Цезий ( 55 Cs) имеет 40 известных изотопов , что делает его, наряду с барием и ртутью , одним из элементов с наибольшим количеством изотопов. [3] В атомные массы этих изотопов в диапазоне от 112 до 151. только один изотоп, 133 Cs, является стабильным. Самыми долгоживущими радиоизотопами являются 135 Cs с периодом полураспада 2,3 миллиона лет, 137 Cs с периодом полураспада 30,1671 года и 134 Cs с периодом полураспада 2,0652 года. Все остальные изотопы имеют период полураспада менее 2 недель, в большинстве случаев менее часа.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Стандартный атомный вес A r, стандартный (Cs) |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Начиная с 1945 года, с началом ядерных испытаний , изотопы цезия были выброшены в атмосферу, где цезий легко абсорбируется в раствор и возвращается на поверхность земли как компонент радиоактивных осадков . Когда цезий попадает в грунтовые воды, он оседает на поверхности почвы и удаляется с ландшафта в основном за счет переноса частиц. В результате функция входа этих изотопов может быть оценена как функция времени.
Список изотопов
| Нуклид [n 1] | Z | N | Изотопная масса( Да ) [n 2] [n 3] | Период полураспада | Режим распада [n 4] | Дочерний изотоп [n 5] [n 6] | Спин и четность [n 7] [n 8] | Природное изобилие (мольная доля) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Энергия возбуждения [n 8] | Нормальная пропорция | Диапазон вариации | |||||||
| 112 Cs | 55 | 57 | 111.95030 (33) # | 500 (100) мкс | п | 111 Xe | 1 + # | ||
| α | 108 я | ||||||||
| 113 Cs | 55 | 58 | 112.94449 (11) | 16,7 (7) мкс | р (99,97%) | 112 Xe | 5/2 + # | ||
| β + (0,03%) | 113 Xe | ||||||||
| 114 Cs | 55 | 59 | 113.94145 (33) # | 0,57 (2) с | β + (91,09%) | 114 Xe | (1+) | ||
| β + , p (8,69%) | 113 я | ||||||||
| β + , α (0,19%) | 110 Те | ||||||||
| α (0,018%) | 110 я | ||||||||
| 115 Cs | 55 | 60 | 114.93591 (32) # | 1,4 (8) с | β + (99,93%) | 115 Xe | 9/2 + # | ||
| β + , p (0,07%) | 114 I | ||||||||
| 116 Cs | 55 | 61 | 115.93337 (11) # | 0,70 (4) с | β + (99,67%) | 116 Xe | (1+) | ||
| β + , p (0,279%) | 115 я | ||||||||
| β + , α (0,049%) | 112 Те | ||||||||
| 116м Cs | 100 (60) # кэВ | 3,85 (13) с | β + (99,48%) | 116 Xe | 4+, 5, 6 | ||||
| β + , p (0,51%) | 115 я | ||||||||
| β + , α (0,008%) | 112 Те | ||||||||
| 117 Cs | 55 | 62 | 116.92867 (7) | 8,4 (6) с | β + | 117 Xe | (9/2 +) # | ||
| 117м Cs | 150 (80) # кэВ | 6.5 (4) с | β + | 117 Xe | 3/2 + # | ||||
| 118 Cs | 55 | 63 | 117.926559 (14) | 14 (2) с | β + (99,95%) | 118 Xe | 2 | ||
| β + , p (0,042%) | 117 я | ||||||||
| β + , α (0,0024%) | 114 Те | ||||||||
| 118м Cs | 100 (60) # кэВ | 17 (3) с | β + (99,95%) | 118 Xe | (7-) | ||||
| β + , p (0,042%) | 117 я | ||||||||
| β + , α (0,0024%) | 114 Те | ||||||||
| 119 Cs | 55 | 64 | 118.922377 (15) | 43.0 (2) с | β + | 119 Xe | 9/2 + | ||
| β + , α (2 × 10 −6 %) | 115 Те | ||||||||
| 119м Cs | 50 (30) # кэВ | 30,4 (1) с | β + | 119 Xe | 3/2 (+) | ||||
| 120 Cs | 55 | 65 | 119.920677 (11) | 61,2 (18) с | β + | 120 Xe | 2 (- #) | ||
| β + , α (2 × 10 −5 %) | 116 Те | ||||||||
| β + , p (7 × 10 −6 %) | 119 я | ||||||||
| 120м Cs | 100 (60) # кэВ | 57 (6) с | β + | 120 Xe | (7-) | ||||
| β + , α (2 × 10 −5 %) | 116 Те | ||||||||
| β + , p (7 × 10 −6 %) | 119 я | ||||||||
| 121 Cs | 55 | 66 | 120.917229 (15) | 155 (4) с | β + | 121 Xe | 3/2 (+) | ||
| 121м Cs | 68,5 (3) кэВ | 122 (3) с | β + (83%) | 121 Xe | 9/2 (+) | ||||
| IT (17%) | 121 Cs | ||||||||
| 122 Cs | 55 | 67 | 121.91611 (3) | 21.18 (19) с | β + | 122 Xe | 1+ | ||
| β + , α (2 × 10 −7 %) | 118 Те | ||||||||
| 122 мл Cs | 45,8 кэВ | > 1 мкс | (3) + | ||||||
| 122м2 Cs | 140 (30) кэВ | 3,70 (11) мин | β + | 122 Xe | 8− | ||||
| 122м3 Cs | 127.0 (5) кэВ | 360 (20) мс | (5) - | ||||||
| 123 Cs | 55 | 68 | 122.912996 (13) | 5,88 (3) мин | β + | 123 Xe | 1/2 + | ||
| 123 мл Cs | 156.27 (5) кэВ | 1,64 (12) с | ЭТО | 123 Cs | (11/2) - | ||||
| 123м2 Cs | 231,63 + X кэВ | 114 (5) нс | (9/2 +) | ||||||
| 124 Cs | 55 | 69 | 123.912258 (9) | 30,9 (4) с | β + | 124 Xe | 1+ | ||
| 124м Cs | 462,55 (17) кэВ | 6,3 (2) с | ЭТО | 124 Cs | (7) + | ||||
| 125 Cs | 55 | 70 | 124,909728 (8) | 46,7 (1) мин | β + | 125 Xe | 1/2 (+) | ||
| 125м Cs | 266,6 (11) кэВ | 900 (30) мс | (11 / 2-) | ||||||
| 126 Cs | 55 | 71 | 125.909452 (13) | 1,64 (2) мин | β + | 126 Xe | 1+ | ||
| 126 мл Cs | 273.0 (7) кэВ | > 1 мкс | |||||||
| 126м2 Cs | 596,1 (11) кэВ | 171 (14) мкс | |||||||
| 127 Cs | 55 | 72 | 126.907418 (6) | 6,25 (10) ч | β + | 127 Xe | 1/2 + | ||
| 127м Cs | 452,23 (21) кэВ | 55 (3) мкс | (11/2) - | ||||||
| 128 Cs | 55 | 73 | 127,907749 (6) | 3,640 (14) мин | β + | 128 Xe | 1+ | ||
| 129 Cs | 55 | 74 | 128.906064 (5) | 32.06 (6) ч | β + | 129 Xe | 1/2 + | ||
| 130 Cs | 55 | 75 | 129.906709 (9) | 29,21 (4) мин | β + (98,4%) | 130 Xe | 1+ | ||
| β - (1,6%) | 130 Ba | ||||||||
| 130м Cs | 163.25 (11) кэВ | 3,46 (6) мин | ИТ (99,83%) | 130 Cs | 5− | ||||
| β + (0,16%) | 130 Xe | ||||||||
| 131 Cs | 55 | 76 | 130.905464 (5) | 9,689 (16) д | EC | 131 Xe | 5/2 + | ||
| 132 Cs | 55 | 77 | 131,9064343 (20) | 6,480 (6) сут | β + (98,13%) | 132 Xe | 2+ | ||
| β - (1,87%) | 132 Ba | ||||||||
| 133 Cs [n 9] [n 10] | 55 | 78 | 132.905451933 (24) | Стабильный | 7/2 + | 1,0000 | |||
| 134 Cs [n 10] | 55 | 79 | 133.906718475 (28) | 2,0652 (4) г | β - | 134 Ba | 4+ | ||
| ЭК (3 × 10 -4 %) | 134 Xe | ||||||||
| 134м Cs | 138.7441 (26) кэВ | 2,912 (2) ч | ЭТО | 134 Cs | 8− | ||||
| 135 Cs [n 10] | 55 | 80 | 134.9059770 (11) | 2,3 × 10 6 г | β - | 135 Ba | 7/2 + | ||
| 135м Cs | 1632,9 (15) кэВ | 53 (2) мин | ЭТО | 135 Cs | 19 / 2− | ||||
| 136 Cs | 55 | 81 год | 135.9073116 (20) | 13,16 (3) д | β - | 136 Ba | 5+ | ||
| 136м Cs | 518 (5) кэВ | 19 (2) с | β - | 136 Ba | 8− | ||||
| ЭТО | 136 Cs | ||||||||
| 137 Cs [n 10] | 55 | 82 | 136.9070895 (5) | 30.1671 (13) л | β - (95%) | 137m Ba | 7/2 + | ||
| β - (5%) | 137 Ba | ||||||||
| 138 Cs | 55 | 83 | 137.91 1017 (10) | 33,41 (18) мин | β - | 138 Ba | 3− | ||
| 138м Cs | 79,9 (3) кэВ | 2,91 (8) мин | IT (81%) | 138 Cs | 6− | ||||
| β - (19%) | 138 Ba | ||||||||
| 139 Cs | 55 | 84 | 138.913364 (3) | 9,27 (5) мин | β - | 139 Ba | 7/2 + | ||
| 140 Cs | 55 | 85 | 139.917282 (9) | 63,7 (3) с | β - | 140 Ba | 1− | ||
| 141 Cs | 55 | 86 | 140.920046 (11) | 24,84 (16) с | β - (99,96%) | 141 Ba | 7/2 + | ||
| β - , n (0,0349%) | 140 Ba | ||||||||
| 142 Cs | 55 | 87 | 141.924299 (11) | 1,689 (11) с | β - (99,9%) | 142 Ba | 0− | ||
| β - , n (0,091%) | 141 Ba | ||||||||
| 143 Cs | 55 | 88 | 142.927352 (25) | 1,791 (7) с | β - (98,38%) | 143 Ba | 3/2 + | ||
| β - , n (1,62%) | 142 Ba | ||||||||
| 144 Cs | 55 | 89 | 143.932077 (28) | 994 (4) мс | β - (96,8%) | 144 Ba | 1 (- #) | ||
| β - , n (3,2%) | 143 Ba | ||||||||
| 144м Cs | 300 (200) # кэВ | <1 с | β - | 144 Ba | (> 3) | ||||
| ЭТО | 144 Cs | ||||||||
| 145 Cs | 55 | 90 | 144.935526 (12) | 582 (6) мс | β - (85,7%) | 145 Ba | 3/2 + | ||
| β - , n (14,3%) | 144 Ba | ||||||||
| 146 Cs | 55 | 91 | 145.94029 (8) | 0,321 (2) с | β - (85,8%) | 146 Ba | 1− | ||
| β - , n (14,2%) | 145 Ba | ||||||||
| 147 Cs | 55 | 92 | 146.94416 (6) | 0,235 (3) с | β - (71,5%) | 147 Ba | (3/2 +) | ||
| β - , n (28,49%) | 146 Ba | ||||||||
| 148 Cs | 55 | 93 | 147.94922 (62) | 146 (6) мс | β - (74,9%) | 148 Ba | |||
| β - , n (25,1%) | 147 Ba | ||||||||
| 149 Cs | 55 | 94 | 148.95293 (21) # | 150 # мс [> 50 мс] | β - | 149 Ba | 3/2 + # | ||
| β - , п | 148 Ba | ||||||||
| 150 Cs | 55 | 95 | 149.95817 (32) # | 100 # мс [> 50 мс] | β - | 150 Ba | |||
| β - , п | 149 Ba | ||||||||
| 151 Cs | 55 | 96 | 150.96219 (54) # | 60 # мс [> 50 мс] | β - | 151 Ba | 3/2 + # | ||
| β - , п | 150 Ba | ||||||||
- ^ m Cs - Возбужденный ядерный изомер .
- ^ () - Неопределенность (1 σ ) дана в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
- ^ # - Атомная масса с пометкой #: значение и погрешность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из трендов по массовой поверхности (TMS).
- ^ Режимы распада:
EC: Электронный захват ЭТО: Изомерный переход n: Эмиссия нейтронов п: Эмиссия протонов - ^ Дочерний символ выделен жирным курсивом - дочерний продукт почти стабилен.
- ^ Дочерний символ жирным шрифтом - Дочерний продукт стабилен.
- ^ () значение спина - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
- ^ a b # - Значения, отмеченные знаком #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN).
- ^ Используется для определения второго
- ^ a b c d Продукт деления
Цезий-131
Цезий-131, введенный в 2004 году для брахитерапии по Isoray , [4] имеет период полураспада 9,7 дней и 30,4 кэВ энергии.
Цезий-133
Цезий-133 - единственный стабильный изотоп цезия. Базовый блок СИ второй определяется конкретной цезий-133 перехода. С 2019 года официальное определение секунды:
Второй, символ s, определяется как фиксированное числовое значение частоты цезия Δ ν Cs , невозмущенной частоты сверхтонкого перехода в основное состояние атома цезия-133 [5] как9 192 631 770 при выражении в Гц , что равно с -1 .
Цезий-134
Цезий-134 имеет период полураспада 2,0652 года. Он производится как непосредственно (на очень малый выход , потому что 134 Хе устойчива) в качестве продукта деления и с помощью захвата нейтронов из нерадиоактивных 133 Cs (захват нейтронов сечения 29 амбаров ), который является общим продуктом деления. Цезий-134 не образуется в результате бета-распада других нуклидов продуктов деления массой 134, поскольку бета-распад останавливается на стабильном 134 Xe. Он также не производится ядерным оружием, потому что 133 Cs создается в результате бета-распада исходных продуктов деления только спустя долгое время после того, как ядерный взрыв закончился.
Общий выход 133 Cs и 134 Cs составляет 6,7896%. Пропорция между ними изменится при продолжении нейтронного облучения. 134 Cs также захватывает нейтроны с поперечным сечением 140 барн, превращаясь в долгоживущий радиоактивный 135 Cs.
Цезий-134 подвергается бета-распаду (β - ), производя непосредственно 134 Ba и испуская в среднем 2,23 гамма-кванта (средняя энергия 0,698 МэВ ). [6]
Цезий-135
| Нуклид | т 1 ⁄ 2 | Урожай | Энергия распада [a 1] | Режим распада |
|---|---|---|---|---|
| ( Ма ) | (%) [a 2] | ( кэВ ) | ||
| 99 Тс | 0,211 | 6,1385 | 294 | β |
| 126 Sn | 0,230 | 0,1084 | 4050 [a 3] | β γ |
| 79 Se | 0,327 | 0,0447 | 151 | β |
| 93 Zr | 1,53 | 5,4575 | 91 | βγ |
| 135 Cs | 2.3 | 6.9110 [a 4] | 269 | β |
| 107 Pd | 6.5 | 1,2499 | 33 | β |
| 129 Я | 15,7 | 0,8410 | 194 | βγ |
| ||||
Цезий-135 - это умеренно радиоактивный изотоп цезия с периодом полураспада 2,3 миллиона лет. Он распадается с испусканием низкоэнергетической бета-частицы в стабильный изотоп барий-135. Цезий-135 - один из 7 долгоживущих продуктов деления и единственный щелочной. При ядерной переработке он остается с 137 Cs и другими среднеактивными продуктами деления, а не с другими долгоживущими продуктами деления. Низкая энергия распада , отсутствие гамма-излучения и длительный период полураспада 135 Cs делают этот изотоп гораздо менее опасным, чем 137 Cs или 134 Cs.
Его предшественник 135 Xe имеет высокий выход продуктов деления (например, 6,3333% для 235 U и тепловых нейтронов ), но также имеет самое высокое из известных сечений захвата тепловых нейтронов среди всех нуклидов. Из-за этого большая часть 135 Xe, производимого в современных тепловых реакторах (до> 90% при постоянной полной мощности) [7], будет преобразована в стабильный 136 Xe, прежде чем он сможет распасться до 135 Cs. Мало или совсем не 135 Xe будет уничтожено при захвате нейтронов после остановки реактора или в реакторе с расплавленной солью, который непрерывно удаляет ксенон из своего топлива, реактора на быстрых нейтронах или ядерного оружия.
Ядерный реактор также будет производить гораздо меньшие количества 135 Cs из нерадиоактивного продукта деления 133 Cs путем последовательного захвата нейтронов до 134 Cs, а затем до 135 Cs.
Захвата тепловых нейтронов поперечное сечение и резонансный интеграл от 135 Cs являются 8,3 ± 0,3 и 38,1 ± 2,6 барн соответственно. [8] Утилизация 135 Cs путем ядерной трансмутации затруднена из-за низкого поперечного сечения, а также из-за того, что нейтронное облучение смешанного изотопного деления цезия производит больше 135 Cs из стабильных 133 Cs. Кроме того, высокая среднесрочная радиоактивность 137 Cs затрудняет обращение с ядерными отходами. [9]
- Информационный бюллетень ANL
Цезий-136
Цезий-136 имеет период полураспада 13,16 дней. Он производится как напрямую (с очень небольшим выходом, поскольку 136 Xe является бета-стабильным ) как продукт деления, так и путем захвата нейтронов из долгоживущих 135 Cs (сечение захвата нейтронов 8,702 барнса), которые являются обычным продуктом деления. Цезий-136 не образуется в результате бета-распада других нуклидов продуктов деления с массой 136, поскольку бета-распад останавливается на почти стабильном 136 Xe. Его также не производит ядерное оружие, потому что 135 Cs создается в результате бета-распада исходных продуктов деления только спустя долгое время после того, как ядерный взрыв закончился. 136 Cs также захватывает нейтроны с поперечным сечением 13,00 барн, превращаясь в радиоактивный 137 Cs со средним временем жизни. Цезий-136 подвергается бета-распаду (β-), напрямую образуя 136 Ba.
Цезий-137
Цезий-137, с периодом полураспада 30,17 лет, является одним из двух основных средних сроком продуктов деления , наряду с 90 Sr , которые ответственны за большую часть радиоактивности из отработанного ядерного топлива после нескольких лет охлаждения, до через несколько сотен лет после использования. Он составляет большую часть радиоактивности, все еще оставшейся после аварии на Чернобыльской АЭС, и является серьезной проблемой для здоровья при дезактивации земель вблизи АЭС Фукусима . [10] 137 Cs бета распадается до бария-137m (короткоживущий ядерный изомер ), затем до нерадиоактивного бария-137 , а также является сильным излучателем гамма-излучения.
137 Cs имеет очень низкую скорость захвата нейтронов и пока не может быть практически утилизирован таким образом, если только не будут достигнуты успехи в коллимации нейтронных пучков (что иным образом недостижимо с помощью магнитных полей), уникально доступный только в экспериментах по катализируемому мюонам термоядерному синтезу (не в других формах). из ускорительной трансмутации ядерных отходов ) позволяет производить нейтроны при достаточно высокой интенсивности для офсетных и преодолеть эти низкие скорости захвата; поэтому до тех пор нужно просто позволить 137 Cs распасться.
137 Cs был использован в качестве изотопного индикатора в гидроиндикаторах исследований, аналогичных использованию 3 H .
Другие изотопы цезия
Остальные изотопы имеют период полураспада от нескольких дней до долей секунды. Почти весь цезий, образующийся в результате ядерного деления, происходит в результате бета-распада изначально более богатых нейтронами продуктов деления, проходящих через изотопы йода, а затем изотопы ксенона . Поскольку эти элементы летучие и могут диффундировать через ядерное топливо или воздух, цезий часто образуется далеко от исходного места деления.
Рекомендации
- ^ "Измерения периода полураспада радионуклидов NIST" . NIST . Проверено 13 марта 2011 .
- ^ Мейя, Юрис; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91. DOI : 10,1515 / пак-2015-0305 .
- ^ «Изотопы» . Таблица.
- ^ Изорай. «Почему Цезий-131» .
- ^ Хотя фаза, используемая здесь, более краткая, чем в предыдущем определении, она по-прежнему имеет то же значение. Это ясно показано в 9-й брошюре СИ, которая почти сразу после определения на стр. 130 гласит: «Эффект этого определения состоит в том, что секунда равна продолжительности9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями невозмущенного основного состояния атома 133 Cs ».
- ^ «Характеристики цезия-134 и цезия-137» . Японское агентство по атомной энергии.
- ^ Джон Л. Гро (2004). «Дополнение к главе 11 Основ физики реакторов» (PDF) . CANTEACH проект. Архивировано из оригинального (PDF) 10 июня 2011 года . Проверено 14 мая 2011 года .
- ^ Hatsukawa, Y .; Шинохара, Северная Каролина; Хата, К .; и другие. (1999). «Сечение тепловых нейтронов и резонансный интеграл реакции 135Cs (n, γ) 136Cs: фундаментальные данные для трансмутации ядерных отходов». Журнал радиоаналитической и ядерной химии . 239 (3): 455–458. DOI : 10.1007 / BF02349050 . S2CID 97425651 .
- ^ Оки, Шигео; Такаки, Наоюки (2002). «Трансмутация цезия-135 с помощью быстрых реакторов» (PDF) . Труды седьмого совещания по обмену информацией о разделении и трансмутации актинидов и продуктов деления, Чеджу, Корея .
- ^ Деннис Нормил (1 марта 2013 г.). «Охлаждение горячей зоны». Наука . 339 (6123): 1028–1029. DOI : 10.1126 / science.339.6123.1028 . PMID 23449572 .
- Изотопные массы из:
- Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Blachot, Жан; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), " Оценка ядерных свойств и свойств распада N UBASE " , Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11 0,001
- Изотопные составы и стандартные атомные массы из:
- де Лаэтер, Джон Роберт ; Бёльке, Джон Карл; Де Бьевр, Поль; Хидака, Хироши; Пайзер, Х. Штеффен; Росман, Кевин-младший; Тейлор, Филип DP (2003). «Атомный вес элементов. Обзор 2000 (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 75 (6): 683–800. DOI : 10.1351 / pac200375060683 .
- Визер, Майкл Э. (2006). «Атомный вес элементов 2005 (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 78 (11): 2051–2066. DOI : 10,1351 / pac200678112051 . Выложите резюме .
- Данные о периоде полураспада, спине и изомерах выбраны из следующих источников.
- Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Blachot, Жан; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), " Оценка ядерных свойств и свойств распада N UBASE " , Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11 0,001
- Национальный центр ядерных данных . «База данных NuDat 2.x» . Брукхейвенская национальная лаборатория .
- Холден, Норман Э. (2004). «11. Таблица изотопов». В Лиде, Дэвид Р. (ред.). CRC Справочник по химии и физике (85-е изд.). Бока-Ратон, Флорида : CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9.
