไปทำปฏิกิริยาเคมีโดยจับกับซีเซียม ทำให้ขับออกจากร่างกายได้เร็วขึ้น [อ่านบทความเรื่องปรัสเซียนบลู (Prussian blue)]

การควบคุมดูแลซีเซียม-137 ที่ใช้เป็นต้นกำเนิดรังสีแกมมาที่ไม่รัดกุมพอ อาจจะทำให้เกิดการรั่วไหลของไอโซโทปรังสีและเกิดการเจ็บป่วยจากรังสีได้ กรณีตัวอย่างที่ทราบกันดี ได้แก่ อุบัติเหตุที่ (Goiania accident) ที่มีการทิ้งสารกัมมัตรังสีจากอุปกรณ์ที่ใช้ในการทำรังสีรักษาจากคลินิกในเมือง Goiania ประเทศบราซิล ทำให้คนเก็บขยะนำไปขายให้กับคนที่รับซื้อ เนื่องจากคิดว่าเป็นของแปลก กรณีนี้ทำให้มีผู้ได้รับบาดเจ็บและเสียชีวิตจากการได้รับรังสีจำนวนหลายคน

สีปรัสเซียนบลู (Prussian blue) และแคปซูลบรรจ Prussian blue ชื่อ RADIOGARDASE (ภาพจากเวบไซต ์http://www.heyltex.com/)

ซีเซียมที่ใช้เป็นต้นกำเนิดรังสีแกมมา จะถูกเก็บอยู่ในภาชนะโลหะ อาจะถูกทิ้งปะปนไปกับโลหะเก่าและถูกนำไปหลอม ทำให้เกิดโลหะผสมที่มีกัมมันตภาพรังสี ตัวอย่างได้แก่ อุบัติเหตุที่ Acerinox accident ในปี 1988 เมื่อบริษัท Acerinox ซึ่งดำเนินกิจการแปรรูปของเก่า (recycling company ) ของสเปน ได้เกิดอุบัติเหตุโดยทำการหลอมซีเซียม-137 จากต้นกำเนิดรังสีแกมมา

ในปี 2009 บริษัทซีเมนต์ของประเทศจีน ในจังหวัด Shaanxi ได้รื้อโรงงานผลิตซีเมนต์เก่าที่เลิกใช้แล้ว โดยไม่ได้ดำเนินการตามมาตรฐานการปฏิบัติงานกับสารรังสี ทำให้ซีเซียม-137 บางส่วนที่ใช้ในเครื่องมือตรวจวัดซีเมนต์ ถูกส่งไปหลอมรวมไปกับโลหะที่ไม่ใช้แล้ว 8 คันรถที่โรงงานหลอมเหล็ก

ถอดความจาก Caesium-137
เวบไซต์ www.wikipedia.org/