Het hart van atoomklokken tikt extreem regelmatig

Ieder scheikundig element heeft zijn eigen plek in het Periodiek Systeem. Ieder element heeft ook een bijzonder verhaal. Ook cesium.

Beeld Lynne Brouwer

Even was cesium wereldnieuws. Op 25 januari maakte mijnbedrijf Rio Tinto bekend in West-Australië een piepkleine capsule kwijt te zijn. Het bevatte het radioactieve isotoop cesium-137, dat in de mijnbouw wordt gebruikt voor ijzerertsbepalingen. De capsule, 6 tot 8 millimeter groot, was ergens op een 1.400 kilometer lange route van een vrachtwagen gevallen. Een gespecialiseerd team zocht dagenlang de route af. En uiteindelijk, na een week, vonden ze de capsule.

De slordigheid zorgde voor veel ophef. Maar het gevaar van zo’n kleine capsule is beperkt. Pas als je er dagenlang naast zou zitten, of ’m in je broekzak zou stoppen, was er een klein gezondheidsrisico geweest.

Het gevaar groeit bij blootstelling aan grotere hoeveelheden cesium-137. In 1987 namen twee mannen een onderdeel van een bestralingsapparaat mee van een verlaten ziekenhuisterrein in Goiânia, Brazilië. Ze verkochten het, met cesium-137 erin, aan een schroothandel waar de lichtgevende inhoud van hand tot hand ging. Vier mensen kwamen om, een tiental werd ziek.

Oude wijn testen

Cesium-137, dat een halfwaardetijd heeft van ongeveer 30 jaar, komt van nature niet voor op aarde. Het wordt gevormd in kerncentrales, en het kwam in de lucht en het milieu terecht tijdens kernwapenproeven en bij de kernrampen bij Tsjernobyl en Fukushima. Omdat er vóór 1945 geen kernproeven plaatsvonden, kan cesium-137 gebruikt worden om de authenticiteit van bijvoorbeeld oude wijnen te controleren. In wijn van voor 1945 zit geen cesium-137.

De stabiele variant van cesium komt wel in de natuur voor en werd in 1860 ontdekt door twee Duitse scheikundigen. Ze toonden de aanwezigheid ervan aan in mineraalwater. Cesium is het eerste element dat ontdekt werd via spectroscopie, waarbij je een element herkent aan het lichtspectrum dat het uitzendt als je energie toevoegt, bijvoorbeeld door verhitting. Element 55 heeft een spectrum met twee heldere blauwe lijnen, en daarom kreeg het de naam cesium, naar het Latijnse woord voor hemelsblauw.

Een gouden gloed

Puur cesium, dat de Zweed Carl Setterberg twintig jaar later voor het eerst isoleerde, heeft een gouden gloed. Het is een van de drie niet-zilverkleurige metalen, naast koper en goud. Cesium speelt wel een beetje vals. De gouden gloed komt mogelijk door een minuscuul beetje ingevangen zuurstof.

Omdat cesium boven de 28 graden Celsius smelt, is de warmte van je hand voldoende om het te veranderen in een soort vloeibaar goud. Maar spelen met cesium kan alleen als je het bewaart in een buisje dat verder gevuld is met een inert gas zoals argon. Ook de niet-radioactieve variant is namelijk gevaarlijk. Het explodeert als het in contact komt met water en vliegt in de fik in contact met lucht.

Cesium heeft tegenwoordig een belangrijke toepassing: atoomklokken. De meestgebruikte zijn gebaseerd op cesiumatomen die extreem regelmatig ‘tikken’. Dat tikken ontstaat door het heen en weer springen van een cesiumatoom tussen twee energieniveaus, wat correspondeert met licht met een bepaalde frequentie. Als je twee cesiumatoomklokken gelijkzet, dan lopen ze pas over ruim 100 miljoen jaar een seconde uit de pas. Sinds 1967 definieert een cesiumatoomklok de seconde: 9.192.631.770 cesiumtikken is één seconde.