Cäsium 135 – Entstehung, Halbwertzeit und Strahlenbiologie

Cäsium 135 - Halbwertszeit 2,3 Mio. JahreRadionuklide des Cäsium sind von großer Bedeutung für die Umwelt, da sie während der Kernspaltung als bedeutende Spaltprodukte mit hoher Ausbeute Cäsium 135 und Cäsium 137 und Aktivierungsprodukte Cäsium 134 und Cs 136 gebildet werden. Die Isotope stammen aus einer Reihe von nuklearen Aktivitäten wie Waffentests, nuklearer Wiederaufbereitung, Ableitungen aus dem Kernbrennstoffkreislauf und nuklearen Unfällen. Das Cäsium 135 gehört mit einer Halbwertszeit von 2,3 Mio. Jahren zu den wenigen künstlichen langlebigen Radionukliden. Es zerfällt durch Emission eines energiearmen Beta-Partikels in das stabile Isotop Barium-135.

Strahlenbiologisch wenig gefährlich

Cäsium-135 ist aufgrund seiner radiologischen Zerfallseigenschaften strahlenbiologisch nicht besonders relevant. Die sehr lange Halbwertszeit bedeutet, dass es eine sehr niedrige spezifische Aktivität aufweist, und die langsame Zerfallsrate in Kombination mit seiner geringen Zerfallsenergie trägt zu seiner geringen Gefahr bei.

Forensischer Fingerabdruck: Das Cäsium-135/ Cäsium-137 Verhältnis hat forensische Bedeutung

Während Cs 137, Cs 134 und Cs 136 routinemäßig mit hoher Empfindlichkeit durch Gammaspektrometrie gemessen werden können, ist der routinemäßige Nachweis von langlebigen Cäsium 135 durch radiometrische Methoden eine Herausforderung. Diese Messung ist jedoch wichtig, da sie für die langfristige Lagerung und Entsorgung nuklearer Abfälle von Bedeutung ist. Darüber hinaus variiert das Cs-135/Cs-137 Verhältnis mit dem Reaktor-, Waffen- und Brennstofftyp, und eine genaue Messung dieses Verhältnisses kann daher als forensischer Fingerabdruck zur Identifizierung der Quelle (n) von nuklearer Kontamination verwendet werden. Es ist ein potenzieller Tracer für die Identifizierung von Radiocesiumquellen.
Lee et al. (1993) entdeckten erstmals Cs-135 in Sedimentproben unter Verwendung eines Finnigan MAT262-RPQI (TIMS) und beschrieben die möglichen Anwendungen von Cs-137/Cs-135 als Chronometer für die quantitative Abschätzung der jüngsten Sedimentations- und Erosionsraten.

Die angegebenen Verhältnisse von Cs-135/Cs-137 betragen 0,1-0,4 bei der Einleitung aus Wiederaufbereitungsanlagen, 0,7-1,6 bei Strahlungsabfällen (Chao und Tseng, 1996), 1-2,8 bei Umweltproben (Lee et al. 1993) und 2,7 in Sedimentproben (Karam et al., 2002).

Cs 135 Bestimmung mit massenspektrometrischen Techniken

Der Nachweis von Cs 135 und Cs 137 ist durch massenspektrometrische Techniken möglich. Am häufigsten sind induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) sowie thermische Ionisation (TIMS), Beschleuniger (AMS) und Resonanzionisation (RIMS). Die kritischen Punkte, die die Genauigkeit und die Nachweisgrenzen beeinflussen, die mit dieser Technik erreichbar sind, sind die wirksame Entfernung von Barium zur Beseitigung von isobaren Störungen, die aus Ba 135 und Ba 137 resultieren, und die Beseitigung des Peak-Tailings von stabilen Cs 133 auf Cs 135. Isobare Störungen können durch chemische Trennung, am häufigsten durch Ionenaustauschchromatographie und / oder instrumentelle Trennung unter Verwendung einer mit einer Reaktionszelle ausgestatteten ICP-MS beseitigt werden. Die Beseitigung der Peak-Tailing-Interferenz hängt vom Instrument ab, das für die endgültige Messung verwendet wird (Datenquelle: Russel et al. 2015)

Hier einige wichtige Fakten in der Übersicht

 

Cäsium 135
physikalische Halbwertszeit 2,3 Mio. Jahre
biologische Halbwertszeit Mensch ca. 110 Tage
Anreicherung im Muskelgewebe
Eintrag in die Umwelt wesentlich globaler Kernwaffen Fallout
Tschernobyl Fallout
Unfall Fukushima
Grenzwert keiner
Nachweis Massenspektrometrie

Literatur

Bu, W., Zheng, J., Liu, X., Long, K., Hu S., Uchida, S. 2016: Mass spectrometry for thedetermination of fission products 135Cs, 137Cs and 90Sr: A review of methodology andapplications. In:Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy119 (2016), S. 65–75. Artikel

Chao J-H, Tseng C-L (1996) Determination of 135Cs by neutron activation analysis. Nucl Instrum Methods A 372:275–279. Abstract

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Lee T., Ku T. L., Lu H. L., Chen J. C. 1993: First detection of fallout Cs-135 and potential applications of 137Cs/135Cs ratios. Geochim. Cosmochim. Acta 57, 3493–3497. Link

Karam, L. , Pibida, L. and McMahon, C., 2002: Use of Resonance Ionization Mass Spectrometry for Determination of Cs Ratios in Solid Samples, Applied Radiation and Isotopes. Appl Radiat Isot. Jan-Feb 2002;56(1-2):369-74. Abstract

Russell B., C., Croudace I., W., Warwick P., E., 2015: Determination of ¹³⁵Cs and ¹³⁷Cs in environmental samples: A review. Anal Chim Acta.  Aug 26;890:7-20. doi: 10.1016/j.aca.2015.06.037. Epub 2015 Aug 8. Link.

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https://web.archive.org/web/20110429095603/http://www.ead.anl.gov/pub/doc/cesium.pdf

U.S. National Library of Medicine – National Center for Biotechnology Information Cs-135

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4823706/

Verfahren zur präzisen Messung der Atomverhältnisse von 135Cs / 137Cs in Umweltproben bei extremen Dynamikbereichen und Ultra-Trace-Werten durch thermische Ionisationsmassenspektrometrie: Link.

https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Cesium-135#section=Substances-by-Category