铯-137

一种核素

铯-137，是铯的一种核素，核素符号为137Cs。已发现铯的同位素多达三十七种。铯的环境放射性核素137Cs会释放γ射线，放射性较强，其半衰期长达三十年，如果人食入或吸入了137Cs，摄入剂量小于0.25Gy尚属于安全范围，若摄入剂量超过6Gy的137Cs会致死。沉降在地表的137Cs会对人造成外照射，也会对身体有较持久的影响。主要来源于原子弹、氢弹等核武器试验、核武器制造过程中所产生的放射性废液、核反应堆的放射性废物和核燃料后处理厂的放射性废液。还普遍运用于工业、医学、农业及生物学应用等领域中。

理化性质

137Cs是金属铯的同位素之一，其半衰期为30.17a，一旦进入环境中，会长期存在，因此，它是环境放射性核素之一。137Cs主要来自氢弹、原子弹等核武器试验、在核武器制造过程当中产生的放射性废液与核反应堆的放射性废物等；也可以通过137Ba（n，p）137Cs反应来生产。137Cs的放射性性质，如表所示。

137Cs的衰变过程是β-衰变，衰变过程中发射两种β-粒子，最大衰变所释放的能量分别0.512MeV（94.6%）和1.174MeV（5.4%），半衰期30.17a。137Cs发射0.512MeV伏的β-射线后转变为137mBa。137mBa作同质异能跃迁衰变，其伽玛能量为0.6617MeV，半衰期2.55min。

主要来源

自然环境中放射性环境核素137Cs主要来源于原子弹、氢弹等核武器试验、核武器制造过程中所产生的放射性废液、核燃料后处理厂的放射性废液和核电站核反应堆的放射性废物等。1945年美国成功完成了人类历史上的第一次核武器试验，这一试验的成功宣告人类正式进入核时代。随后美国分别在日本的广岛和长崎各投下了一颗原子弹，随着两颗原子弹的爆炸，日本宣布无条件投降，二战也随之结束。战后各国发现原子弹的巨大威力，纷纷开始研究制造原子弹。从原子弹发明后，据统计全世界各国一共进行了两千多次的核爆炸试验。因此环境中的137Cs主要就是源于大气层核试验时，因核弹爆炸所释放产生的放射性落下灰及核电站发生爆炸事故时向大气释放的放射性137Cs随气流运动逐渐降落到地表。

核电站等放射性核设施所产生的放射性流出物中也含有137Cs。它们也是导致区域放射性污染的重要原因。核电站等放射性核设施所产生的137Cs经过湿沉积进入土壤表层，然后一部分137Cs被土壤中矿物质颗粒吸附固定，一部分137Cs继续向下进入深层土壤，还有一部分137Cs通过植物吸收摄取。土壤表层的放射性核素137Cs能够对人直接造成外照射，还会经由植物的根部吸收再通过食物链途径进入人体内，对人造成内照射危害，土壤表层放射性核素137Cs颗粒和沉降物经风扬起，再通过呼吸过程进入人体，对人造成内照射。

这些由铀裂变产生的137Cs直接污染土地、山川、湖泊、海洋和生长发育中的植被，从而进入生态圈以及食物链，最终危害到人类。

报道称，研究人员对一系列用2009-2012年间采摘的葡萄做成的红葡萄酒和粉红葡萄酒进行分析。分析结果表明，在样品中含有铯-137或放射性铯，这是由人类活动造成的、主要形成于核反应堆中的核裂变和核武器的同位素。

环境污染及人体照射途径

在正常使用或操作条件下，密封放射源对环境不会产生明显影响。但放射源失控，如遗失或被盗、事故情况及含源仪表和装置在公众可接近场所使用，可对周围环境形成一定的辐射场。

对于137Cs密封源来讲，人体受照途径主要是外照射；事故情况下核素泄漏，核素137Cs还可通过食入、吸入或皮肤污染进入人体，引起内照射。

应用领域

铯的用途十分广泛，其主要用于高新技术的开发和研究，如用于磁流体发电、热离子发电、涡轮发电及离子推进技术的研究和开发等。铯原子还可制成铯原子钟，又称“铯钟”。铯原子钟是一种高精密度的计时器具，最好的铯原子钟可达到2000万年才相差1秒。

铯的环境放射性核素137Cs主要来源于原子弹、氢弹等核武器试验、核武器制造过程中所产生的放射性物质。137Cs还普遍运用于工业、医学、农业及生物学应用等领域中。在工业中，制作的工业γ放射源，可用于焊接过程中的探伤、密度测量、厚度测量、核辐射称重、测井等。在医学中，制作的医用γ放射源可用来诊断肿瘤、治疗癌症等。137Cs在农业及生物学中的应用主要是，用高活度137Cs源进行辐照育种、辐照储存食物和设备器械杀菌等。137Cs还可作为核电站事故的信号核素。随着人类社会的发展，时代的进步，人类对能源的需求量日益增加。现代社会中，化石能源是人类主要使用的能源。伴随着化石能源的大量使用，虽然推动了人类文明和科技的进步，但同时也对环境造成了严重的影响，引发了一系列环境问题。为还人类社会一个碧水蓝天的生态环境，人们正在研究能够大规模替代石油、煤炭等化石能源的清洁能源，而核电是一种清洁能源，它可以作为大规模替代化石能源的清洁能源之一。在我国因大量使用石油、煤炭等化石能源，造成许多省份空气中PM2.5含量严重超标。为了响应习近平总书记所提出的“绿水青山就是金山银山”的理论，为了应对球气候变化问题日益凸显，为了解决燃煤引发的环境问题，我国在第十三个五年计划中规划，到2020年运行核电装机容量将达到5800万千瓦，在建3000万千瓦，核电机组数量将达到90余台，从装机容量上讲，将超过法国，成为世界第二的核电大国，仅次于美国。随着核电的大力发展，核电站在正常运行和乏燃料后处理过程中会产生很多放射性废物，其中就包含137Cs，在经过一般的三废系统处理后仍然无法完全消除，因此，会有一定量的137Cs排放到环境中。环境中的137Cs主要通过食物链进入人体，被人体吸收后对人体组织和器官造成内照射危害，严重影响人类的健康，所以，对核电厂向环境中排放得137Cs进行管理、控制其及所至的辐射水平进行研究是十分必要的。

辐射危害

铯人工放射性核素中最重要的有137Cs、134Cs和131Cs三种，其中137Cs半衰期长、235U裂变时137Cs累积产额高、属中毒性放射性核素而受到人们的重视。137Cs的性质和大部分放射性核素的性质相同，它可以长期存在于环境中。但是这种长期性和生态系统的特性有关，其决定因素在于土壤的性质。相对于黏土含量较高的土壤或沉积物，通过土壤或沉积物内部化学键的相互作用，能够把137Cs牢牢的吸附柱。在这种情况下土壤就成为了137Cs的储存库，动植物就只能吸收环境中非常少一部分的铯。与之相反，某些砂性土壤对137Cs的固定能力差，是由于在砂性土壤中阳离子交换容量有限，导致砂性土壤不能够牢固地吸着137Cs。在这种情况下就会有较多的137Cs被动植物吸收，继而在生态系统中长期循环。

自然环境中的137Cs很容易进入人体内，主要方式是由食物链进入。因为137Cs被植物吸收进入植物内，再通过食物链进入动物和人体内，同样空气的137Cs经呼吸作用等途径也可进入动物和人体内。

137Cs对人体有损伤效应，主要因为它衰变后变成137mBa，137mBa会释放γ射线，虽然半衰期仅有2.55min，但是造成的损伤效应非常大。

137Cs进入人体后主要滞留于骨骼和肌肉组织中，并会引起软组织肿瘤导致癌症，如甲状腺癌、卵巢癌、乳腺癌、膀胱癌、胆管癌等。137Cs对人体的慢性损伤还表现为各组织和器官的炎症性病变，最明显的是肺部、胃肠道、泌尿道及生殖系统炎症。人体摄入量超过0.25Gy会导致神经系统和造血系统损伤，非正常生育乃至绝育。摄入量超过6Gy会致死。因此，就137Cs对人体的辐射危害而言，对生物体内的137Cs含量进行长期的监测管理和控制是十分必要。

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