Изотопы цезия - Isotopes of caesium

Основные изотопы цезий  (₅₅Cs)

Изотоп Распад изобилие период полураспада (т1/2) Режим продукт ^131CS син 9,7 г ε ^131Xe ^133CS 100% стабильный ^134CS син 2,0648 г. ε ^134Xe β^− ^134Ба ^135CS след 2.3×10^6 у β^− ^135Ба ^137CS син 30,17 года[1] β^− ^137Ба
Стандартный атомный вес Аr, стандарт(Cs)	132.90545196(6)[2]
Посмотреть говорить редактировать

Цезий (₅₅Cs) имеет 40 известных изотопы, делая это вместе с барий и Меркурий, один из элементов с наибольшим количеством изотопов.^[3] В атомные массы из этих изотопов колеблется от 112 до 151. Только один изотоп, ¹³³Cs, стабильно. Самый долгоживущий радиоизотопы находятся ¹³⁵Cs с периодом полураспада 2,3 миллиона лет, ¹³⁷Cs с периодом полураспада 30,1671 года и ¹³⁴Cs с периодом полураспада 2,0652 года. Все остальные изотопы имеют период полураспада менее 2 недель, в большинстве случаев менее часа.

Начиная с 1945 г. с началом ядерные испытания, изотопы цезия попали в атмосфера где цезий легко абсорбируется в раствор и возвращается на поверхность земли в качестве компонента радиоактивные осадки. Когда цезий попадает в грунтовые воды, он оседает на поверхности почвы и удаляется из ландшафта в первую очередь за счет перенос 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	Распад Режим [n 4]	Дочь изотоп [n 5][n 6]	Вращение и паритет [n 7][n 8]	Природное изобилие (мольная доля)
	Энергия возбуждения[n 8]							Нормальная пропорция	Диапазон вариации
^112CS	55	57	111.95030(33)#	500 (100) мкс	п	^111Xe	1+#
					α	^108я
^113CS	55	58	112.94449(11)	16,7 (7) мкс	р (99,97%)	^112Xe	5/2+#
					β^+ (.03%)	^113Xe
^114CS	55	59	113.94145(33)#	0,57 (2) с	β^+ (91.09%)	^114Xe	(1+)
					β^+, п (8,69%)	^113я
					β^+, α (0,19%)	^110Te
					α (0,018%)	^110я
^115CS	55	60	114.93591(32)#	1,4 (8) с	β^+ (99.93%)	^115Xe	9/2+#
					β^+, п (0,07%)	^114я
^116CS	55	61	115.93337(11)#	0,70 (4) с	β^+ (99.67%)	^116Xe	(1+)
					β^+, п (0,279%)	^115я
					β^+, α (0,049%)	^112Te
^116 кв.м.CS	100 (60) # кэВ			3,85 (13) с	β^+ (99.48%)	^116Xe	4+, 5, 6
					β^+, п (0,51%)	^115я
					β^+, α (0,008%)	^112Te
^117CS	55	62	116.92867(7)	8,4 (6) с	β^+	^117Xe	(9/2+)#
^117мCS	150 (80) # кэВ			6.5 (4) с	β^+	^117Xe	3/2+#
^118CS	55	63	117.926559(14)	14 (2) с	β^+ (99.95%)	^118Xe	2
					β^+, п (0,042%)	^117я
					β^+, α (0,0024%)	^114Te
^118 кв.м.CS	100 (60) # кэВ			17 (3) с	β^+ (99.95%)	^118Xe	(7−)
					β^+, п (0,042%)	^117я
					β^+, α (0,0024%)	^114Te
^119CS	55	64	118.922377(15)	43.0 (2) с	β^+	^119Xe	9/2+
					β^+, α (2 × 10^−6%)	^115Te
^119 кв.м.CS	50 (30) # кэВ			30,4 (1) с	β^+	^119Xe	3/2(+)
^120CS	55	65	119.920677(11)	61,2 (18) с	β^+	^120Xe	2(−#)
					β^+, α (2 × 10^−5%)	^116Te
					β^+, п (7 × 10^−6%)	^119я
^120 кв.м.CS	100 (60) # кэВ			57 (6) с	β^+	^120Xe	(7−)
					β^+, α (2 × 10^−5%)	^116Te
					β^+, п (7 × 10^−6%)	^119я
^121CS	55	66	120.917229(15)	155 (4) с	β^+	^121Xe	3/2(+)
^121 кв.м.CS	68,5 (3) кэВ			122 (3) с	β^+ (83%)	^121Xe	9/2(+)
					ЭТО (17%)	^121CS
^122CS	55	67	121.91611(3)	21.18 (19) с	β^+	^122Xe	1+
					β^+, α (2 × 10^−7%)	^118Te
^122 млCS	45,8 кэВ			> 1 мкс			(3)+
^122м2CS	140 (30) кэВ			3,70 (11) мин	β^+	^122Xe	8−
^122м3CS	127.0 (5) кэВ			360 (20) мс			(5)−
^123CS	55	68	122.912996(13)	5,88 (3) мин	β^+	^123Xe	1/2+
^123м1CS	156.27 (5) кэВ			1,64 (12) с	ЭТО	^123CS	(11/2)−
^123м2CS	231,63 + X кэВ			114 (5) нс			(9/2+)
^124CS	55	69	123.912258(9)	30,9 (4) с	β^+	^124Xe	1+
^124 кв.м.CS	462,55 (17) кэВ			6,3 (2) с	ЭТО	^124CS	(7)+
^125CS	55	70	124.909728(8)	46,7 (1) мин	β^+	^125Xe	1/2(+)
^125 кв.м.CS	266,6 (11) кэВ			900 (30) мс			(11/2−)
^126CS	55	71	125.909452(13)	1,64 (2) мин	β^+	^126Xe	1+
^126 млCS	273.0 (7) кэВ			> 1 мкс
^126м2CS	596,1 (11) кэВ			171 (14) мкс
^127CS	55	72	126.907418(6)	6,25 (10) ч	β^+	^127Xe	1/2+
^127 кв.м.CS	452.23 (21) кэВ			55 (3) мкс			(11/2)−
^128CS	55	73	127.907749(6)	3,640 (14) мин	β^+	^128Xe	1+
^129CS	55	74	128.906064(5)	32.06 (6) ч	β^+	^129Xe	1/2+
^130CS	55	75	129.906709(9)	29,21 (4) мин	β^+ (98.4%)	^130Xe	1+
					β^− (1.6%)	^130Ба
^130 кв.м.CS	163.25 (11) кэВ			3,46 (6) мин	ИТ (99,83%)	^130CS	5−
					β^+ (.16%)	^130Xe
^131CS	55	76	130.905464(5)	9,689 (16) д	ЕС	^131Xe	5/2+
^132CS	55	77	131.9064343(20)	6,480 (6) сут	β^+ (98.13%)	^132Xe	2+
					β^− (1.87%)	^132Ба
^133CS[n 9][n 10]	55	78	132.905451933(24)	Стабильный			7/2+	1.0000
^134CS[n 10]	55	79	133.906718475(28)	2,0652 (4) г	β^−	^134Ба	4+
					ЭК (3 × 10^−4%)	^134Xe
^134 кв.м.CS	138.7441 (26) кэВ			2,912 (2) ч	ЭТО	^134CS	8−
^135CS[n 10]	55	80	134.9059770(11)	2,3 x10^6 у	β^−	^135Ба	7/2+
^135 кв.м.CS	1632,9 (15) кэВ			53 (2) мин	ЭТО	^135CS	19/2−
^136CS	55	81	135.9073116(20)	13,16 (3) д	β^−	^136Ба	5+
^136 кв.м.CS	518 (5) кэВ			19 (2) с	β^−	^136Ба	8−
					ЭТО	^136CS
^137CS[n 10]	55	82	136.9070895(5)	30.1671 (13) л	β^− (95%)	^137 кв.м.Ба	7/2+
					β^− (5%)	^137Ба
^138CS	55	83	137.911017(10)	33,41 (18) мин	β^−	^138Ба	3−
^138 кв.м.CS	79,9 (3) кэВ			2,91 (8) мин	ИТ (81%)	^138CS	6−
					β^− (19%)	^138Ба
^139CS	55	84	138.913364(3)	9,27 (5) мин	β^−	^139Ба	7/2+
^140CS	55	85	139.917282(9)	63,7 (3) с	β^−	^140Ба	1−
^141CS	55	86	140.920046(11)	24,84 (16) с	β^− (99.96%)	^141Ба	7/2+
					β^−, п (.0349%)	^140Ба
^142CS	55	87	141.924299(11)	1,689 (11) с	β^− (99.9%)	^142Ба	0−
					β^−, п (0,091%)	^141Ба
^143CS	55	88	142.927352(25)	1.791 (7) с	β^− (98.38%)	^143Ба	3/2+
					β^−, п (1,62%)	^142Ба
^144CS	55	89	143.932077(28)	994 (4) мс	β^− (96.8%)	^144Ба	1(−#)
					β^−, п (3,2%)	^143Ба
^144мCS	300 (200) # кэВ			<1 с	β^−	^144Ба	(>3)
					ЭТО	^144CS
^145CS	55	90	144.935526(12)	582 (6) мс	β^− (85.7%)	^145Ба	3/2+
					β^−, п (14,3%)	^144Ба
^146CS	55	91	145.94029(8)	0,321 (2) с	β^− (85.8%)	^146Ба	1−
					β^−, п (14,2%)	^145Ба
^147CS	55	92	146.94416(6)	0,235 (3) с	β^− (71.5%)	^147Ба	(3/2+)
					β^−, п (28,49%)	^146Ба
^148CS	55	93	147.94922(62)	146 (6) мс	β^− (74.9%)	^148Ба
					β^−, п (25,1%)	^147Ба
^149CS	55	94	148.95293(21)#	150 # мс [> 50 мс]	β^−	^149Ба	3/2+#
					β^−, п	^148Ба
^150CS	55	95	149.95817(32)#	100 # мс [> 50 мс]	β^−	^150Ба
					β^−, п	^149Ба
^151CS	55	96	150.96219(54)#	60 # мс [> 50 мс]	β^−	^151Ба	3/2+#
					β^−, п	^150Ба

1. ^мCs - Возбужден ядерный изомер.
2. () - Неопределенность (1σ) дается в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
3. # - Атомная масса, отмеченная #: значение и погрешность, полученные не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из трендов массовой поверхности (ТМС ).
4. Режимы распада:

   EC:	Электронный захват
   ЭТО:	Изомерный переход
   n:	Эмиссия нейтронов
   п:	Испускание протонов

5. Жирный курсив как дочь - Дочерний продукт почти стабилен.
6. Жирный символ как дочка - Дочерний продукт стабильный.
7. () значение вращения - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
8. # - Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN ).
9. Используется для определения второй
10. Продукт деления

Цезий-131

Цезий-131, введенный в 2004 г. для брахитерапия от Изорей,^[4] имеет период полураспада 9,7 суток и энергии 30,4 кэВ.

Цезий-133

Цезий-133 - единственный стабильный изотоп цезия. В Базовая единица СИ то второй определяется специфическим переходом цезия-133. С 2019 года официальное определение секунды:

Второй, символ s, определяется как фиксированное числовое значение частоты цезия Δν_CS, невозмущенная частота сверхтонкого перехода в основное состояние атома цезия-133,^[5] быть 9192631770 при выражении в единицах Гц, что равно s⁻¹.

Цезий-134

Цезий-134 имеет период полураспада 2,0652 года. Производится как напрямую (с очень маленьким выходом, потому что ¹³⁴Xe стабилен) как продукт деления и через захват нейтронов из нерадиоактивных ¹³³Cs (нейтронный захват поперечное сечение 29 сараи ), который является обычным продуктом деления. Цезий-134 не производится бета-распад других продуктов деления нуклиды массы 134, поскольку бета-распад останавливается на стабильной ¹³⁴Xe. Также не производится ядерное оружие потому что ¹³³Cs создается в результате бета-распада исходных продуктов деления только спустя долгое время после завершения ядерного взрыва.

Совокупная доходность ¹³³CS и ¹³⁴Cs составляет 6,7896%. Пропорция между ними изменится при продолжении нейтронного облучения. ¹³⁴Cs также захватывает нейтроны с поперечным сечением 140 барн, становясь долгоживущими радиоактивными. ¹³⁵Cs.

Цезий-134 подвергается бета-распад (β⁻), производя ¹³⁴Ба непосредственно и выбрасывая в среднем 2,23 гамма-луч фотонов (средняя энергия 0,698 МэВ ).^[6]

Цезий-135

Долгожитель продукты деления

Нуклид	т​^1⁄2	Уступать	Распад энергия[а 1]	Распад Режим
	(Ма )	(%)[а 2]	(кэВ )
^99Tc	0.211	6.1385	294	β
^126Sn	0.230	0.1084	4050[а 3]	βγ
^79Se	0.327	0.0447	151	β
^93Zr	1.53	5.4575	91	βγ
^135CS	2.3	6.9110[а 4]	269	β
^107Pd	6.5	1.2499	33	β
^129я	15.7	0.8410	194	βγ
Энергия распада делится между β, нейтрино и γ, если таковые имеются. На 65 делений тепловыми нейтронами U-235 и 35 делений Pu-239. Имеет энергию распада 380 кэВ, но продукт распада Sb-126 имеет энергию распада 3,67 МэВ. 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 бета-частицы низкой энергии в стабильный изотоп барий-135. Цезий-135 - один из 7 долгоживущие продукты деления и единственный щелочной. В ядерная переработка, он остается с ¹³⁷CS и другие среднеактивные продукты деления а не с другими долгоживущими продуктами деления. Низкий энергия распада, отсутствие гамма-излучение, и длительный период полураспада ¹³⁵Cs делает этот изотоп гораздо менее опасным, чем ¹³⁷CS или ¹³⁴Cs.

Его предшественник ¹³⁵Xe имеет высокий выход продуктов деления (например, 6,3333% для ²³⁵U и тепловые нейтроны ), но также имеет самый высокий из известных тепловой нейтрон сечение захвата любого нуклида. Из-за этого большая часть ¹³⁵Xe производится в настоящее время тепловые реакторы (до> 90% при постоянной полной мощности)^[7] будет преобразован в стабильный ¹³⁶Xe, прежде чем он сможет распасться на ¹³⁵Cs. Мало или нет ¹³⁵Xe будет уничтожен в результате захвата нейтронов после остановки реактора или в реактор с расплавленной солью который непрерывно удаляет ксенон из своего топлива, реактор на быстрых нейтронах, или ядерное оружие.

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

Сечение захвата тепловых нейтронов и резонансный интеграл из ¹³⁵Cs являются 8.3 ± 0.3 и 38.1 ± 2.6 сараи соответственно.^[8] Утилизация ¹³⁵Cs - пользователем ядерная трансмутация трудно из-за низкого поперечного сечения, а также из-за того, что нейтронное облучение смешанного изотопного цезия дает больше ¹³⁵CS из стабильной ¹³³Cs. Кроме того, интенсивная среднесрочная радиоактивность ¹³⁷Cs затрудняет обращение с ядерными отходами.^[9]

• Информационный бюллетень ANL

Цезий-136

Цезий-136 имеет период полураспада 13,16 дней. Производится как напрямую (с очень маленьким выходом, потому что ¹³⁶Xe - это бета-стабильный ) как продукт деления и за счет захвата нейтронов из долгоживущих ¹³⁵Cs (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 при почти стабильном ¹³⁶Xe. Его также не производит ядерное оружие, потому что ¹³⁵Cs создается в результате бета-распада исходных продуктов деления только спустя долгое время после завершения ядерного взрыва.¹³⁶Cs также улавливает нейтроны с поперечным сечением 13,00 барн, становясь среднеактивными радиоактивными ¹³⁷Цезий-136 подвергается бета-распаду (β-), образуя ¹³⁶Ба прямо.

Цезий-137

Основная статья: Цезий-137

Цезий-137 с периодом полураспада 30,17 года является одним из двух основных среднеактивные продукты деления, вместе с ⁹⁰Sr, которые отвечают за большую часть радиоактивность из отработанное ядерное топливо после нескольких лет охлаждения, до нескольких сотен лет после использования. Он составляет большую часть радиоактивности, оставшейся от Чернобыльская авария и является серьезной проблемой для здоровья при дезактивации земель вблизи Фукусима атомная электростанция.^{[10] 137}Cs бета распадается на барий-137m (недолговечный ядерный изомер ) затем к нерадиоактивным барий-137, а также является сильным излучателем гамма-излучения. ¹³⁷Cs имеет очень низкую скорость захвата нейтронов и не может быть практически утилизирован таким образом, но должен иметь возможность распадаться. ¹³⁷Cs использовался как трассирующий в гидрологических исследованиях, аналогично использованию ³ЧАС.

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 тогда изотопы ксенона. Поскольку эти элементы летучие и могут диффундировать через ядерное топливо или воздух, цезий часто образуется вдали от исходного места деления.

использованная литература

1. "Измерения периода полураспада радионуклидов NIST". NIST. Получено 2011-03-13.
2. Мейя, Юрис; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)». Чистая и прикладная химия. 88 (3): 265–91. Дои:10.1515 / pac-2015-0305.
3. «Изотопы». Таблица.
4. Изорай. «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 продолжительности 9192631770 периоды излучения, соответствующие переходу между двумя сверхтонкими уровнями невозмущенного основного состояния ¹³³Атом Cs ".
6. «Характеристики цезия-134 и цезия-137». Японское агентство по атомной энергии.
7. Джон Л. Гро (2004). «Дополнение к главе 11 Основ физики реакторов» (PDF). CANTEACH проект. Архивировано из оригинал (PDF) 10 июня 2011 г.. Получено 14 мая 2011.
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. Дои:10.1007 / BF02349050.
9. 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.
10. Деннис Нормайл (1 марта 2013 г.). «Охлаждение горячей зоны». Наука. 339 (6123): 1028–1029. Дои:10.1126 / science.339.6123.1028. PMID  23449572.

• Изотопные массы из:
  • Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Blachot, Жан; Вапстра, Алдерт Хендрик (2003), "ТогдаUBASE оценка ядерных и распадных свойств », Ядерная физика A, 729: 3–128, Bibcode:2003НуФА.729 .... 3А, Дои:10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001
• Изотопные составы и стандартные атомные массы из:
  • де Лаэтер, Джон Роберт; Бёльке, Джон Карл; Де Бьевр, Поль; Хидака, Хироши; Пайзер, Х. Штеффен; Росман, Кевин Дж. Р .; Тейлор, Филип Д. П. (2003). «Атомный вес элементов. Обзор 2000 г. (Технический отчет IUPAC)». Чистая и прикладная химия. 75 (6): 683–800. Дои:10.1351 / pac200375060683.
  • Визер, Майкл Э. (2006). «Атомный вес элементов 2005 (Технический отчет IUPAC)». Чистая и прикладная химия. 78 (11): 2051–2066. Дои:10.1351 / pac200678112051. Сложить резюме.
• Данные о периоде полураспада, спине и изомерах выбраны из следующих источников.
  • Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Blachot, Жан; Вапстра, Алдерт Хендрик (2003), "ТогдаUBASE оценка ядерных и распадных свойств », Ядерная физика A, 729: 3–128, Bibcode:2003НуФА.729 .... 3А, Дои:10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001
  • 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.