Izotopy cezu - Isotopes of caesium

Główne izotopy cezu   ( 55 Cs)
Izotop Rozkład
obfitość okres półtrwania ( t 1/2 ) tryb produkt
131 Cs syn 9,7 dnia ε 131 Xe
133 Cs 100% stabilny
134 Cs syn 2,0648 lat ε 134 Xe
β − 134 Ba
135 Cs namierzać 2,3×10 6  lat β − 135 Ba
137 Cs syn 30.17 lat β − 137 Ba
Średnia masa atomowa R standardowe (Cs) 132,905 451 96 (6)

Cez ( 55 Cs) ma 40 znanych izotopów , co czyni go, obok baru i rtęci , jednym z pierwiastków o największej liczbie izotopów. Do masy atomowe tych izotopów w zakresie od 112 do 151. Tylko jeden izotop, 133 CS, jest stabilna. Najdłużej żyjące radioizotopy to 135 Cs z okresem półtrwania 2,3 miliona lat, 137 Cs z okresem półtrwania 30,1671 lat i 134 Cs z okresem półtrwania 2,0652 lat. Wszystkie inne izotopy mają okres półtrwania krótszy niż 2 tygodnie, większość poniżej godziny.

Począwszy od 1945 roku, wraz z rozpoczęciem testów jądrowych , radioizotopy cezu były uwalniane do atmosfery, gdzie cez jest łatwo wchłaniany do roztworu i powraca na powierzchnię ziemi jako składnik opadu radioaktywnego . Gdy cez dostanie się do wód gruntowych, jest osadzany na powierzchni gleby i usuwany z krajobrazu głównie poprzez transport cząstek. W rezultacie funkcję wejściową tych izotopów można oszacować w funkcji czasu.

Lista izotopów

Nuklid
 Z n Masa izotopowa ( Da )
 Pół życia
Tryb zaniku
 Córka
izotopu
 Spin i
parzystość
 Obfitość naturalna (ułamek molowy)
Energia wzbudzenia Normalna proporcja Zakres zmienności
112 Cs 55 57 111.95030(33)# 500 (100) μs P 111 Xe 1+#
α 108 I
113 Cs 55 58 112.94449(11) 16,7 (7) μs p (99,97%) 112 Xe 5/2+#
β + (0,03%) 113 Xe
114 Cs 55 59 113.94145(33)# 0,57(2) β + (91,09%) 114 Xe (1+)
β + , p (8,69%) 113 I
β + , α (0,19%) 110 Te
α (0,018%) 110 I
115 Cs 55 60 114.93591(32)# 1.4(8) β + (99,93%) 115 Xe 9/2+#
β + , p (0,07%) 114 I
116 Cs 55 61 115.93337(11)# 0,70(4) s β + (99,67%) 116 Xe (1+)
β + , p (.279%) 115 I
β + , α (0,049%) 112 Te
116 mln Cs 100(60)# keV 3,85(13) s β + (99,48%) 116 Xe 4+, 5, 6
β + , p (0,51%) 115 I
β + , α (.008%) 112 Te
117 Cs 55 62 116.92867(7) 8,4(6) s β + 117 Xe (9/2+)#
117 mln Cs 150(80)# keV 6,5(4) β + 117 Xe 3/2+#
118 Cs 55 63 117.926559(14) 14(2) β + (99,95%) 118 Xe 2
β + , p (0,042%) 117 I
β + , α (0,0024%) 114 Te
118 mln Cs 100(60)# keV 17(3) β + (99,95%) 118 Xe (7-)
β + , p (0,042%) 117 I
β + , α (0,0024%) 114 Te
119 Cs 55 64 118.922377(15) 43,0(2) s β + 119 Xe 9/2+
β + , α (2×10 −6 %) 115 Te
119 mln Cs 50(30)# keV 30,4(1) β + 119 Xe 3/2(+)
120 Cs 55 65 119.920677(11) 61.2(18) β + 120 Xe 2(-#)
β + , α (2× 10-5 %) 116 Te
β + , p (7×10 −6 %) 119 I
120m Cs 100(60)# keV 57(6) s β + 120 Xe (7-)
β + , α (2× 10-5 %) 116 Te
β + , p (7×10 −6 %) 119 I
121 Cs 55 66 120.917229(15) 155(4) s β + 121 Xe 3/2(+)
121 mln Cs 68,5(3) keV 122(3) β + (83%) 121 Xe 9/2(+)
Informatyka (17%) 121 Cs
122 Cs 55 67 121.91611(3) 21.18(19) s β + 122 Xe 1+
β + , α (2× 10-7 %) 118 Te
122m1 Cs 45,8 keV >1 μs (3)+
122m2 Cs 140(30) keV 3,70(11) min β + 122 Xe 8−
122m3 Cs 127,0 (5) keV 360(20) ms (5)-
123 Cs 55 68 122.912996(13) 5.88(3) min β + 123 Xe 1/2+
123m1 Cs 156,27(5) keV 1.64(12) s TO 123 Cs (11/2)−
123m2 Cs 231,63+X keV 114(5) (9/2+)
124 Cs 55 69 123.912258(9) 30,9 (4) β + 124 Xe 1+
124 mln Cs 462,55(17) keV 6,3(2) TO 124 Cs (7)+
125 Cs 55 70 124.909728(8) 46,7 (1) min β + 125 Xe 1/2(+)
125m Cs 266,6(11) keV 900 (30) ms (11/2−)
126 Cs 55 71 125.909452(13) 1,64 (2) min β + 126 Xe 1+
126m1 Cs 273,0(7) keV >1 μs
126m2 Cs 596,1(11) keV 171(14) μs
127 Cs 55 72 126.907418(6) 6.25(10) godz β + 127 Xe 1/2+
127 mln Cs 452,23(21) keV 55(3) μs (11/2)−
128 Cs 55 73 127.907749(6) 3.640(14) min β + 128 Xe 1+
129 Cs 55 74 128.906064(5) 32.06(6) godz β + 129 Xe 1/2+
130 Cs 55 75 129.906709(9) 29.21(4) min β + (98,4%) 130 Xe 1+
β − (1,6%) 130 ba
130m Cs 163,25(11) keV 3.46(6) min Informatyka (99,83%) 130 Cs 5-
β + (0,16%) 130 Xe
131 Cs 55 76 130.905464(5) 9,689(16) d WE 131 Xe 5/2+
132 Cs 55 77 131.9064343(20) 6.480(6) d β + (98,13%) 132 Xe 2+
β − (1,87%) 132 Ba
133 Cs 55 78 132.905451933(24) Stabilny 7/2+ 1.0000
134 Cs 55 79 133.906718475(28) 2.0652(4) y β − 134 Ba 4+
EC (3× 10-4 %) 134 Xe
134 mln Cs 138.7441(26) keV 2.912(2) godz TO 134 Cs 8−
135 Cs 55 80 134.9059770(11) 2,3 x10 6  lat β − 135 Ba 7/2+
135 mln Cs 1632,9(15) keV 53(2) min TO 135 Cs 19/2−
136 Cs 55 81 135.9073116(20) 13.16(3) d β − 136 Ba 5+
136 mln Cs 518(5) keV 19(2) β − 136 Ba 8−
TO 136 Cs
137 Cs 55 82 136.9070895(5) 30.1671(13) y β − (95%) 137m Ba 7/2+
β − (5%) 137 Ba
138 Cs 55 83 137.911017(10) 33,41 (18) min β − 138 Ba 3-
138 mln Cs 79,9 (3) keV 2,91(8) min Informatyka (81%) 138 Cs 6-
β − (19%) 138 Ba
139 Cs 55 84 138.913364(3) 9.27(5) min β − 139 Ba 7/2+
140 Cs 55 85 139.917282(9) 63,7(3) s β − 140 ba 1−
141 Cs 55 86 140.920046(11) 24.84(16) s β − (99,96%) 141 Ba 7/2+
β - , n (0,0349%) 140 ba
142 Cs 55 87 141.924299(11) 1.689(11) β − (99,9%) 142 Ba 0−
β − , n (0,091%) 141 Ba
143 Cs 55 88 142.927352(25) 1.791(7) β − (98,38%) 143 Ba 3/2+
β − , n (1,62%) 142 Ba
144 Cs 55 89 143.932077(28) 994(4) ms β − (96,8%) 144 Ba 1(-#)
β − , n (3,2%) 143 Ba
144 mln Cs 300(200)# keV <1 s β − 144 Ba (>3)
TO 144 Cs
145 Cs 55 90 144.935526(12) 582(6) ms β − (85,7%) 145 Ba 3/2+
β − , n (14,3%) 144 Ba
146 Cs 55 91 145.94029(8) 0,321(2) β − (85,8%) 146 Ba 1−
β − , n (14,2%) 145 Ba
147 Cs 55 92 146.94416(6) 0,235(3) β − (71,5%) 147 Ba (3/2+)
β − , n (28,49%) 146 Ba
148 Cs 55 93 147.94922(62) 146(6) ms β − (74,9%) 148 Ba
β − , n (25,1%) 147 Ba
149 Cs 55 94 148.95293(21)# 150# ms [>50 ms] β − 149 Ba 3/2+#
β − , n 148 Ba
150 Cs 55 95 149.95817(32)# 100# ms [>50 ms] β − 150 ba
β − , n 149 Ba
151 Cs 55 96 150.96219(54)# 60# ms [>50 ms] β − 151 Ba 3/2+#
β − , n 150 ba
Ten nagłówek i stopka tabeli:
  1. ^ m Cs – wzbudzony izomer jądrowy .
  2. ^ ( ) – Niepewność (1 σ ) podawana jest zwięźle w nawiasach po odpowiednich ostatnich cyfrach.
  3. ^ # – Masa atomowa oznaczona #: wartość i niepewność pochodząca nie z danych czysto eksperymentalnych, ale przynajmniej częściowo z trendów z Powierzchni Masy (TMS).
  4. ^ Tryby zaniku:
    WE: Wychwytywanie elektronów
    TO: Przejście izomeryczne
    n: Emisja neutronów
    P: Emisja protonów
  5. ^ Pogrubiona kursywa symbol jako córka – Produkt Córka jest prawie stabilny.
  6. ^ Pogrubiony symbol jako córka – Produkt Córka jest stabilny.
  7. ^ ( ) wartość spinu — wskazuje spin ze słabymi argumentami przypisania.
  8. ^ a b # – Wartości oznaczone # nie pochodzą wyłącznie z danych eksperymentalnych, ale przynajmniej częściowo z trendów sąsiednich nuklidów (TNN).
  9. ^ Używane do zdefiniowania drugiego
  10. ^ a b c d produkt rozszczepienia
  11. ^ Teoretycznie zdolny do spontanicznego rozszczepienia

cez-131

Cez-131, wprowadzony w 2004 roku do brachyterapii przez firmę Isoray , ma okres półtrwania 9,7 dnia i energię 30,4 keV.

cez-133

Cez-133 jest jedynym stabilnym izotopem cezu. Jednostka bazowa SI drugi jest określone poprzez cezu-133 przejścia. Od 2019 roku oficjalna definicja sekundy brzmi:

Drugi, symbol s, jest zdefiniowany przez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej częstotliwości cezu Δ ν Cs , częstotliwości nadsubtelnego przejścia w stanie podstawowym atomu cezu-133,9 192 631 770 wyrażony w jednostce Hz , co jest równe s -1 .

cez-134

Cez-134 ma okres półtrwania 2,0652 lat. Jest wytwarzany zarówno bezpośrednio (z bardzo małą wydajnością, ponieważ 134 Xe jest stabilny) jako produkt rozszczepienia, jak i poprzez wychwytywanie neutronów z nieradioaktywnych 133 Cs ( przekrój wychwytywania neutronów 29 barn ), który jest powszechnym produktem rozszczepienia. Cez-134 nie jest wytwarzany przez rozpad beta innych nuklidów produktów rozszczepienia o masie 134, ponieważ rozpad beta zatrzymuje się przy stabilnym 134 Xe. Nie jest również wytwarzany przez broń jądrową, ponieważ 133 Cs powstaje w wyniku rozpadu beta oryginalnych produktów rozszczepienia dopiero długo po zakończeniu wybuchu jądrowego.

Łączna wydajność 133 Cs i 134 Cs jest podana jako 6,7896%. Proporcja między nimi zmieni się wraz z ciągłym napromienianiem neutronami. 134 Cs wychwytuje również neutrony o przekroju 140 barn, stając się długożyciowym radioaktywnym 135 Cs.

Cez-134 ulega rozpadowi beta (β − ), wytwarzając bezpośrednio 134 Ba i emitując średnio 2,23 fotony promieniowania gamma (średnia energia 0,698 MeV ).

cez-135

Długowieczne
produkty rozszczepienia
Nuklid t 1 ⁄ 2 Dawać
Energia rozpadu
Tryb zaniku
( Ma ) (%) ( keV )
99 Tc 0,211 6.1385 294 β
126 Sn 0,230 0,1084 4050 β γ
79 Se 0,327 0,0447 151 β
93 Zr 1,53 5.4575 91 βγ
135 Cs 2,3 6,9110 269 β
107 Pd 6,5 1.2499 33 β
129 I 15,7 0,8410 194 βγ

Cez-135 jest umiarkowanie radioaktywnym izotopem cezu o okresie półtrwania 2,3 miliona lat. Rozpada się poprzez emisję niskoenergetycznej cząstki beta do stabilnego izotopu baru-135. Cez-135 jest jednym z 7 długożyciowych produktów rozszczepienia i jedynym alkalicznym. W procesie ponownego przetwarzania jądrowego pozostaje raczej z 137 Cs i innymi średniożyciowymi produktami rozszczepienia niż z innymi długożyciowymi produktami rozszczepienia. Niska energia rozpadu , brak promieniowania gamma i długi okres półtrwania 135 Cs sprawiają, że ten izotop jest znacznie mniej niebezpieczny niż 137 Cs lub 134 Cs.

Jego prekursora 135 Xe ma wysoką wydajność produktów rozszczepienia (np 6,3333% do 235 U i neutronów termicznych ), ale także ma najwyższy znany neutronów termicznych przechwytywania przekrój każdego izotopu. Z tego powodu znaczna część 135 Xe wytwarzanego w obecnych reaktorach termicznych (aż >90% przy pełnej mocy w stanie ustalonym) zostanie przekształcona w stabilny 136 Xe, zanim będzie mógł się rozpaść do 135 Cs. Niewiele lub żadna 135 Xe zostanie zniszczona przez wychwytywanie neutronów po wyłączeniu reaktora lub w reaktorze ze stopionymi solami, który stale usuwa ksenon z paliwa, reaktorze neutronów prędkich lub broni jądrowej.

Reaktor jądrowy będzie również wytwarzać znacznie mniejsze ilości 135 Cs z nieradioaktywnego produktu rozszczepienia 133 Cs poprzez kolejne wychwytywanie neutronów do 134 Cs, a następnie 135 Cs.

Wychwytywanie neutronów termicznych w przekroju i całka rezonansowa w 135 Cs są 8,3 ± 0,3 i 38,1 ± 2,6 obory odpowiednio. Utylizacja 135 Cs przez transmutację jądrową jest trudna, ze względu na niski przekrój poprzeczny, a także dlatego, że napromieniowanie cezem z rozszczepienia mieszanego izotopów neutronami wytwarza więcej 135 Cs ze stabilnych 133 Cs. Ponadto intensywna średniookresowa radioaktywność 137 Cs utrudnia postępowanie z odpadami promieniotwórczymi.

cez-136

Okres półtrwania cezu-136 wynosi 13,16 dni. Jest on wytwarzany zarówno bezpośrednio (z bardzo małą wydajnością, ponieważ 136 Xe jest beta-stabilny ) jako produkt rozszczepienia, jak i poprzez wychwytywanie neutronów z długożyciowych 135 Cs (przekrój wychwytywania neutronów 8,702 barn), który jest powszechnym produktem rozszczepienia. Cez-136 nie jest wytwarzany w wyniku rozpadu beta innych nuklidów produktów rozszczepienia o masie 136, ponieważ rozpad beta zatrzymuje się na prawie stabilnym poziomie 136 Xe. Nie jest również wytwarzany przez broń jądrową, ponieważ 135 Cs powstaje w wyniku rozpadu beta oryginalnych produktów rozszczepienia dopiero długo po zakończeniu wybuchu jądrowego. 136 Cs wychwytuje również neutrony o przekroju 13,00 barn, stając się radioaktywnym 137 Cs o średniej długości życia . Cez-136 ulega rozpadowi beta (β−), wytwarzając bezpośrednio 136 Ba.

cez-137

Główny artykuł: cez-137

Cezu-137, z okresem półtrwania 30.17 lat, jest jednym z dwóch głównych produktów średnich żyjące rozszczepienia , wraz z 90 Sr , które są odpowiedzialne za większość radioaktywności z wypalonym paliwem jądrowym po kilku latach chłodzenia, aż do kilkaset lat po użyciu. Stanowi większość radioaktywności pozostałej po awarii w Czarnobylu i stanowi poważny problem zdrowotny związany z dekontaminacją gruntów w pobliżu elektrowni jądrowej Fukushima . 137 Cs beta rozpada się do baru-137m (krótko żyjący izomer jądrowy ), a następnie do nieradioaktywnego baru-137 , a także jest silnym emiterem promieniowania gamma.

Cs 137 ma bardzo niską szybkość wychwytywania neutronów i nie można go jeszcze w ten sposób usunąć, chyba że nastąpi postęp w kolimacji wiązki neutronów (nieosiągalnej w inny sposób za pomocą pól magnetycznych), dostępnej wyłącznie w ramach eksperymentów fuzji katalizowanej mionami (nie w innych formach). od Accelerator transmutacji odpadów jądrowych ) umożliwia produkcję neutronów w wystarczająco wysokiej intensywności offsetowych i przezwyciężyć te niskie stawki przechwytywania; Do tego czasu, w związku z tym, 137 Cs musi po prostu mieć na próchnicę.

137 Cs został użyty jako znacznik w badaniach hydrologicznych, analogicznie do zastosowania 3 H .

Inne izotopy cezu

Pozostałe izotopy mają okres półtrwania od kilku dni do ułamków sekundy. Prawie cały cez wytwarzany w wyniku rozszczepienia jądrowego pochodzi z rozpadu beta pierwotnie bardziej bogatych w neutrony produktów rozszczepienia, przechodząc przez izotopy jodu, a następnie izotopy ksenonu . Ponieważ pierwiastki te są lotne i mogą dyfundować przez paliwo jądrowe lub powietrze, cez często powstaje daleko od pierwotnego miejsca rozszczepienia.

Bibliografia