Изотопы цезия - Isotopes of caesium
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Стандартный атомный вес Аr, стандарт(Cs) |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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 x106 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 | ||||||||
- ^ мCs - Возбужден ядерный изомер.
- ^ () - Неопределенность (1σ) дается в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
- ^ # - Атомная масса, отмеченная #: значение и погрешность, полученные не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из трендов массовой поверхности (ТМС ).
- ^ Режимы распада:
EC: Электронный захват ЭТО: Изомерный переход n: Эмиссия нейтронов п: Испускание протонов - ^ Жирный курсив как дочь - Дочерний продукт почти стабилен.
- ^ Жирный символ как дочка - Дочерний продукт стабильный.
- ^ () значение вращения - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
- ^ а б # - Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN ).
- ^ Используется для определения второй
- ^ а б c d 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 ΔνCS, 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
| Нуклид | т1⁄2 | 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 |
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]
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
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] 137Cs 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
- ^ "Измерения периода полураспада радионуклидов NIST". NIST. Получено 2011-03-13.
- ^ 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.
- ^ «Изотопы». Таблица.
- ^ Изорай. «Почему Цезий-131».
- ^ 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 ".
- ^ «Характеристики цезия-134 и цезия-137». Японское агентство по атомной энергии.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
