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セシウム137

セシウムの同位体

セシウム137（英: caesium-137, 137
55Cs）はセシウムの放射性同位体であり、質量数が137のものを指す。ウラン235などの核分裂によって生成する。

セシウム137
セシウム137の崩壊図
概要
名称、記号 セシウム137,137Cs
中性子 82
陽子 55
核種情報
天然存在比 ~0（微量放射性同位体）
半減期 約 30.1 年
崩壊生成物 137mBa
同位体質量 136.907 u
スピン角運動量 11⁄2-
β, γ 1.176[1] MeV

放射性崩壊

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30.1年の半減期を持ち[2]、ベータ崩壊によりバリウム137の準安定同位体、すなわちバリウム137m (137mBa, Ba-137m) になる（95 %の崩壊がこの同位体を作り、残りの5 %が基底状態の同位体を作る）。バリウム137mの半減期は約2.55分で、これはすべて核異性体転移によるものである。1 gのセシウム137の放射能の量は 3.215 TBq である。

バリウム137mの光子エネルギーは662 keVである。これらの光子は食品照射や癌の放射線療法に使われる。セシウム137は反応性が高く、扱いにくいので、工業用のX線撮影にはあまり使われない。セシウム塩が水に非常に溶けやすいことも、扱いを難しくしている。コバルト60 60
27Co は反応性に乏しい金属で、高エネルギーγ線を放出するので、X線撮影に適している。セシウム137は湿度計、密度計、流量計などの工業用計器にも使われている[3]。

環境中の放射性セシウム

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セシウム137のγスペクトル：660 keV γ- と 30 keV Ba Kα線
 
ネバダ核実験場でのアメリカの核実験後での堆積物のうち、最もセシウム137が含まれていた10回の爆発。SimonとHarryという爆発実験は1953年のアップショット・ノットホール作戦のもので、GeorgeとHowは1952年のタンブラー・スナッパー作戦のものである。

セシウム137は、1945年広島・長崎への原子爆弾投下によって地球上に放出され、1940年代〜1960年代のアメリカ・ソ連の核実験、1954年ごろからの大規模な水爆実験や核事故で高濃度に放出された。チェルノブイリ原子力発電所事故においても大量に放出され、2005年現在、セシウム137はチェルノブイリ原子力発電所周辺の放射線汚染地域での、主な放射線源である。原子炉内部の物質が環境中に放出されたとき、セシウム134、ヨウ素131、ストロンチウム90、プルトニウムとともに、セシウム137は健康への影響が最も大きい放射性同位体の1つである[要出典]。

チェルノブイリ事故以後のドイツ全土について平均してみると、セシウム137による汚染は、平均で2000-4000 Bq/m2となっている[要出典]。これは1 mg/km2に相当し、500 gのセシウム137がドイツ全土にばらまかれたことになる。

セシウム137は、ほぼ全て人為的に生成された核種である。非人為的には、極めて低い確率で起こる天然ウランの自発核分裂で痕跡量が生成する程度である。そのため、核実験が始まる以前には自然環境中に殆ど存在していなかった。この同位体から放出される特性γ線を観測することにより、密封容器の内容物が核実験の幕開け以前に製造されたものかどうか判別することができる。この手順は、高級ワインが偽物であるかどうかの鑑定のため、特にジェファーソン・ボトル事件などで用いられた。

ウラン235の熱中性子核分裂において直接生成する場合の核分裂収率は、セシウム137は0.06 %に過ぎないが、ヨウ素137（半減期24.5秒）は2.6 %、キセノン137（半減期3.82分）は3.2 %生成し、その他テルル137（半減期2.5分、0.39 %）なども含めて、これら短寿命核種がベータ崩壊してセシウム137となるため、累積の核分裂収率は6.2 %となる[4]。

海洋中の分布

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海洋中では水深約200 m付近にある水温躍層（温度変化の急激な変化点）より浅い海域に多く存在し、濃度は比較的均一である。つまり、水温躍層が一種のバリヤ的機能を果たしている。生物濃縮により魚食性の高い魚種での高い濃縮度を示すデータが得られている[5]。

危険性

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アクチノイドと、その核分裂生成物
崩壊系列 半減期(年) 核分裂収率
4n 4n+1 4n+2 4n+3 >7% >5% >1% >0.1%
244Cm 241Pu 250Cf 243Cm 10 - 30 137Cs 90Sr 85Kr
232U 238Pu 60 - 90 151Sm
249Cf 242Am 100 - 400
241Am 251Cf 400 - 900
240Pu 229Th 246Cm 243Am 5 - 7千
245Cm 250Cm 239Pu 8千 - 3万
233U 230Th 231Pa 3万 - 16万
234U 20 - 30万 99Tc 126Sn 79Se
248Cm 242Pu 30 - 40万 この7核種が長寿命核分裂生成物
237Np 1 - 2百万 93Zr 135Cs
236U 247Cm 6百万 - 3千万 107Pd 129I
244Pu 8千万
232Th 238U 235U 7 - 140億
太字の核種は核分裂性 太字の核種は中性子毒

セシウム137に限らず、セシウムの化合物は多くが水溶性であり、体内に取り込まれやすいが、同時に排泄されやすい性質も持つ[6]。生体内での振る舞いはカリウムやルビジウムに似ている。取り込まれたセシウムは体内を循環し、ベータ線による内部被ばくを起こす[要出典]。福島第一原発事故の後安楽死させた牛の調査によれば、 臓器中の放射性セシウム濃度は血液中の放射性セシウムに比例し、骨格筋で最も高く血中の約21.3倍であった。母牛と胎児・子牛の組の比較では臓器によらず胎児の放射性セシウム濃度は母牛の1.2倍、子牛では1.5倍になっていた[7]。

ヒトにおける体から排泄されることによる生物学的半減期は平均70日である[8][9]。この期間は年齢により変化し[8]、若年では短く（19日から57日）、老年では長い（80日から110日）[10]。

多量のセシウム137を摂取した場合の治療薬としてプルシアンブルー（紺青、ヘキサシアノ鉄(II)酸鉄(III)）が用いられる[11]。プルシアンブルーは水溶性のセシウムに結合して不溶化することにより、腸肝循環に入ったセシウムの再吸収を防いで排出させやすくする[12]。投与に当たっては放射能量の測定などの制限があり、予防的な投与はしないよう勧告されている[12]。また低カリウム血症や消化管の蠕動運動の不調による滞留の長期化、鉄の過剰蓄積に注意する必要がある[13]。セシウム137の摂取量が30mSv以下ではそもそも投与による利益が期待できず、300mSv以上でなければ効果が期待されない[14]。小児以下の年齢では使用例が少なく、安全性が不明である[13]。

放射能汚染の原因となる主要三核種の一つである[注釈 1]。

生体に対する影響

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経口で10000 Bqを摂取した時の実効線量は0.13 mSvとされ、1 mの距離に1.00 MBqの線源があった場合、ガンマ線によって1日に1.9 µSvの外部被曝を受ける[16]。

世界保健機関 (WHO) の飲料水中の放射性核種のガイダンスレベルは、平常時の値は10 Bq/Lで原子力危機時の誘導介入レベル[注釈 2]であり、国際原子力機関は介入レベル[注釈 3]を3,000 Bq/Lとしているが平常時の値や誘導介入レベルは定めていない[17]。日本では、2011年東北地方太平洋沖地震における福島第一原子力発電所事故を受けて、放射性セシウムの飲料水中及び牛乳・乳製品中の暫定規制値を200 Bq/kgと定めた[18][19]。2012年4月より強化されている規制値については福島第一原子力発電所事故の影響 食品中の放射性物質に対する規制の節参照。

セシウム137の重量あたりの蓄積量は、子供は心筋・甲状腺において大人のおよそ3倍、その他の臓器ではおよそ2倍とされている[20][21]。

心筋細胞等にセシウム137が過剰に蓄積しやすく、心筋障害や不整脈などの心臓疾患が惹起されやすいことが指摘されている[22][信頼性要検証][23]。詳細は「ユーリ・バンダジェフスキー」を参照のこと。

チェルノブイリ原子力発電所事故後に作業員や住民にみられる免疫機能が低下するチェルノブイリ・エイズの発生機序について、セシウム137による内部被曝で胸腺が破壊され、ヘルパーT細胞を含むリンパ球のT細胞系が作れなくなり、B細胞に抗体グロブリンを作るように命令してくれるはずのT細胞が存在しないので、血中の免疫グロブリンの数が激減してしまう、等と述べられている[24]。詳細は「チェルノブイリ・エイズ」を参照のこと。

胸腺は放射線や副腎皮質ホルモンなどに暴露されると萎縮するが特にT細胞を盛んに産出している時期は感受性が高い。胸腺中のリンパ球が最も多いのは思春期（10代前後）でピーク時の胸腺は30～40gに達する。その後は急速に萎縮し脂肪組織に置き換わる。そのため胸腺は最も老化の早い器官[25]といわれる。逆にいえば胸腺は発達が早く、たとえば、出生直後のマウスで胸腺摘出を行うと、マウスは免疫不全に陥るが、成熟マウスで摘出をしても免疫系に影響は少ない。これは、成熟した個体では十分なT細胞のプールができ、末梢でもリンパ球が生理的増殖を行うようになるからである[25]。詳細は「胸腺」を参照のこと。

生物濃縮

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→詳細は「セシウム § 生物濃縮」を参照

事故例

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前述のとおり人為的生成核種であり、原子力事故による漏洩が支配的である。原子力発電所などの原子力関連施設からの漏洩によるもののほか、一般に、放射性物質を不適切に管理すると、外部へ持ち出される恐れがある。その際に一般市民が被曝した事故としてゴイアニア被曝事故がある。

また、原料に混入すると、放射性物質を含む製品を生産することになる。アセリノックス事故（英語版）では、スペインのアセリノックスというリサイクル会社が、γ線発生器のセシウム137を溶融してしまった[26][27]。2009年には、中国陝西省のセメント会社が、古い使われていないセメント工場を取り壊し、放射性物質取り扱いの基準に則らなかった。それにより測定機器に使われていたセシウム137が、トラック8台分の金属片とともに製鉄所に送られた。そうして、放射性セシウムが鋼鉄に混入することになった[28]。

脚注

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[脚注の使い方]

注釈

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  1. ^ ほかの主要三核種はヨウ素131、セシウム134である。三核種は軽いため飛び散りやすく、人体に摂取されやすい水溶性である[15]。
  2. ^ 介入レベルを超えないように環境汚染物質や汚染食品の摂取、流通を制限するため、二次的に設定される制限レベル、「暫定規制値」とも言う。
  3. ^ 敷地外の一般公衆が過度の被ばくを生ずる恐れのある場合は、実行可能な限り被ばく低減のための対策をとることが必要となるため、その判断の基礎となる線量。

出典

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  1. ^ The Lund/LBNL Nuclear Data Search. “Nuclide Table”. 2009年3月14日閲覧。
  2. ^ “Properties of Caesium-137 isotope”. Wolfram Alpha LLC (Retrieved 10 September 2010). 2011年3月15日閲覧。
  3. ^ “アーカイブされたコピー”. 2016年3月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年3月20日閲覧。
  4. ^ Fission Product Yields per 100 Fissions for 235U Thermal Neutron Induced Fission Decay, T.R. England and B.F. Rider, LA-UR-94-3106, ENDF-349
  5. ^ 海産生物と放射能―特に海産魚中の137Cs濃度に影響を与える要因について 笠松 不二男 (財) 海洋生物環境研究所
  6. ^ “環境省_内部被ばくと放射性物質”. www.env.go.jp. 2023年11月20日閲覧。
  7. ^ 福島原発事故での警戒区域内に残された牛の調査 (Distribution of Artificial Radionuclides in Abandoned Cattle in the Evacuation Zone of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant)「PLOS ONE」2013年1月　[1]
  8. ^ a b McCraw, T. F. (1965). “The half-time of cesium 137 in man”. Radiological Health Data and Reports 6 (12): 711–718. PMID 5853185. http://www.hss.energy.gov/HealthSafety/IHS/marshall/collection/data/ihp1d/5567f.pdf. 
  9. ^ Nave, R. “Biological Half-life”. HyperPhysics. Department of Physics and Astronomy, Georgia State University. 2011年3月15日閲覧。
  10. ^ Fisher, Darrell. “Answer to Question #560 Submitted to "Ask the Experts"”. Health Physics Society. 2013年1月5日閲覧。
  11. ^ CDC (2010年). “Fact Sheet Prussian Blue”. Emergency Preparedness and Response. Centers for Disease Control and Prevention. 2013年10月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年1月5日閲覧。
  12. ^ a b 緊急被ばく医療研究センター. “プルシアンブルー使用に関する注意喚起”. 放射線医学総合研究所. 2013年1月5日閲覧。
  13. ^ a b “ラディオガルダーゼカプセル500mg 添付文書” (2012年12月). 2016年6月27日閲覧。
  14. ^ Bailey, M.; Bexon A.; Etherington, G.; Fielder, R.; Haywood, S.; Lloyd, D.; McColl, N.; Meara, J.; Morrey, M.; Shutt, A.; Walker, K.; Astbury, J.; Howard, J.; Croft, J.; Field, J.; Walker, H.; Buxton, C.; Campbell, A.; Milner, R.; Napier, I.; Wright, T.; Ross, A. (2010). Use of Prussian Blue (Ferric Hexacyanoferrate) for Decorporation of Radiocaesium. Health Protection Agency. p. 44. http://www.hpa.org.uk/webc/HPAwebFile/HPAweb_C/1287146529825 
  15. ^ 高田純『放射線防護の基礎知識』イーグルパブリシング、2011年、102-103頁。
  16. ^ “原子力資料情報室”. Citizens' Nuclear Information Center. 2011年3月19日閲覧。
  17. ^ 世界保健機関 (2011年3月31日). “水道水汚染について” (pdf). 2011年4月4日閲覧。
  18. ^ 厚生労働省 (2011年3月17日). “放射能汚染された食品の取り扱いについて” (pdf). 2011年3月29日閲覧。
  19. ^ 財団法人高度情報科学技術研究機構 (2010年12月). “＜大項目＞ 放射線影響と放射線防護＜中項目＞ 原子力施設による健康影響＜小項目＞ 放射線事故対策＜タイトル＞飲食物摂取制限 (09-03-03-06)”. 2011年4月4日閲覧。
  20. ^ Bandazhevsky, Y. I. (2003). “Chronic Cs-137 incorporation in children’s organs”. Swiss Medical Weekly 133: 488–490. PMID 14652805. http://www.smw.ch/docs/pdf200x/2003/35/smw-10226.pdf. 
  21. ^ 崎山比早子「放射能セシウム汚染とこどもの被曝」『科学』第81巻第7号、2011年、695–698頁。 
  22. ^ ユーリ・バンダジェフスキー 著、久保田護 訳『放射性セシウムが人体に与える 医学的生物学的影響: チェルノブイリ・原発事故被曝の病理データ』合同出版、2011年12月13日。ISBN 978-4772610476。 p40
  23. ^ Non cancer illnesses and conditions in areas of Belarus contaminated by radioactivity from the Chernobyl Accident Prof. Yuri Bandashevsky Proceedings of 2009 ECRR Conference Lesvos Greece
  24. ^ Chernobyl: Consequences of the Catastrophe for People and the Environment (PDF) （英語）
  25. ^ a b 菊地浩吉,上出利光『医科免疫学』26-28
  26. ^ “Radioactive Scrap Metal”. NuclearPolicy.com. Nuclear Free Local Authorities. 2007年3月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年3月15日閲覧。
  27. ^ LaForge, J. M. (1999). “Radioactive Caesium Spill Cooks Europe”. Earth Island Journal (Earth Island Institute) 14 (1). オリジナルの2008年9月5日時点におけるアーカイブ。. https://web.archive.org/web/20080905135613/http://www.earthislandprojects.org/eijournal/winter99/wr_winter99cesium.html. 
  28. ^ “Chinese 'find' radioactive ball”. BBC News (27 March 2009). 2011年3月15日閲覧。

外部リンク

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