Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Основные изотопы цезия  ( 55 Cs)
ИзотопРазлагаться
избытокпериод полураспада ( т 1/2 )Режимпродукт
131 Csсин9,7 гε131 Xe
133 Cs100%стабильный
134 Csсин2,0648 г.ε134 Xe
β -134 Ba
135 Csслед2,3 × 10 6  гβ -135 Ba
137 Csсин30,17 г [1]β -137 Ba
Стандартный атомный вес A r, стандартный (Cs)
  • 132,905 451 96 (6) [2]

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.

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 [ править ]

Нуклид
[n 1]		ZNИзотопная 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]		Естественное изобилие (мольная доля)
Энергия возбуждения [n 8]Нормальная пропорцияДиапазон вариации
112 Cs5557111.95030 (33) #500 (100) мксп111 Xe1 + #
α108 я
113 Cs5558112.94449 (11)16,7 (7) мкср (99,97%)112 Xe5/2 + #
β + (0,03%)113 Xe
114 Cs5559113.94145 (33) #0,57 (2) сβ + (91,09%)114 Xe(1+)
β + , p (8,69%)113 я
β + , α (0,19%)110 Те
α (0,018%)110 я
115 Cs5560114.93591 (32) #1,4 (8) сβ + (99,93%)115 Xe9/2 + #
β + , p (0,07%)114 I
116 Cs5561115.93337 (11) #0,70 (4) сβ + (99,67%)116 Xe(1+)
β + , p (0,279%)115 я
β + , α (0,049%)112 Те
116м Cs100 (60) # кэВ3,85 (13) сβ + (99,48%)116 Xe4+, 5, 6
β + , p (0,51%)115 я
β + , α (0,008%)112 Те
117 Cs5562116.92867 (7)8,4 (6) сβ +117 Xe(9/2 +) #
117м Cs150 (80) # кэВ6.5 (4) сβ +117 Xe3/2 + #
118 Cs5563117.926559 (14)14 (2) сβ + (99,95%)118 Xe2
β + , p (0,042%)117 я
β + , α (0,0024%)114 Те
118м Cs100 (60) # кэВ17 (3) сβ + (99,95%)118 Xe(7-)
β + , p (0,042%)117 я
β + , α (0,0024%)114 Те
119 Cs5564118.922377 (15)43.0 (2) сβ +119 Xe9/2 +
β + , α (2 × 10 −6 %)115 Те
119м Cs50 (30) # кэВ30,4 (1) сβ +119 Xe3/2 (+)
120 Cs5565119.920677 (11)61,2 (18) сβ +120 Xe2 (- #)
β + , α (2 × 10 −5 %)116 Те
β + , p (7 × 10 −6 %)119 я
120м Cs100 (60) # кэВ57 (6) сβ +120 Xe(7-)
β + , α (2 × 10 −5 %)116 Те
β + , p (7 × 10 −6 %)119 я
121 Cs5566120.917229 (15)155 (4) сβ +121 Xe3/2 (+)
121м Cs68,5 (3) кэВ122 (3) сβ + (83%)121 Xe9/2 (+)
IT (17%)121 Cs
122 Cs5567121.91611 (3)21.18 (19) сβ +122 Xe1+
β + , α (2 × 10 −7 %)118 Те
122 мл Cs45,8 кэВ> 1 мкс(3) +
122м2 Cs140 (30) кэВ3,70 (11) минβ +122 Xe8−
122м3 Cs127.0 (5) кэВ360 (20) мс(5) -
123 Cs5568122.912996 (13)5,88 (3) минβ +123 Xe1/2 +
123 мл Cs156.27 (5) кэВ1,64 (12) сЭТО123 Cs(11/2) -
123м2 Cs231,63 + X кэВ114 (5) нс(9/2 +)
124 Cs5569123.912258 (9)30,9 (4) сβ +124 Xe1+
124м Cs462,55 (17) кэВ6,3 (2) сЭТО124 Cs(7) +
125 Cs5570124,909728 (8)46,7 (1) минβ +125 Xe1/2 (+)
125м Cs266,6 (11) кэВ900 (30) мс(11 / 2-)
126 Cs5571125.909452 (13)1,64 (2) минβ +126 Xe1+
126 мл Cs273.0 (7) кэВ> 1 мкс
126м2 Cs596,1 (11) кэВ171 (14) мкс
127 Cs5572126.907418 (6)6,25 (10) чβ +127 Xe1/2 +
127м Cs452,23 (21) кэВ55 (3) мкс(11/2) -
128 Cs5573127,907749 (6)3,640 (14) минβ +128 Xe1+
129 Cs5574128.906064 (5)32.06 (6) чβ +129 Xe1/2 +
130 Cs5575129.906709 (9)29,21 (4) минβ + (98,4%)130 Xe1+
β - (1,6%)130 Ba
130м Cs163.25 (11) кэВ3,46 (6) минИТ (99,83%)130 Cs5−
β + (0,16%)130 Xe
131 Cs5576130.905464 (5)9,689 (16) дEC131 Xe5/2 +
132 Cs5577131,9064343 (20)6,480 (6) сутβ + (98,13%)132 Xe2+
β - (1,87%)132 Ba
133 Cs [n 9] [n 10]5578132.905451933 (24)Стабильный7/2 +1,0000
134 Cs [n 10]5579133.906718475 (28)2,0652 (4) гβ -134 Ba4+
ЭК (3 × 10 -4 %)134 Xe
134м Cs138.7441 (26) кэВ2,912 (2) чЭТО134 Cs8−
135 Cs [n 10]5580134.9059770 (11)2,3 × 10 6  гβ -135 Ba7/2 +
135м Cs1632,9 (15) кэВ53 (2) минЭТО135 Cs19 / 2−
136 Cs5581 год135.9073116 (20)13,16 (3) дβ -136 Ba5+
136м Cs518 (5) кэВ19 (2) сβ -136 Ba8−
ЭТО136 Cs
137 Cs [n 10]5582136.9070895 (5)30.1671 (13) лβ - (95%)137m Ba7/2 +
β - (5%)137 Ba
138 Cs5583137.91 1017 (10)33,41 (18) минβ -138 Ba3−
138м Cs79,9 (3) кэВ2,91 (8) минIT (81%)138 Cs6−
β - (19%)138 Ba
139 Cs5584138.913364 (3)9,27 (5) минβ -139 Ba7/2 +
140 Cs5585139.917282 (9)63,7 (3) сβ -140 Ba1−
141 Cs5586140.920046 (11)24,84 (16) сβ - (99,96%)141 Ba7/2 +
β - , n (0,0349%)140 Ba
142 Cs5587141.924299 (11)1,689 (11) сβ - (99,9%)142 Ba0−
β - , n (0,091%)141 Ba
143 Cs5588142.927352 (25)1,791 (7) сβ - (98,38%)143 Ba3/2 +
β - , n (1,62%)142 Ba
144 Cs5589143.932077 (28)994 (4) мсβ - (96,8%)144 Ba1 (- #)
β - , n (3,2%)143 Ba
144м Cs300 (200) # кэВ<1 сβ -144 Ba(> 3)
ЭТО144 Cs
145 Cs5590144.935526 (12)582 (6) мсβ - (85,7%)145 Ba3/2 +
β - , n (14,3%)144 Ba
146 Cs5591145.94029 (8)0,321 (2) сβ - (85,8%)146 Ba1−
β - , n (14,2%)145 Ba
147 Cs5592146.94416 (6)0,235 (3) сβ - (71,5%)147 Ba(3/2 +)
β - , n (28,49%)146 Ba
148 Cs5593147.94922 (62)146 (6) мсβ - (74,9%)148 Ba
β - , n (25,1%)147 Ba
149 Cs5594148.95293 (21) #150 # мс [> 50 мс]β -149 Ba3/2 + #
β - , п148 Ba
150 Cs5595149.95817 (32) #100 # мс [> 50 мс]β -150 Ba
β - , п149 Ba
151 Cs5596150.96219 (54) #60 # мс [> 50 мс]β -151 Ba3/2 + #
β - , п150 Ba
  1. ^ m Cs - Возбужденный ядерный изомер .
  2. ^ () - Неопределенность (1 σ ) дана в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  3. ^ # - Атомная масса с пометкой #: значение и погрешность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из тенденций, полученных с помощью массовой поверхности (TMS).
  4. ^ Режимы распада:
    EC:Электронный захват
    ЭТО:Изомерный переход
    n:Эмиссия нейтронов
    п:Эмиссия протонов
  5. ^ Дочерний символ выделен жирным курсивом - дочерний продукт почти стабилен.
  6. ^ Дочерний символ жирным шрифтом - Дочерний продукт стабилен.
  7. ^ () значение спина - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
  8. ^ a b # - Значения, отмеченные знаком #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN).
  9. ^ Используется для определения второго
  10. ^ a b c d Продукт деления

Цезий-131 [ править ]

Цезий-131, введенный в 2004 году для брахитерапии по Isoray , [4] имеет период полураспада 9,7 дней и 30,4 кэВ энергии.

Цезий-133 [ править ]

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 [ править ]

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 с массой 134, поскольку бета-распад останавливается на стабильном 134 Xe. Его также не производит ядерное оружие, потому что 133Cs создается в результате бета-распада исходных продуктов деления только спустя долгое время после завершения ядерного взрыва.

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, становясь долгоживущими радиоактивными 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 [ править ]

  • v
  • т
  • е
Долгоживущие продукты деления
Нуклидт 1 ⁄ 2УрожайЭнергия распада [a 1]Режим распада
( Ма )(%) [a 2]( кэВ )
99 Тс0,2116,1385294β
126 Sn0,2300,10844050 [a 3]β γ
79 Se0,3270,0447151β
93 Zr1,535,457591βγ
135 Cs2.36.9110 [a 4]269β
107 Pd6.51,249933β
129 Я15,70,8410194βγ
  1. ^ Энергия распада делится между β, нейтрино и γ, если таковые имеются.
  2. ^ За 65 делений тепловыми нейтронами U-235 и 35 делений Pu-239.
  3. ^ Имеет энергию распада 380 кэВ,
    но продукт распада Sb-126 имеет энергию распада 3,67 МэВ.
  4. ^ Ниже в тепловом реакторе, потому что предшественник поглощает нейтроны.

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. 135 Xe будет уничтожено в незначительном количестве или совсем не будет уничтожено в результате захвата нейтронов после остановки реактора или в реакторе на расплавленной соли.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 [ править ]

Цезий-136 имеет период полураспада 13,16 дней. Он производится как напрямую (с очень малым выходом, поскольку 136 Xe является бета-стабильным ) как продукт деления, так и путем захвата нейтронов из долгоживущего 135 Cs (сечение захвата нейтронов 8,702 барнса), который является 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, становясь радиоактивным 137 со средним уровнем жизни.Cs. Цезий-136 подвергается бета-распаду (β-), напрямую образуя 136 Ba.

Цезий-137 [ править ]

Основная статья: 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 ), а 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 [ править ]

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.

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Измерения периода полураспада радионуклидов NIST" . NIST . Проверено 13 марта 2011 .
  2. ^ Meija, Juris; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91. DOI : 10,1515 / пак-2015-0305 .
  3. ^ «Изотопы» . Таблица.
  4. ^ Изорей. «Почему Цезий-131» .
  5. ^ 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 ».
  6. ^ «Характеристики цезия-134 и цезия-137» . Японское агентство по атомной энергии.
  7. ↑ Джон Л. Грох (2004). «Дополнение к главе 11 Основ физики реакторов» (PDF) . CANTEACH проект. Архивировано из оригинального (PDF) 10 июня 2011 года . Проверено 14 мая 2011 года .
  8. ^ 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 . 
  9. ^ Оки, Шигео; Такаки, ​​Наоюки (2002). «Трансмутация цезия-135 с помощью быстрых реакторов» (PDF) . Материалы седьмого совещания по обмену информацией по разделению и трансмутации актинидов и продуктов деления, Чеджу, Корея .
  10. ^ Dennis Normile (1 марта 2013). «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.