| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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.
Нуклид [n 1] | З | Н | Изотопная 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] | |||||||||||||||||||
112С | 55 | 57 | 111.95017(12)# | 490(30) мкс | р (>99,74%) | 111 Хе | 1+# | ||||||||||||
α (<0,26%) | 108 Я | ||||||||||||||||||
113 Сс | 55 | 58 | 112.9444285(92) | 16,94(9) мкс | п | 112 Хе | (3/2+) | ||||||||||||
114 Сс | 55 | 59 | 113.941292(91) | 570(20) мс | β + (91,1%) | 114 Хе | (1+) | ||||||||||||
β + , р (8,7%) | 113 Я | ||||||||||||||||||
β + , α (0,19%) | 110 Те | ||||||||||||||||||
α (0,018%) | 110 Я | ||||||||||||||||||
115 Сс | 55 | 60 | 114.93591(11)# | 1,4(8) с | β + (99,93%) | 115 Хе | 9/2+# | ||||||||||||
β + , р (0,07%) | 114 Я | ||||||||||||||||||
116С | 55 | 61 | 115.93340(11)# | 700(40) мс | β + (99,67%) | 116 Хе | (1+) | ||||||||||||
β + , р (0,28%) | 115 Я | ||||||||||||||||||
β + , α (0,049%) | 112 Те | ||||||||||||||||||
116m Cs [n 9] | 100(60)# кэВ | 3,85(13) с | β + (99,56%) | 116 Хе | (7+) | ||||||||||||||
β + , р (0,44%) | 115 Я | ||||||||||||||||||
β + , α (0,0034%) | 112 Те | ||||||||||||||||||
117С | 55 | 62 | 116.928617(67) | 8.4(6) с | β + | 117 Хе | 9/2+# | ||||||||||||
117m Cs [n 9] | 150(80)# кэВ | 6,5(4) с | β + | 117 Хе | 3/2+# | ||||||||||||||
118 Сс | 55 | 63 | 117.926560(14) | 14(2) с | β + (99,98%) | 118 Хе | 2(−) [6] | ||||||||||||
β + , р (0,021%) | 117 Я | ||||||||||||||||||
β + , α (0,0012%) | 114 Те | ||||||||||||||||||
118m1 Cs [6] [н 9] | X кэВ | 17(3) с | β + (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 кэВ | ЭТО | 118 Сс | (3−) | |||||||||||||||
118m4 Cs [6] | 125,9+X кэВ | 550(60) нс | ЭТО | 118м1 Cs | (7+) | ||||||||||||||
118m5 Cs [6] | 195,2+X кэВ | <500 нс | ЭТО | 118м4 Cs | (8+) | ||||||||||||||
119С | 55 | 64 | 118.9223 77(15) | 43,0(2) с | β + | 119 Хе | 9/2+ | ||||||||||||
β + , α (<2×10 −6 %) | 115 Те | ||||||||||||||||||
119m Cs [n 9] | 50(30)# кэВ | 30,4(1) с | β + | 119 Хе | 3/2+ | ||||||||||||||
120 Сс | 55 | 65 | 119.920677(11) | 60,4(6) с | β + | 120 Хе | 2+ | ||||||||||||
β + , α (<2×10 −5 %) | 116 Те | ||||||||||||||||||
β + , р (<7×10 −6 %) | 119 Я | ||||||||||||||||||
120m Cs [n 9] | 100(60)# кэВ | 57(6) с | β + | 120 Хе | (7−) | ||||||||||||||
β + , α (<2×10 −5 %) | 116 Те | ||||||||||||||||||
β + , р (<7×10 −6 %) | 119 Я | ||||||||||||||||||
121 Сс | 55 | 66 | 120.917227(15) | 155(4) с | β + | 121 Хе | 3/2+ | ||||||||||||
121м Cs | 68,5(3) кэВ | 122(3) с | β + (83%) | 121 Хе | 9/2+ | ||||||||||||||
ИТ (17%) | 121 Сс | ||||||||||||||||||
122С | 55 | 67 | 121.916108(36) | 21.18(19) с | β + | 122 Хе | 1+ | ||||||||||||
β + , α (<2×10−7 % ) | 118 Те | ||||||||||||||||||
122m1 Cs | 45,87(12) кэВ | >1 мкс | ЭТО | 122С | 3+ | ||||||||||||||
122м2 Cs | 140(30) кэВ | 3.70(11) мин | β + | 122 Хе | 8− | ||||||||||||||
122м3 Cs | 127,07(16) кэВ | 360(20) мс | ЭТО | 122С | 5− | ||||||||||||||
123С | 55 | 68 | 122.912996(13) | 5.88(3) мин | β + | 123 Хе | 1/2+ | ||||||||||||
123m1 Cs | 156,27(5) кэВ | 1,64(12) с | ЭТО | 123С | 11/2− | ||||||||||||||
123м2 Cs | 252(6) кэВ | 114(5) нс | ЭТО | 123С | (9/2+) | ||||||||||||||
124С | 55 | 69 | 123.9122474(98) | 30,9(4) с | β + | 124 Хе | 1+ | ||||||||||||
124m Cs | 462,63(14) кэВ | 6.41(7) с | ИТ (99,89%) | 124С | (7)+ | ||||||||||||||
β + (0,11%) | 124 Хе | ||||||||||||||||||
125 Сс | 55 | 70 | 124.9097260(83) | 44.35(29) мин | β + | 125 Хе | 1/2+ | ||||||||||||
125м Cs | 266,1(11) кэВ | 900(30) мс | ЭТО | 125 Сс | (11/2−) | ||||||||||||||
126С | 55 | 71 | 125.909446(11) | 1,64(2) мин. | β + | 126 Хе | 1+ | ||||||||||||
126m1 Cs | 273,0(7) кэВ | ~1 мкс | ЭТО | 126С | (4−) | ||||||||||||||
126м2 Cs | 596,1(11) кэВ | 171(14) мкс | ЭТО | 126С | 8−# | ||||||||||||||
127С | 55 | 72 | 126.9074175(60) | 6.25(10) ч. | β + | 127 Хе | 1/2+ | ||||||||||||
127м Cs | 452,23(21) кэВ | 55(3) мкс | ЭТО | 127С | (11/2)− | ||||||||||||||
128 Сс | 55 | 73 | 127.9077485(57) | 3.640(14) мин | β + | 128 Хе | 1+ | ||||||||||||
129С | 55 | 74 | 128.9060659(49) | 32.06(6) ч. | β + | 129 Хе | 1/2+ | ||||||||||||
129mCs | 575,40(14) кэВ | 718(21) нс | ЭТО | 127С | (11/2−) | ||||||||||||||
130 Сс | 55 | 75 | 129.9067093(90) | 29.21(4) мин. | β + (98,4%) | 130 Хе | 1+ | ||||||||||||
β − (1,6%) | 130 Ба | ||||||||||||||||||
130м Cs | 163,25(11) кэВ | 3.46(6) мин | ИТ (99,84%) | 130 Сс | 5− | ||||||||||||||
β + (0,16%) | 130 Хе | ||||||||||||||||||
131С | 55 | 76 | 130.90546846(19) | 9.689(16) д | ЕС | 131 Хе | 5/2+ | ||||||||||||
132С | 55 | 77 | 131.9064378(11) | 6.480(6) д | β + (98,13%) | 132 Хе | 2+ | ||||||||||||
β − (1,87%) | 132 Ба | ||||||||||||||||||
133 Cs [n 10] [n 11] | 55 | 78 | 132.905451958(8) | Стабильный | 7/2+ | 1.0000 | |||||||||||||
134 Cs [n 11] | 55 | 79 | 133.906718501(17) | 2.0650(4) г | β − | 134 Ба | 4+ | ||||||||||||
ЕС (3,0×10−4 % ) | 134 Хе | ||||||||||||||||||
134mCs | 138,7441(26) кэВ | 2.912(2) ч | ЭТО | 134 Сс | 8− | ||||||||||||||
135 Cs [n 11] | 55 | 80 | 134.90597691(39) | 1,33(19)×10 6 лет | β − | 135 Ба | 7/2+ | ||||||||||||
135м Cs | 1632,9(15) кэВ | 53(2) мин. | ЭТО | 135 Сс | 19/2− | ||||||||||||||
136С | 55 | 81 | 135.9073114(20) | 13.01(5) д | β − | 136 Ба | 5+ | ||||||||||||
136м Cs | 517,9(1) кэВ | 17,5(2) с | β − ? | 136 Ба | 8− | ||||||||||||||
ЭТО? | 136С | ||||||||||||||||||
137 Cs [n 11] | 55 | 82 | 136.90708930(32) | 30.04(4) г. | β − (94,70%) [7] | 137м Ба | 7/2+ | ||||||||||||
β − (5,30%) [7] | 137 Ба | ||||||||||||||||||
138 Сс | 55 | 83 | 137.9110171(98) | 33,5(2) мин | β − | 138 Ба | 3− | ||||||||||||
138м Cs | 79,9(3) кэВ | 2.91(10) мин | ИТ (81%) | 138 Сс | 6− | ||||||||||||||
β − (19%) | 138 Ба | ||||||||||||||||||
139 Сс | 55 | 84 | 138.9133638(34) | 9.27(5) мин | β − | 139 Ба | 7/2+ | ||||||||||||
140 Сс | 55 | 85 | 139.9172837(88) | 63,7(3) с | β − | 140 Ба | 1− | ||||||||||||
140м Cs | 13,931(21) кэВ | 471(51) нс | ЭТО | 140 Сс | (2)− | ||||||||||||||
141 Сс | 55 | 86 | 140.9200453(99) | 24.84(16) с | β − (99,97%) | 141 Ба | 7/2+ | ||||||||||||
β − , н (0,0342%) | 140 Ба | ||||||||||||||||||
142 Сс | 55 | 87 | 141.9242995(76) | 1.687(10) с | β − (99,91%) | 142 Ба | 0− | ||||||||||||
β − , н (0,089%) | 141 Ба | ||||||||||||||||||
143 Сс | 55 | 88 | 142.9273473(81) | 1.802(8) с | β − (98,38%) | 143 Ба | 3/2+ | ||||||||||||
β − , н (1,62%) | 142 Ба | ||||||||||||||||||
144 Сс | 55 | 89 | 143.932075(22) | 994(6) мс | β − (97,02%) | 144 Ба | 1− | ||||||||||||
β − , н (2,98%) | 143 Ба | ||||||||||||||||||
144м Cs | 92,2(5) кэВ | 1.1(1) мкс | ЭТО | 144 Сс | (4−) | ||||||||||||||
145 Сс | 55 | 90 | 144.9355289(97) | 582(4) мс | β − (87,2%) | 145 Ба | 3/2+ | ||||||||||||
β − , н (12,8%) | 144 Ба | ||||||||||||||||||
145м Cs | 762,9(4) кэВ | 0,5(1) мкс | ЭТО | 145 Сс | 13/2# | ||||||||||||||
146 Сс | 55 | 91 | 145.9406219(31) | 321,6(9) мс | β − (85,8%) | 146 Ба | 1− | ||||||||||||
β − , н (14,2%) | 145 Ба | ||||||||||||||||||
146м Cs | 46,7(1) кэВ | 1,25(5) мкс | ЭТО | 146 Сс | 4−# | ||||||||||||||
147 Сс | 55 | 92 | 146.9442615(90) | 230,5(9) мс | β − (71,5%) | 147 Ба | (3/2+) | ||||||||||||
β − , н (28,5%) | 146 Ба | ||||||||||||||||||
147м Cs | 701,4(4) кэВ | 190(20) нс | ЭТО | 147 Сс | 13/2# | ||||||||||||||
148 Сс | 55 | 93 | 147.949639(14) | 151,8(10) мс | β − (71,3%) | 148 Ба | (2−) | ||||||||||||
β − , н (28,7%) | 147 Ба | ||||||||||||||||||
148м Cs | 45,2(1) кэВ | 4,8(2) мкс | ЭТО | 148 Сс | 4−# | ||||||||||||||
149 Сс | 55 | 94 | 148.95352(43)# | 112.3(25) мс | β − (75%) | 149 Ба | 3/2+# | ||||||||||||
β − , н (25%) | 148 Ба | ||||||||||||||||||
150 Сс | 55 | 95 | 149.95902(43)# | 81,0(26) мс | β − (~56%) | 150 Ба | (2−) | ||||||||||||
β − , н (~44%) | 149 Ба | ||||||||||||||||||
151 Сс | 55 | 96 | 150.96320(54)# | 59(19) мс | β − | 151 Ба | 3/2+# | ||||||||||||
Заголовок и нижний колонтитул этой таблицы: |
ЕС: | Захват электронов |
ЭТО: | Изомерный переход |
н: | Нейтронное излучение |
р: | Эмиссия протонов |
Цезий-131, представленный в 2004 году для брахитерапии компанией Isoray [8], имеет период полураспада 9,7 дней и энергию 30,4 кэВ.
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 .
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]
Нуклид | т 1 ⁄ 2 | Урожай | В [а 1] | βγ |
---|---|---|---|---|
( Ма ) | (%) [а 2] | ( кэВ ) | ||
99 Тс | 0,211 | 6.1385 | 294 | β |
126 Сн | 0.230 | 0,1084 | 4050 [а 3] | β γ |
79 Сэ | 0,327 | 0,0447 | 151 | β |
135 Сс | 1.33 | 6.9110 [а 4] | 269 | β |
93 Зр | 1.53 | 5.4575 | 91 | βγ |
107 Пд | 6.5 | 1.2499 | 33 | β |
129 Я | 16.14 | 0,8410 | 194 | βγ |
|
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]
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 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 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.