銫[sè]-137（Cesium-137），化學元素銫的一個放射性同位素，其元素符號137Cs，為原子序數為55，原子量為136.907。銫-137是一個核裂變產物，在環境中銫-137的主要來源有核泄漏等核事故，以及核武器試驗等。銫-137的主要來源還包括核反應堆的放射性廢物和核燃料后處理廠的放射性廢液，以及原子彈、氫彈等核武器試驗、核武器制造過程中所產生的放射性廢液。蘇聯切爾諾貝利核事故以及日本福島核事故后，都檢測到大量銫-137被釋放到環境中。銫-137屬于中毒性核素，具有放射性，其半衰期為30.17年。銫-137能夠在環境中滯留很長時間，在環境介質長期存在并在生態系統各介質中循環，因此它是環境放射性核素之一，并且還會通過食物鏈進入人體內危害人類健康。
銫-137是一種γ放射源，工業上可用于焊接探傷、密度測量、厚度測量、核輻射稱重、測井等領域，醫療中其可用于診斷腫瘤、治療癌癥等，農業上可用于輻照育種等。
發現歷史
發現背景
由于最初的γ射線來自昂貴且稀缺的鐳，所以γ射線無法得到廣泛使用。人們希望找到鐳的替代品來提供γ射線源。當核裂變被發現可以提供人造放射性同位素時，人們開始從中尋找用于放射治療的理想伽馬射線來源。這促成了銫-137的發現。
銫-137的發現
放射性銫在實際被發現之前就被預測了。加利福尼亞大學伯克利分?；瘜W系的格倫·西博格（Glenn Seaborg）在鑒定回旋加速器產生的放射性核素時注意到，在裂變的產物中沒有堿金屬元素的放射性同位素（鈉、鉀、、銫、未知元素87），西博格為了解答為什么裂變不產生堿金屬元素，開始計劃在裂變產物中尋找堿金屬元素。
化學專業的本科生瑪格麗特·梅爾哈塞（Margaret Melhase）在朋友建議下進入了西博格的項目。1941年3月3日梅爾哈塞得到100克硝酸鈾，這是一種被60英寸的伯克利回旋加速器的中子照射過的鈾化合物。梅爾哈塞提用醚萃取法去除了鈾化合物，通過化學方法除去了除堿金屬元素以外的所有金屬元素。銣，唯一可能是裂變產物的堿金屬元素，也被單獨除去。經過幾個月的提取和分析，最終提純后的元素被識別為是銫的同位素，提純后的銫碎片的放射性強度足以用金箔驗電器測量，而在超過十四周的時間里強度基本上沒有變化。梅爾哈塞只能得出這樣的結論：放射性銫的半衰期很長。后來確定這種放射性同位素是銫-137，并測出其半衰期為30年（準確半衰期應為30.167年）。
來源與分布
銫-137來源
1945年美國成功完成了人類歷史上的第一次核武器試驗，這一試驗的成功宣告人類正式進入核時代。隨后美國分別在日本的廣島和長崎各投下了一顆原子彈，隨著兩顆原子彈的爆炸，日本宣布無條件投降，二戰也隨之結束。戰后各國發現原子彈的巨大威力，紛紛開始研究制造原子彈。從原子彈發明后，據統計全世界各國一共進行了兩千多次的核爆炸試驗。
銫-137主要來源有原子彈、氫彈等核武器試驗，核反應堆的放射性廢物，核燃料后處理廠的放射性廢液，核事故等。例如1986年蘇聯切爾諾貝利核事故以及2011年的日本福島核事故后，都在環境中檢測到大量銫-137的存在。
銫-137分布
在自然界的分布
銫-137在分布上呈現北半球沉降量大于南半球的空間分布規律。核爆炸等核事故處的附近地區銫-137含量高于全球平均水平。銫-137塵埃在中高緯度地區比低緯度地區含量高。在核爆炸中產生的銫-137廣泛分布在整個生物圈，它在幾乎所有生物中都可檢測到。銫-137的長期有效性主要取決于生態系的選擇性，特別是土壤的性質，土壤類型影響銫-137在土壤中的分布。
在人體的分布
放射性銫（銫-137、銫-134）在人體的分布與排除：放射性銫進入人體后的分布與鉀類似，表現為全身性、相對均勻分布。全部滯留于全身軟組織，尤其是肌肉中，而且可進入細胞內，在骨骼和脂肪中的濃度較低。這些放射性物質可引起軟組織腫瘤并導致多種癌癥，如甲狀腺癌、卵巢癌、乳腺癌、膀胱癌和膽管癌等。放射性銫不論以何種途徑攝入體內，主要通過腎由尿排除，腸道排除量很少。放射性銫排除速率很快，在攝入早期尤其以最初兩晝夜排除最多，以后逐漸下降。放射性銫也可經乳汁快速排除。
應用領域
醫療應用
銫-137是當今使用最廣泛的放射性同位素之一，銫-137被用于近距離放射治療，以治療各種類型的癌癥，在全球范圍內用作放射性治療，在各種癌癥治療中具有重要作用，例如，銫-137腔內后裝治療宮頸癌等。氯化銫注射液可用于心臟掃描，輔助診斷心肌梗死及其病變。
銫-137還可以用于營養品和中成藥的滅菌、醫療器械的殺菌等。利用銫-137的γ射線對藥品進行消毒滅菌，可以解決乙醇消毒和紫外消毒等一般方法深度消毒效果不好的問題。利用銫-137輻射源進行醫療器械消毒滅菌，具有耗能低，滅菌效果好，穿透力強，對環境友好，對熱敏材料特別適宜，操作簡單等優點。
工業應用
銫-137通常用作工業應用中的放射源，如濕度和密度計，水平儀，流量計、測厚儀和其他傳感器設備。利用銫-137的β-衰變對生產過程中的介質料位或密度等參數進行檢測，銫-137輻射源γ射線測量密度的方法具有靈敏度高、穩定、維護時便捷等優點。在安檢中銫-137可以用于對一般違禁品的檢查，對于金屬武器檢查效果很好，對炸藥的檢查也有一定的作用，常用于篩選可疑行李的第一道防線。
農業應用
高活度銫-137源可用于輻照育種，常見應用有水稻離體輻射技術、輻射誘變對大麥體細胞組織離體培養、花卉輻射育種等。通過水稻離體輻射技術的應用，可以獲得一些優良的突變株。通過輻射誘變對大麥體細胞組織離體培養表明，在一定輻照劑量單位內，銫-137射線輻射對植株再生有重大影響。利用銫-137輻射誘變獲得了諸如菊花新品種“夕霞”，茶花新品種“十八學士”等新的花卉品種。
其他應用
銫-137可用于葡萄酒年份鑒定，用于制造同位素電池和同位素熱源，作為核電事故的信號核素，制成137Cs-137mBa放射性同位素發射器。此外，銫-137還可以物質追蹤檢測，利用銫-137示蹤法研究土壤侵蝕現象，可以展現出土壤在水平和垂直方向上的侵蝕方向和侵蝕速率。
放射性
銫是一種銀色軟金屬，屬于堿金屬元素，其化學性質于鉀相似。銫-137是銫的放射性核素，其化學符號為Cs-137，屬于中毒性核素。銫-137是一個含量非常豐富的裂變產物，半衰期為30.167年。發生衰變時，137Cs先發生β衰變時釋放0.512MeV能量的粒子（占比94.6%），得到137Ba兩種同質異能態的一種，進而釋放出γ射線。其衰變圖如下：
典型事故案例
日本福島核事故
2011年，日本東京電力公司福島第一核電廠1號至4號機組受海嘯影響發生爆炸事故。該事故造成了嚴重的經濟損失、人員傷亡以及放射性物質泄露。2011年4月初，距離核電站30千米的海水內137Cs的含量從事故發生前的1~3 mBq/L，激增到10Bq/L，距離核電站不足500米范圍內的海水中134Csi、137Cs甚至達到過68000Bq/L。據統計，事故發生后被釋放到環境中的放射性物質約有7.7×105TBq，其中散布在日本陸地的約占19%，進入海洋的大約80%，還有不足1%沉積于歐亞大陸和北美地區，僅137Cs一種放射性核素，就大約有7~20 PBq被釋放到大氣中，1~6 PBq被直接排放進入海洋。
切爾諾貝利核事故
1986年4月，蘇聯切爾諾貝利核電站的4號機組發生了爆炸事故，造成大量的強放射性物質外泄，核電站附件超過6萬平方千米的土地被直接污染，320多萬人受到輻射，據調查，該事故共造成27萬人患癌癥，約9.3萬人死亡 ，并導致全球自然環境中137Cs的總蓄積量增加了約5％。
三哩島核事故
1979年3月28日，美國賓夕法尼亞州薩斯奎哈納河三哩島發生一次部分堆芯熔毀事故。事故造成大量放射性物質外泄，導致一人死亡，100多人住院治療。
其他核事故
1987年巴西戈亞尼呀137Cs事故。1987年9月，兩名小偷從巴西戈亞尼亞一家私人診所偷走一臺137Cs射線治療機，并將其放射源賣給一家廢品收購站，最終造成4人死亡，數百人受到污染，直接產生3000立方米的放射性廢物。1992年8月，中國湖南永州市朝陽水泥廠發生一起燒成車間γ射線料位計銫137放射源失蹤事故。經過4天停產調查，最終在球磨機里面找到了該放射源。此次事故造成76名員工受到γ射線照射。此外，1957年10月，英國坎伯蘭郡溫茨凱兒反應堆1號機組堆芯著火并融化，造成大量放射性物質泄露；1961年1月3日，美國愛達荷州美國國家反應堆試驗站因職工錯誤操作，造成電涌和蒸汽爆炸，現場全部三名工作人員因受到致命輻射而喪生。
環境危害
對環境的影響
隨著核能技術的廣泛應用和發展，銫-137必然會進入環境介質中，污染水源、土壤和大氣，造成污染事故，破壞生態環境，危害動植物和人類健康。銫-137半衰期長達30年，可以長期存在于環境中，環境中的銫-137被動植物吸收，繼而在生態系統中長期循環。
在環境中的遷移
銫-137經沉降到達地面后，可直接污染土壤、露天水源和生長中的植物。它們可在不同時間擴散到不同區域，也可直接沉降到植物表面或進入土壤后被植物根部吸收入體內。露天放牧的牛、羊等家畜直接食入受到放射性污染的牧草時，也會造成內污染，進而造成奶及奶制品的污染。
銫-137能長期滯留于環境中，自然環境中的137Cs很容易進入人體內，主要方式是由食物鏈進入，這種“長期有效性”受生態系統的特征，尤其是土壤性質的影響。核電站等放射性核設施所產生的137Cs經過濕沉積進入土壤表層，然后一部分137Cs被土壤中礦物質顆粒吸附固定，一部分繼續向下進入深層土壤，還有部分通過植物吸收攝取。粘土含量較高的土壤或沉積物，通過內部化學鍵的相互作用，可以牢固的吸附銫-137，因此生物體能從中攝取到的量很少。反之，一些沙性土壤對銫-137的固定能力較差，這是由于沙性土壤中陽離子交換容量有限，導致其不能夠牢固地吸著銫-137，其中的銫-137可以較多的轉移至生物體。
進入大氣中的銫-137可通過大氣沉積或表面吸附和根部吸收進入植物內部，也可通過呼吸、消化以及表面吸收或吸附而進入動物體內。進入水生生態系統中的銫-137在水域底部的沉積物中長期聚集，水生生物在攝食過程中攝入底部沉積物從而導致對銫-137的高度濃集。銫-137進入人體的最主要途徑是植物的直接污染。
提取方法
銫-137是從后處理的高放廢液中提取的，其含量隨輻照元件燃耗深度而異，當燃耗深度為1000 MWD/TU時，冷卻100天后，每噸鈾燃料中含110 g銫。燃耗深度為2.65?X?104 MWD/TU時，冷卻一年后，每噸鈾燃料中含2300 g銫，其中銫-137含量約占41%。銫-137提取方法主要有沉淀法、萃取法、離子交換法。
沉淀法
沉淀法原理是：溶液中的銫離子能與某些試劑反應生成難溶的化合物或共結晶沉淀。因此，可以通過一種試劑與溶液中的銫反應產生沉淀，從而達到與其他元素分離的目的。常用的有磷鎢酸鹽沉淀法和銫鉀釩共結晶分離法。
萃取法
在堿金屬中，銫的離子半徑最大，因此形成配位配位化合物的趨勢較弱，但它能與二苦胺、四苯硼鈉等萃取劑形成可萃取的離子締合物，進而將其萃取出來。
無機離子交換法
離子交換分離法可分為有機離子交換和無機離子交換兩類，提取銫-137一般采用無機離子交換法。適于從堿性廢液中提取銫的無機離子交換劑有沸石(斜發沸石)和人造沸石類，其他還有硅膠-鋁礬土類。適于從酸性廢液中提取銫的無機離子交換劑有磷酸鋯或磷酸鋯-磷鎢酸，其他不溶性磷酸鹽類如磷鉬酸銨也可以從這類廢液中富集銫。
檢測方法
(1)《食品中放射性物質檢驗銫-137的測定》(GB 14883.10-2016)
(2)水和生物樣品灰中銫-137的放射化學分析方法（HJ 816-2016）
(3)《工業儀表用銫-137γ輻射源》(GB/T 13366-2009)
(4)《銫-137內照射劑量估算與評價方法》(EJ/T376-89)
安全事宜
損傷效應
沉降在地表的137Cs會對人造成外照射；銫-137具有毒性，進入人體后可造成對人體的輻射效應，主要是β輻射；其衰變體為激發態的137mBa，主要是γ輻射。銫-137對人體的損傷效應可分為確定性效應和隨機性效應。
確定性效應是指人體攝入大量銫-137后，會引起急性和慢性損傷。急性損傷包括體重下降、胃腸道損傷、骨髓破壞和出血候群癥等，呼吸道吸入還可造成呼吸系統及血管病變。攝入劑量小于0.25Gy尚屬安全范圍，攝入量超過6Gy會致死。因此，對生物體內的銫-137含量進行長期的監測管理和控制是十分必要的。慢性損傷是人體少量多次攝入銫-137后，機體的慢性損傷，表現為造血功能減弱以及各組織和器官的炎癥性病變，最明顯的是肺部、胃腸道、泌尿道及生殖系統炎癥等。隨機性效應是指銫-137可引起軟組織腫瘤，如甲狀腺癌、神經細胞肉瘤、乳腺癌、膽管癌、膀胱癌、卵巢癌和淋巴肉瘤等，被列為1類致癌物。
防治方法
可以使用麻醉藥和止吐藥來對抗暴露癥狀，以及抗生素來對抗由于免疫系統缺陷引起的繼發感染，但不能通過治療逆轉輻照的影響。所以應從源頭做好檢測控制和治理以及防護。
工業上防護銫-137的方法：認真貫徹執行《放射性同位素與射線裝置散射防護條例 》，嚴格執行安全操作章程和安全防護管理規章規定，對操作、維修人員加強思想教育和技術培訓，提高放射防護意識 ，嚴禁馬虎執事，在進行設備維修時，要防止發生誤照和放射源脫落等事故，各級衛生、公安等部門要加強對使用單位的監督管理，以防止放射事故的發生。
參考資料 >
Cesium-137 | Cs - PubChem.PubChem.2023-03-05
Cesium | Cs (Element) - PubChem.PubChem.2023-03-06
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