Cesium (Cs) là gì? Tính chất, ứng dụng và nguy cơ phóng xạ từ kim loại kiềm đặc biệt

Chu Văn An

Xesi là một kim loại kiềm đặc biệt có màu vàng bạc và có khả năng chảy lỏng ở nhiệt độ gần phòng. Mặc dù đóng vai trò quan trọng trong các công nghệ như đồng hồ nguyên tử và khai thác dầu khí, nhưng Caesium cũng đi kèm với mặt tối – nguy cơ phơi nhiễm phóng xạ từ đồng vị Caesium-137, vốn đã gây ra nhiều thảm họa trên toàn thế giới. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về yếu tố độc đáo nhưng đầy mâu thuẫn này.

1. Caesium là gì và nó có gì đặc biệt?

Xesi (hay Caesium, ký hiệu hóa học Cs) là nguyên tố kim loại kiềm thuộc nhóm IA trên bảng tuần hoàn, có màu vàng bạc và những tính chất vô cùng đặc biệt. Đây là một trong số ít kim loại có thể chảy thành chất lỏng ở nhiệt độ gần bằng nhiệt độ phòng – chỉ 28,5°C.

Caesium rất mềm, dễ phản ứng với không khí và nước và được coi là một trong những kim loại dễ phản ứng nhất được biết đến. Được phát hiện vào năm 1860 bởi các nhà khoa học Robert Bunsen và Gustav Kirchhoff, xêsi được đặt tên theo từ Latin “caesius” – có nghĩa là “màu xanh”, lấy từ màu sắc đặc trưng của vạch quang phổ của nguyên tố này.

2. Xesi được tìm thấy ở đâu trong tự nhiên?

Caesium không tồn tại ở dạng tinh khiết trong tự nhiên vì nó phản ứng quá mạnh với môi trường. Thay vào đó, nó xuất hiện trong khoáng chất pollucite (CsAlSi₂O₆·H₂O), thường được tìm thấy trong các mỏ pegmatit.

Các mỏ lớn nhất tập trung ở Canada (mỏ Tanco), Nam Phi, Zimbabwe, Australia và Kazakhstan. Sau khi được khai thác, xêsi được chiết xuất và tinh chế để tạo ra các hợp chất thương mại như xêsi clorua (CsCl) hoặc xêsi nitrat (CsNO₃). Kim loại xesi nguyên chất phải được bảo quản trong dầu khoáng hoặc môi trường khí trơ để tránh phản ứng với hơi nước và oxy.

3. Ứng dụng phổ biến của Caesium trong đời sống và công nghiệp

3.1 Đồng hồ nguyên tử

Caesium-133 là nguyên tố được sử dụng làm tiêu chuẩn quốc tế để xác định thời gian. Một giây trong hệ thống đo lường quốc tế được xác định dựa trên 9.192.631.770 dao động của nguyên tử Cs-133. Đồng hồ nguyên tử Caesium được sử dụng trong:

• Hệ thống định vị toàn cầu (GPS)
• Đồng bộ hóa thời gian cho mạng viễn thông
• Hệ thống đo thời gian chính xác trong khoa học công nghệ

3.2 Ngành dầu khí

Hợp chất Caesium formate (HCOO-Cs) được sử dụng làm dung dịch khoan trong các giếng dầu sâu nơi áp suất cao và điều kiện khắc nghiệt. Xesi formate giúp ổn định lỗ khoan, giảm nguy cơ sập giếng và ít gây ăn mòn thiết bị.

3.3 Công nghệ cao

Xesi được sử dụng trong:

• ống nhân quang
• Tế bào quang điện
• Camera nhiệt
• Màn hình huỳnh quang
• Pin ion Caesium và công nghệ sản xuất nhiệt điện

4. Nguy cơ bức xạ tiềm ẩn từ Caesium-137

Không phải tất cả các dạng xêzi đều an toàn. Caesium-137 (Cs-137) là một đồng vị phóng xạ được tạo ra trong quá trình phân hạch uranium và plutonium trong các lò phản ứng hạt nhân. Đây là chất gây ô nhiễm phóng xạ phổ biến nhất trong các thảm họa hạt nhân.

4.1 Đặc điểm của Cs-137

Chu kỳ bán rã: 30,17 năm

Phát ra tia beta và gamma năng lượng cao

Có khả năng tích lũy sinh học qua thức ăn và nước

4.2 Tác động đến sức khỏe con người

Caesium-137 có thể xâm nhập vào cơ thể qua thức ăn, nước uống hoặc hít phải bụi phóng xạ. Khi vào cơ thể, nó phân bố rộng rãi ở các mô mềm như cơ, gan, tủy xương và gây ra:

• tổn thương DNA
• Rối loạn hệ thống miễn dịch
• Nguy cơ ung thư và tử vong cao nếu tiếp xúc với liều lượng cao

4.3 Tai nạn liên quan đến Caesium-137

Thảm họa Goiania (Brazil, 1987): Một thiết bị y tế chứa Cs-137 bị bỏ lại trong một bệnh viện cũ. Người ta tháo dỡ đem về nhà chơi khiến 4 người tử vong và hàng trăm người bị nhiễm phóng xạ.

Chernobyl và Fukushima: Caesium-137 là một trong những chất chính gây ô nhiễm phóng xạ lâu dài ở những khu vực bị ảnh hưởng bởi 2 thảm họa hạt nhân lớn nhất thế giới. Hậu quả kéo dài hàng chục năm sau đó.

5. Caesium và rủi ro bảo mật

Caesium-137 có thể được sử dụng trong các hành động khủng bố hạt nhân. Kẻ xấu có thể đánh cắp các thiết bị chứa Cs-137 và kết hợp chúng với chất nổ để tạo ra “bom bẩn” – vũ khí phát tán bức xạ gây hoảng loạn và ô nhiễm trên diện rộng.

Vì vậy, Cs-137 nằm trong danh mục vật liệu phóng xạ được Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) và các tổ chức an ninh quốc gia kiểm soát chặt chẽ.

6. Phải làm gì khi bị nhiễm Caesium?

6.1 Xử lý phơi nhiễm Caesium-137

Sử dụng Prussian blue – hợp chất giúp giữ xêzi trong ruột và đẩy ra ngoài qua phân

Điều trị hỗ trợ: truyền dịch, hỗ trợ chức năng gan, thận và hệ miễn dịch

Hiện tại không có thuốc giải độc hoàn hảo cho Caesium-137. Vì vậy, phòng ngừa phơi nhiễm và kiểm soát nguồn phóng xạ vẫn là giải pháp quan trọng nhất.

6.2 Xử lý chất thải chứa Caesium

Caesium-137 là chất thải hạt nhân cấp độ cao

Cần lưu giữ trong kho chuyên dụng ít nhất 300 năm để đảm bảo an toàn

Các quốc gia đang dần loại bỏ việc sử dụng Cs-137 trong y học, thay thế bằng các nguồn bức xạ khác ít rủi ro hơn.

Caesium là nguyên tố có hai mặt riêng biệt: một mặt là công cụ đo thời gian cực kỳ chính xác, đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống dẫn đường, viễn thông và năng lượng. Mặt khác, các đồng vị phóng xạ của Caesium, đặc biệt là Caesium-137, là mối đe dọa lớn đối với sức khỏe con người và an ninh toàn cầu nếu bị lạm dụng hoặc rò rỉ ra môi trường.

Hiểu biết về Caesium không chỉ giúp khai thác giá trị ứng dụng của nó một cách an toàn mà còn góp phần nâng cao nhận thức cộng đồng về an toàn bức xạ và ngăn ngừa các sự cố trong tương lai.