Изотопы цезия

Изотопы цезия ( 55Cs ) 
Основные изотопы [1]Разлагаться
избытокпериод полураспада ( t 1/2 )режимпродукт
131Ссинт9,7 дн.ε131 Хе
133С100%стабильный
134 Сссинт2.0648 г.ε134 Хе
β 134 Ба
135 Ссслед1,33 × 10 6  летβ 135 Ба
137Ссинт30,17 г. [2]β 137 Ба
Стандартный атомный вес A r °(Cs)

Цезий ( 55Cs ) имеет 41 известный изотоп , атомные массы этих изотопов находятся в диапазоне от 112 до 152. Только один изотоп, 133Cs , является стабильным. Самым долгоживущим радиоизотопом является 135Cs с периодом полураспада 1,33 миллиона лет,137
Сс
с периодом полураспада 30,1671 года и 134 Cs с периодом полураспада 2,0652 года. Все остальные изотопы имеют период полураспада менее 2 недель, большинство менее часа.

Начиная с 1945 года с началом ядерных испытаний , радиоизотопы цезия были выброшены в атмосферу , где цезий легко поглощается в раствор и возвращается на поверхность Земли как компонент радиоактивных осадков . После того, как цезий попадает в грунтовые воды, он осаждается на поверхности почвы и удаляется из ландшафта в основном путем переноса частиц. В результате входная функция этих изотопов может быть оценена как функция времени.

Список изотопов


Нуклид
[n 1]
ЗНИзотопная масса ( Да ) [5] [n 2] [n 3]
Период полураспада [1]

Режим распада
[1]
[n 4]
Дочерний
изотоп

[n 5] [n 6]
Спин и
четность [1]
[n 7] [n 8]
Изотопное
изобилие
Энергия возбуждения [n 8]
112С5557111.95017(12)#490(30) мкср (>99,74%)111 Хе1+#
α (<0,26%)108 Я
113 Сс5558112.9444285(92)16,94(9) мксп112 Хе(3/2+)
114 Сс5559113.941292(91)570(20) мсβ + (91,1%)114 Хе(1+)
β + , р (8,7%)113 Я
β + , α (0,19%)110 Те
α (0,018%)110 Я
115 Сс5560114.93591(11)#1,4(8) сβ + (99,93%)115 Хе9/2+#
β + , р (0,07%)114 Я
116С5561115.93340(11)#700(40) мсβ + (99,67%)116 Хе(1+)
β + , р (0,28%)115 Я
β + , α (0,049%)112 Те
116m Cs [n 9]100(60)# кэВ3,85(13) сβ + (99,56%)116 Хе(7+)
β + , р (0,44%)115 Я
β + , α (0,0034%)112 Те
117С5562116.928617(67)8.4(6) сβ +117 Хе9/2+#
117m Cs [n 9]150(80)# кэВ6,5(4) сβ +117 Хе3/2+#
118 Сс5563117.926560(14)14(2) сβ + (99,98%)118 Хе2(−) [6]
β + , р (0,021%)117 Я
β + , α (0,0012%)114 Те
118m1 Cs [6] [н 9]X кэВ17(3) сβ + (99,98%)118 Хе(7−)
β + , р (0,021%)117 Я
β + , α (0,0012%)114 Те
118м2 Cs [6] [n 9]Y кэВ(6+)
118м3 Cs [6] [н 9]65,9 кэВЭТО118 Сс(3−)
118m4 Cs [6]125,9+X кэВ550(60) нсЭТО118м1 Cs(7+)
118m5 Cs [6]195,2+X кэВ<500 нсЭТО118м4 Cs(8+)
119С5564118.9223 77(15)43,0(2) сβ +119 Хе9/2+
β + , α (<2×10 −6 %)115 Те
119m Cs [n 9]50(30)# кэВ30,4(1) сβ +119 Хе3/2+
120 Сс5565119.920677(11)60,4(6) сβ +120 Хе2+
β + , α (<2×10 −5 %)116 Те
β + , р (<7×10 −6 %)119 Я
120m Cs [n 9]100(60)# кэВ57(6) сβ +120 Хе(7−)
β + , α (<2×10 −5 %)116 Те
β + , р (<7×10 −6 %)119 Я
121 Сс5566120.917227(15)155(4) сβ +121 Хе3/2+
121м Cs68,5(3) кэВ122(3) сβ + (83%)121 Хе9/2+
ИТ (17%)121 Сс
122С5567121.916108(36)21.18(19) сβ +122 Хе1+
β + , α (<2×10−7 % )118 Те
122m1 Cs45,87(12) кэВ>1 мксЭТО122С3+
122м2 Cs140(30) кэВ3.70(11) минβ +122 Хе8−
122м3 Cs127,07(16) кэВ360(20) мсЭТО122С5−
123С5568122.912996(13)5.88(3) минβ +123 Хе1/2+
123m1 Cs156,27(5) кэВ1,64(12) сЭТО123С11/2−
123м2 Cs252(6) кэВ114(5) нсЭТО123С(9/2+)
124С5569123.9122474(98)30,9(4) сβ +124 Хе1+
124m Cs462,63(14) кэВ6.41(7) сИТ (99,89%)124С(7)+
β + (0,11%)124 Хе
125 Сс5570124.9097260(83)44.35(29) минβ +125 Хе1/2+
125м Cs266,1(11) кэВ900(30) мсЭТО125 Сс(11/2−)
126С5571125.909446(11)1,64(2) мин.β +126 Хе1+
126m1 Cs273,0(7) кэВ~1 мксЭТО126С(4−)
126м2 Cs596,1(11) кэВ171(14) мксЭТО126С8−#
127С5572126.9074175(60)6.25(10) ч.β +127 Хе1/2+
127м Cs452,23(21) кэВ55(3) мксЭТО127С(11/2)−
128 Сс5573127.9077485(57)3.640(14) минβ +128 Хе1+
129С5574128.9060659(49)32.06(6) ч.β +129 Хе1/2+
129mCs575,40(14) кэВ718(21) нсЭТО127С(11/2−)
130 Сс5575129.9067093(90)29.21(4) мин.β + (98,4%)130 Хе1+
β (1,6%)130 Ба
130м Cs163,25(11) кэВ3.46(6) минИТ (99,84%)130 Сс5−
β + (0,16%)130 Хе
131С5576130.90546846(19)9.689(16) дЕС131 Хе5/2+
132С5577131.9064378(11)6.480(6) дβ + (98,13%)132 Хе2+
β (1,87%)132 Ба
133 Cs [n 10] [n 11]5578132.905451958(8)Стабильный7/2+1.0000
134 Cs [n 11]5579133.906718501(17)2.0650(4) гβ 134 Ба4+
ЕС (3,0×10−4 % )134 Хе
134mCs138,7441(26) кэВ2.912(2) чЭТО134 Сс8−
135 Cs [n 11]5580134.90597691(39)1,33(19)×10 6  летβ 135 Ба7/2+
135м Cs1632,9(15) кэВ53(2) мин.ЭТО135 Сс19/2−
136С5581135.9073114(20)13.01(5) дβ 136 Ба5+
136м Cs517,9(1) кэВ17,5(2) сβ ?136 Ба8−
ЭТО?136С
137 Cs [n 11]5582136.90708930(32)30.04(4) г.β (94,70%) [7]137м Ба7/2+
β (5,30%) [7]137 Ба
138 Сс5583137.9110171(98)33,5(2) минβ 138 Ба3−
138м Cs79,9(3) кэВ2.91(10) минИТ (81%)138 Сс6−
β (19%)138 Ба
139 Сс5584138.9133638(34)9.27(5) минβ 139 Ба7/2+
140 Сс5585139.9172837(88)63,7(3) сβ 140 Ба1−
140м Cs13,931(21) кэВ471(51) нсЭТО140 Сс(2)−
141 Сс5586140.9200453(99)24.84(16) сβ (99,97%)141 Ба7/2+
β , н (0,0342%)140 Ба
142 Сс5587141.9242995(76)1.687(10) сβ (99,91%)142 Ба0−
β , н (0,089%)141 Ба
143 Сс5588142.9273473(81)1.802(8) сβ (98,38%)143 Ба3/2+
β , н (1,62%)142 Ба
144 Сс5589143.932075(22)994(6) мсβ (97,02%)144 Ба1−
β , н (2,98%)143 Ба
144м Cs92,2(5) кэВ1.1(1) мксЭТО144 Сс(4−)
145 Сс5590144.9355289(97)582(4) мсβ (87,2%)145 Ба3/2+
β , н (12,8%)144 Ба
145м Cs762,9(4) кэВ0,5(1) мксЭТО145 Сс13/2#
146 Сс5591145.9406219(31)321,6(9) мсβ (85,8%)146 Ба1−
β , н (14,2%)145 Ба
146м Cs46,7(1) кэВ1,25(5) мксЭТО146 Сс4−#
147 Сс5592146.9442615(90)230,5(9) мсβ (71,5%)147 Ба(3/2+)
β , н (28,5%)146 Ба
147м Cs701,4(4) кэВ190(20) нсЭТО147 Сс13/2#
148 Сс5593147.949639(14)151,8(10) мсβ (71,3%)148 Ба(2−)
β , н (28,7%)147 Ба
148м Cs45,2(1) кэВ4,8(2) мксЭТО148 Сс4−#
149 Сс5594148.95352(43)#112.3(25) мсβ (75%)149 Ба3/2+#
β , н (25%)148 Ба
150 Сс5595149.95902(43)#81,0(26) мсβ (~56%)150 Ба(2−)
β , н (~44%)149 Ба
151 Сс5596150.96320(54)#59(19) мсβ 151 Ба3/2+#
Заголовок и нижний колонтитул этой таблицы:
  1. ^ m Cs – Возбужденный ядерный изомер .
  2. ^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) приводится в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  3. ^ # – Атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из тенденций от поверхности массы (TMS).
  4. ^ Способы распада:
    ЕС:Захват электронов
    ЭТО:Изомерный переход
    н:Нейтронное излучение
    р:Эмиссия протонов
  5. ^ Жирный курсивный символ как дочерний – Дочерний продукт почти стабилен.
  6. ^ Жирный символ как дочерний – Дочерний продукт стабилен.
  7. ^ ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.
  8. ^ ab # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
  9. ^ abcdefg Порядок основного состояния и изомера не определен.
  10. ^ Используется для определения второго
  11. ^ abcd Продукт деления

Цезий-131

Цезий-131, представленный в 2004 году для брахитерапии компанией Isoray [8], имеет период полураспада 9,7 дней и энергию 30,4 кэВ.

Цезий-133

Цезий-133 — единственный стабильный изотоп цезия. Основная единица времени СИ, секунда , определяется специфическим переходом цезия-133 . С 1967 года официальное определение секунды следующее:

Второй символ s определяется путем принятия фиксированного числового значения частоты цезия Δ ν Cs , невозмущенной частоты сверхтонкого перехода основного состояния атома цезия-133 [9] , равной9 192 631 770 Гц , что равно с −1 .

Цезий-134

Период полураспада цезия-134 составляет 2,0652 года. Он производится как напрямую (с очень малым выходом, поскольку 134 Xe стабилен), так и посредством захвата нейтронов из нерадиоактивного 133 Cs ( сечение захвата нейтронов 29 барн ), который является обычным продуктом деления . Цезий-134 не производится посредством бета-распада других продуктов деления нуклидов с массой 134, поскольку бета-распад останавливается на стабильном 134 Xe. Он также не производится ядерным оружием , поскольку 133 Cs создается посредством бета-распада исходных продуктов деления только спустя долгое время после окончания ядерного взрыва.

Суммарный выход 133 Cs и 134 Cs составляет 6,7896%. Соотношение между ними будет меняться 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 134Ba и испуская в среднем 2,23 гамма-кванта (средняя энергия 0,698 МэВ ) . [10]

Цезий-135

Нуклидт 12УрожайВ [а 1]βγ
( Ма )(%) [а 2]( кэВ )
99 Тс0,2116.1385294β
126 Сн0.2300,10844050 [а 3]β γ
79 Сэ0,3270,0447151β
135 Сс1.336.9110 [а 4]269β
93 Зр1.535.457591βγ
107 Пд6.5  1.249933β
129 Я16.14  0,8410194βγ
  1. ^ Энергия распада делится между β , нейтрино и γ, если таковые имеются.
  2. ^ На 65 делений тепловыми нейтронами 235 U и 35 делений 239 Pu .
  3. ^ Имеет энергию распада 380 кэВ, но продукт его распада 126Sb имеет энергию распада 3,67 МэВ.
  4. ^ Ниже в тепловых реакторах, поскольку 135Xe , его предшественник, легко поглощает нейтроны .

Цезий-135 — слаборадиоактивный изотоп цезия с периодом полураспада 1,33 миллиона лет. Он распадается путем испускания низкоэнергетической бета-частицы в стабильный изотоп барий-135. Цезий-135 — один из семи долгоживущих продуктов деления и единственный щелочной. В большинстве типов ядерной переработки он остается со среднеживущими продуктами деления (включая137
Cs
, которые могут быть отделены только от135
Cs
через изотопное разделение ) а не с другими долгоживущими продуктами деления. За исключением реактора на расплавленной соли , где135
Cs
создается как совершенно отдельный поток вне топлива (после распада пузырькового разделения)135
Низкая
энергия распада , отсутствие гамма-излучения и длительный период полураспада 135Cs делают этот изотоп гораздо менее опасным, чем 137Cs или 134Cs .

Его предшественник 135 Xe имеет высокий выход продуктов деления (например, 6,3333% для 235 U и тепловых нейтронов ), но также имеет самое высокое известное сечение захвата тепловых нейтронов среди всех нуклидов. Из-за этого большая часть 135 Xe, произведенного в современных тепловых реакторах (до >90% при полной мощности в стационарном состоянии) [11], будет преобразована в чрезвычайно долгоживущий (период полураспада порядка 10 21 лет)136
Xe
прежде, чем он сможет распасться на135
Cs,
несмотря на относительно короткий период полураспада135
Xe
. Мало или совсем нет135
Xe
будет уничтожен захватом нейтронов после остановки реактора или в реакторе на расплавленной соли , который непрерывно удаляет ксенон из своего топлива, реакторе на быстрых нейтронах или ядерном оружии. Ксеноновая яма — это явление избыточного поглощения нейтронов через135
Накопление Xe
в реакторе после снижения мощности или остановки часто контролируется путем135
Распад ксенона
происходит до уровня, при котором поток нейтронов снова можно безопасно контролировать с помощью регулирующих стержней .

Ядерный реактор также будет производить гораздо меньшие количества 135Cs из нерадиоактивного продукта деления 133Cs путем последовательного захвата нейтронов в 134Cs , а затем в 135Cs .

Тепловое сечение захвата нейтронов и резонансный интеграл 135 Cs составляют 8,3 ± 0,3 и 38,1 ± 2,6 барн соответственно. [12] Утилизация 135 Cs путем ядерной трансмутации затруднена из-за низкого сечения, а также из-за того, что нейтронное облучение смешанного изотопного деления цезия производит больше 135 Cs из стабильного 133 Cs. Кроме того, интенсивная среднесрочная радиоактивность 137 Cs затрудняет обращение с ядерными отходами. [13]

  • Информационный листок ANL

Цезий-136

Период полураспада цезия-136 составляет 13,16 суток. Он производится как напрямую (с очень малым выходом, поскольку 136Xe является бета-стабильным ) в качестве продукта деления, так и посредством захвата нейтронов из долгоживущего 135Cs (сечение захвата нейтронов 8,702 барн), который является обычным продуктом деления. Цезий-136 не производится посредством бета-распада других продуктов деления нуклидов с массой 136, поскольку бета-распад останавливается на почти стабильном 136Xe . Он также не производится ядерным оружием, поскольку 135Cs создается путем бета-распада исходных продуктов деления только спустя долгое время после окончания ядерного взрыва. 136Cs также захватывает нейтроны с сечением 13,00 барн, становясь среднеживущим радиоактивным 137Cs . Цезий-136 подвергается бета-распаду (β−), производя 136Ba напрямую.

Цезий-137

Цезий-137 с периодом полураспада 30,17 лет является одним из двух основных среднеживущих продуктов деления , наряду с 90 Sr , которые ответственны за большую часть радиоактивности отработанного ядерного топлива после нескольких лет охлаждения, до нескольких сотен лет после использования. Он составляет большую часть радиоактивности, оставшейся после аварии на Чернобыльской АЭС , и является серьезной проблемой для здоровья при дезактивации земель вблизи АЭС Фукусима . [14] 137 Cs бета распадается до бария-137m (короткоживущий ядерный изомер ), а затем до нерадиоактивного бария-137 . Цезий-137 не испускает гамма-излучение напрямую, все наблюдаемое излучение обусловлено дочерним изотопом барием-137m.

137 Cs имеет очень низкую скорость захвата нейтронов и пока не может быть утилизирован таким образом, если только не появятся достижения в области коллимации нейтронного пучка (что невозможно сделать иным образом с помощью магнитных полей), которые доступны только в экспериментах по мюонному катализу синтеза (а не в других формах ускорительной трансмутации ядерных отходов ), и не позволят производить нейтроны с достаточно высокой интенсивностью, чтобы компенсировать и преодолеть эти низкие скорости захвата; поэтому до тех пор 137 Cs нужно просто позволить распадаться.

137 Cs использовался в качестве трассера в гидрологических исследованиях , аналогично использованию 3 H.

Другие изотопы цезия

Другие изотопы имеют период полураспада от нескольких дней до долей секунды. Почти весь цезий, полученный в результате ядерного деления, происходит из бета-распада изначально более богатых нейтронами продуктов деления, проходящих через изотопы йода , чем изотопы ксенона . Поскольку эти элементы летучи и могут диффундировать через ядерное топливо или воздух, цезий часто создается далеко от исходного места деления.

Ссылки

  1. ^ abcd Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "Оценка ядерных свойств NUBASE2020" (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  2. ^ "Измерения периода полураспада радионуклидов NIST". NIST . Получено 2011-03-13 .
  3. ^ "Стандартные атомные веса: цезий". CIAAW . 2013.
  4. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). "Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)". Чистая и прикладная химия . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  5. ^ Ван, Мэн; Хуан, ВДж; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки*». Chinese Physics C. 45 ( 3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
  6. ^ abcdef Чжэн, К.К.; Петраке, КМ; Чжан, Чж.; Астье, А.; Льв, БФ; Гринлис, штат Пенсильвания; Гран, Т.; Жюлин, Р.; Юутинен, С.; Луома, М.; Оджала, Дж.; Пакаринен, Дж.; Партанен Дж.; Ракила, П.; Руотсалайнен, П.; Сандзелиус, М.; Сарен, Дж.; Танн, Х.; Ууситало, Дж.; Зимба, Г.; Седерволл, Б.; Актас, ö.; Эртопрак А.; Чжан, В.; Го, С.; Лю, МЛ; Чжоу, XH; Кути, И.; Ньяко, Б.М.; Солер, Д.; Тимар, Дж.; Андреойу, К.; Донсель, М.; Джосс, ДТ; Пейдж, РД (21 октября 2021 г.). «Богатая полосовая структура и множественные долгоживущие изомеры в нечетно-нечетном ядре Cs 118». Physical Review C . 104 (4). doi :10.1103/PhysRevC.104.044325 . Получено 29 декабря 2024 г.
  7. ^ ab Browne, E.; Tuli, JK (октябрь 2007 г.). "Ядерные данные для A = 137". Ядерные данные . 108 (10): 2173– 2318. doi :10.1016/j.nds.2007.09.002.
  8. ^ Isoray. "Почему цезий-131". Архивировано из оригинала 2019-06-30 . Получено 2017-12-05 .
  9. ^ Хотя фаза, используемая здесь, более кратка, чем в предыдущем определении, она все еще имеет то же значение. Это ясно из 9-й брошюры SI, которая почти сразу после определения на стр. 130 гласит: "Эффект этого определения заключается в том, что секунда равна длительности9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями невозмущенного основного состояния атома 133 Cs».
  10. ^ "Характеристики цезия-134 и цезия-137". Японское агентство по атомной энергии. Архивировано из оригинала 2016-03-04 . Получено 2014-10-23 .
  11. ^ Джон Л. Грох (2004). «Дополнение к главе 11 книги «Основы физики реакторов» (PDF) . Проект CANTEACH. Архивировано из оригинала (PDF) 10 июня 2011 г. . Получено 14 мая 2011 г. .
  12. ^ Хацукава, Y.; Шинохара, N; Хата, K.; и др. (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.
  13. ^ Оки, Шигео; Такаки, ​​Наоюки (2002). «Трансмутация цезия-135 с помощью быстрых реакторов» (PDF) . Труды седьмого совещания по обмену информацией по разделению и трансмутации актинидов и продуктов деления, Чеджу, Корея .
  14. ^ Деннис (1 марта 2013 г.). «Охлаждение горячей зоны». Science . 339 (6123): 1028– 1029. doi :10.1126/science.339.6123.1028. PMID  23449572.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Изотопы_цезия&oldid=1265869437#Цезий-131"