A cézium izotópjai
A természetes cézium (Cs) egyetlen stabil izotópból, 133Cs-ból áll (tiszta elem). Ezen kívül 39 radioaktív izotópja ismert, melyek tömegszáma a 112–151 tartományba esik. A leghosszabb életű a 135Cs (felezési ideje 2,3 millió év), a 137Cs (30,1671 év) és a 134Cs (2,0652 év). Többi izotópjának felezési ideje 2 hétnél kevesebb, többségüké az egy órát sem éri el.
1945 óta, a kísérleti nukleáris robbantások megkezdésével céziumizotópok kerültek a Föld légkörébe, ahol oldatba kerülnek és a földfelszínre a radioaktív csapadék részeként jutnak vissza. Ha a cézium bekerül a talajvízbe, akkor a talajszemcsék felületén rakódik le, és elsősorban részecsketranszport révén távozik.
Standard atomtömeg: 132,9054519(2) Ar, standard
Cézium-133
szerkesztésA cézium-133 a cézium egyetlen stabil, természetes körülmények között megtalálható izotópja. Atomreaktorokban is keletkezik a maghasadás során. A cézium-133 atom egyik kvantumátmenetén alapul a másodperc, az idő SI-alapegységének meghatározása.
Cézium-134
szerkesztésA cézium-134 felezési ideje 2,0652 év. Hasadási termékként közvetlenül is keletkezik (bár csak nagyon kis mennyiségben, mivel a 134Xe stabil) és a nem radioaktív Cs-133 neutronbefogása révén is termelődik (utóbbi neutronbefogási hatáskeresztmetszete 29 barn, és gyakori hasadási termék). Más, 134-es tömegszámú hasadási termék béta-bomlásával nem keletkezhet cézium-134, mivel a bomlási lánc a stabil 134Xe-nál megszakad. Nukleáris fegyverekben sem képződik, mivel a 133Cs az elsődleges hasadási termékek béta-bomlása révén termelődik, jóval az atomrobbanás után.
A 133Cs és 134Cs a hasadási termékeknek együttesen 6,7896%-át alkotja. A két nuklid aránya a folytonos neutronbesugárzás hatására változik. A 134Cs 140 barn hatáskeresztmetszettel fog be neutronokat, melynek során hosszú felezési idejű 135Cs-té alakul.
A cézium-134 béta-bomló (β−), közvetlenül Ba-134-gyé alakul és 1,6 MeV energiájú gamma-sugárzást bocsát ki.
Cézium-135
szerkesztésA cézium-135 a cézium enyhén radioaktív izotópja, felezési ideje 2,3 millió év. Kis energiájú béta-bomlással bárium-135-re bomlik. A 7 hosszú felezési idejű hasadási termék egyike, az egyetlen közülük, mely bázikus sajátosságú. A fűtőanyag újrafeldolgozása során jellemzően a Cs-137-tel és más, közepes élettartamú hasadási termékekkel együtt marad, nem a hosszú felezési idejű hasadási termékek közé kerül. A kis energiájú, gamma-sugárzás nélküli bomlása, valamint hosszú felezési ideje miatt a 135Cs jóval kevésbé veszélyes, mint a 137Cs vagy a 134Cs.
Anyanuklidja, a 135Xe nagy mennyiségben keletkező hasadvány (pl. 235U termikus neutronokkal történő hasítása során 6,3333%-ban keletkezik), mely termikus neutronokra az összes nuklid közül a legnagyobb ismert befogási hatáskeresztmetszettel rendelkezik. Emiatt a mostani termikus reaktorokban keletkező 135Xe nagy része (egyensúlyi állapotban, teljes teljesítmény esetén >90%)[1] stabil 136Xe-tá alakul, mielőtt 135Cs-re bomlana. A reaktor leállítása után, vagy a folyékony sóolvadékos tóriumreaktorban – melynek fűtőanyagából folyamatosan pihentetőtartályba távozik a xenon és a bomlás után kondenzálódó 135Cs az üzemanyagtól és az abban keletkező 133Cs-től külön kezelhető és kezelendő –, a gyorsneutronos reaktorokban vagy nukleáris fegyverekben a 135Xe nem vagy csak kis mértékben alakul tovább neutronbefogással.
Az atomreaktorokban 135Cs a stabil Cs-133 hasadási termékből is keletkezik sorozatos neutronbefogás révén (134Cs-en keresztül), de csak jóval kisebb mennyiségben.
A 135Cs neutronbefogási hatáskeresztmetszete és rezonanciaintegrálja termikus neutronokra 8,3 ± 0,3, illetve 38,1 ± 2,6 barn.[2] A Cs-135-öt nem könnyű atommag-átalakítással ártalmatlanítani, mivel kicsi a hatáskeresztmetszete, és mert a különböző céziumizotópok keverékét tartalmazó anyag neutronbesugárzásával több Cs-135 keletkezik a jelenlévő Cs-133-ből, mint amennyi átalakul. Ezen kívül a közepesen hosszú élettartamú Cs-137 erős radioaktivitása is megnehezíti a nukleáris hulladék kezelését.[3] Kivéve a folyékony sóolvadékos tóriumreaktorban, ahol a Cs-135 eleve a Cs-137-től eltérő helyen keletkezik.
Cézium-136
szerkesztésA cézium-136 felezési ideje 13,16 nap. Hasadási termékként közvetlenül is keletkezik (bár csak nagyon kis mennyiségben, mivel a 136Xe stabil) és a hosszú felezési idejű Cs-135 neutronbefogása révén is termelődik (utóbbi neutronbefogási hatáskeresztmetszete 8,702 barn, és gyakori hasadási termék). Más, 136-os tömegszámú hasadási termékek béta-bomlásával nem keletkezhet cézium-136, mivel a bomlási lánc a stabil 136Xe-nál megszakad. Nukleáris fegyverekben sem képződik, mivel a 135Cs az elsődleges hasadási termékek béta-bomlása révén termelődik, jóval az atomrobbanás után. A 136Cs 13,00 barn hatáskeresztmetszettel fog be neutronokat, melynek során közepes élettartamú radioaktív 137Cs-té alakul. Maga a cézium-136 béta-bomló (β−), közvetlenül Ba-136-tá alakul.
Cézium-137
szerkesztésA 30,17 év felezési idejű 137Cs az egyik legjelentősebb közepesen hosszú felezési idejű hasadási termék (a másik a 90Sr). Ez a két izotóp adja néhány száz évig a több évig pihentetett kimerült fűtőelemrudak maradék aktivitásának legnagyobb részét. A csernobili baleset után visszamaradt radioaktivitás legnagyobb része ezen izotópokból származik, és a fukusimai atomerőmű közelében is főként ezek egészségi kockázata miatt dekontaminálják a talajt.[4] Említésre méltó még az 1987-es brazíliai goiâniai baleset is, ahol egy sugárterápiáknál használt fémkapszulából Cézium-137 jutott ki a város egyik szegények lakta negyedének területén, amelynek következtében elbontották a környék házait és a termőtalajt is lecsupaszították a brazil katasztrófavédelem emberei. A 137Cs amellett, hogy béta-bomlással bárium-137m-mé (ez egy rövid élettartamú magizomer), majd stabil 137Ba-té alakul, erős gamma-sugárzó. A 137Cs csak nagyon kis mértékben fog be neutronokat, így ezzel a módszerrel gyakorlatilag nem lehet ártalmatlanítani, hanem hagyni kell lebomlani. A 137Cs-et – a tríciummal analóg módon – használták hidrológiai vizsgálatokban a vízfolyások izotópos nyomjelzésére.
A cézium további izotópjai
szerkesztésA többi izotóp felezési ideje néhány nap és a másodperc töredéke közé esik. A maghasadás révén keletkező cézium csaknem teljes egészében az eredetileg neutronban gazdagabb hasadási termékek béta-bomlása révén keletkezik jód-, illetve xenonizotópokon át. Mivel az előbbi elemek illékonyak és át tudnak jutni a nukleáris fűtőanyagon vagy a levegőn, a cézium gyakran az eredeti maghasadás helyétől már távol keletkezik.
Táblázat
szerkesztés| nuklid jele |
Z(p) | N(n) | izotóptömeg (u) |
felezési idő | bomlási mód(k)[5][m 1] |
leány- izotóp(ok)[m 2] |
magspin | jellemző izotóp- összetétel (móltört) |
természetes ingadozás (móltört) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| gerjesztési energia | |||||||||
| 112Cs | 55 | 57 | 111,95030(33)# | 500(100) µs | p | 111Xe | 1+# | ||
| α | 108I | ||||||||
| 113Cs | 55 | 58 | 112,94449(11) | 16,7(7) µs | p (99,97%) | 112Xe | 5/2+# | ||
| β+ (0,03%) | 113Xe | ||||||||
| 114Cs | 55 | 59 | 113,94145(33)# | 0,57(2) s | β+ (91,09%) | 114Xe | (1+) | ||
| β+, p (8,69%) | 113I | ||||||||
| β+, α (0,19%) | 110Te | ||||||||
| α (0,018%) | 110I | ||||||||
| 115Cs | 55 | 60 | 114,93591(32)# | 1,4(8) s | β+ (99,93%) | 115Xe | 9/2+# | ||
| β+, p (0,07%) | 114I | ||||||||
| 116Cs | 55 | 61 | 115,93337(11)# | 0,70(4) s | β+ (99,67%) | 116Xe | (1+) | ||
| β+, p (0,279%) | 115I | ||||||||
| β+, α (0,049%) | 112Te | ||||||||
| 116mCs | 100(60)# keV | 3,85(13) s | β+ (99,48%) | 116Xe | 4+,5,6 | ||||
| β+, p (0,51%) | 115I | ||||||||
| β+, α (0,008%) | 112Te | ||||||||
| 117Cs | 55 | 62 | 116,92867(7) | 8,4(6) s | β+ | 117Xe | (9/2+)# | ||
| 117mCs | 150(80)# keV | 6,5(4) s | β+ | 117Xe | 3/2+# | ||||
| 118Cs | 55 | 63 | 117,926559(14) | 14(2) s | β+ (99,95%) | 118Xe | 2 | ||
| β+, p (0,042%) | 117I | ||||||||
| β+, α (0,0024%) | 114Te | ||||||||
| 118mCs | 100(60)# keV | 17(3) s | β+ (99,95%) | 118Xe | (7−) | ||||
| β+, p (0,042%) | 117I | ||||||||
| β+, α (0,0024%) | 114Te | ||||||||
| 119Cs | 55 | 64 | 118,922377(15) | 43,0(2) s | β+ | 119Xe | 9/2+ | ||
| β+, α (2×10−6%) | 115Te | ||||||||
| 119mCs | 50(30)# keV | 30,4(1) s | β+ | 119Xe | 3/2(+) | ||||
| 120Cs | 55 | 65 | 119,920677(11) | 61,2(18) s | β+ | 120Xe | 2(−#) | ||
| β+, α (2·10−5%) | 116Te | ||||||||
| β+, p (7·10−6%) | 118I | ||||||||
| 120mCs | 100(60)# keV | 57(6) s | β+ | 120Xe | (7−) | ||||
| β+, α (2·10−5%) | 116Te | ||||||||
| β+, p (7·10−6%) | 118I | ||||||||
| 121Cs | 55 | 66 | 120,917229(15) | 155(4) s | β+ | 121Xe | 3/2(+) | ||
| 121mCs | 68,5(3) keV | 122(3) s | β+ (83%) | 121Xe | 9/2(+) | ||||
| IT (17%) | 121Cs | ||||||||
| 122Cs | 55 | 67 | 121,91611(3) | 21,18(19) s | β+ | 122Xe | 1+ | ||
| β+, α (2·10−7%) | 118Te | ||||||||
| 122m1Cs | 45,8 keV | >1 µs | (3)+ | ||||||
| 122m2Cs | 140(30) keV | 3,70(11) perc | β+ | 122Xe | 8− | ||||
| 122m3Cs | 127,0(5) keV | 360(20) ms | (5)− | ||||||
| 123Cs | 55 | 68 | 122,912996(13) | 5,88(3) perc | β+ | 123Xe | 1/2+ | ||
| 123m1Cs | 156,27(5) keV | 1,64(12) s | IT | 123Cs | (11/2)− | ||||
| 123m2Cs | 231,63+X keV | 114(5) ns | (9/2+) | ||||||
| 124Cs | 55 | 69 | 123,912258(9) | 30,9(4) s | β+ | 124Xe | 1+ | ||
| 124mCs | 462,55(17) keV | 6,3(2) s | IT | 124Cs | (7)+ | ||||
| 125Cs | 55 | 70 | 124,909728(8) | 46,7(1) perc | β+ | 125Xe | 1/2(+) | ||
| 125mCs | 266,6(11) keV | 900(30) ms | (11/2−) | ||||||
| 126Cs | 55 | 71 | 125,909452(13) | 1,64(2) perc | β+ | 126Xe | 1+ | ||
| 126m1Cs | 273,0(7) keV | >1 µs | |||||||
| 126m2Cs | 596,1(11) keV | 171(14) µs | |||||||
| 127Cs | 55 | 72 | 126,907418(6) | 6,25(10) óra | β+ | 127Xe | 1/2+ | ||
| 127mCs | 452,23(21) keV | 55(3) µs | (11/2)− | ||||||
| 128Cs | 55 | 73 | 127,907749(6) | 3,640(14) perc | β+ | 128Xe | 1+ | ||
| 129Cs | 55 | 74 | 128,906064(5) | 32,06(6) óra | β+ | 129Xe | 1/2+ | ||
| 130Cs | 55 | 75 | 129,906709(9) | 29,21(4) perc | β+ (98,4%) | 130Xe | 1+ | ||
| β− (1,6%) | 130Ba | ||||||||
| 130mCs | 163,25(11) keV | 3,46(6) perc | IT (99,83%) | 130Cs | 5− | ||||
| β+ (0,16%) | 130Xe | ||||||||
| 131Cs | 55 | 76 | 130,905464(5) | 9,689(16) nap | EC | 131Xe | 5/2+ | ||
| 132Cs | 55 | 77 | 131,9064343(20) | 6,480(6) nap | β+ (98,13%) | 132Xe | 2+ | ||
| β− (1,87%) | 132Ba | ||||||||
| 133Cs[m 3][m 4] | 55 | 78 | 132,905451933(24) | Stabil[m 5] | 7/2+ | 1,0000 | |||
| 134Cs[m 4] | 55 | 79 | 133,906718475(28) | 2,0652(4) év | β− | 134Ba | 4+ | ||
| EC (3·10−4%) | 134Xe | ||||||||
| 134mCs | 138,7441(26) keV | 2,912(2) óra | IT | 134Cs | 8− | ||||
| 135Cs[m 4] | 55 | 80 | 134,9059770(11) | 2,3·106 év | β− | 135Ba | 7/2+ | ||
| 135mCs | 1632,9(15) keV | 53(2) perc | IT | 135Cs | 19/2− | ||||
| 136Cs | 55 | 81 | 135,9073116(20) | 13,16(3) nap | β− | 136Ba | 5+ | ||
| 136mCs | 518(5) keV | 19(2) s | β− | 136Ba | 8− | ||||
| IT | 136Cs | ||||||||
| 137Cs[m 4] | 55 | 82 | 136,9070895(5) | 30,1671(13) év | β− (95%) | 137mBa | 7/2+ | ||
| β− (5%) | 137Ba | ||||||||
| 138Cs | 55 | 83 | 137,911017(10) | 33,41(18) perc | β− | 138Ba | 3− | ||
| 138mCs | 79,9(3) keV | 2,91(8) perc | IT (81%) | 138Cs | 6− | ||||
| β− (19%) | 138Ba | ||||||||
| 139Cs | 55 | 84 | 138,913364(3) | 9,27(5) perc | β− | 139Ba | 7/2+ | ||
| 140Cs | 55 | 85 | 139,917282(9) | 63,7(3) s | β− | 140Ba | 1− | ||
| 141Cs | 55 | 86 | 140,920046(11) | 24,84(16) s | β− (99,96%) | 141Ba | 7/2+ | ||
| β−, n (0,0349%) | 140Ba | ||||||||
| 142Cs | 55 | 87 | 141,924299(11) | 1,689(11) s | β− (99,9%) | 142Ba | 0− | ||
| β−, n (0,091%) | 141Ba | ||||||||
| 143Cs | 55 | 88 | 142,927352(25) | 1,791(7) s | β− (98,38%) | 143Ba | 3/2+ | ||
| β−, n (1,62%) | 142Ba | ||||||||
| 144Cs | 55 | 89 | 143,932077(28) | 994(4) ms | β− (96,8%) | 144Ba | 1(−#) | ||
| β−, n (3,2%) | 143Ba | ||||||||
| 144mCs | 300(200)# keV | <1 s | β− | 144Ba | (>3) | ||||
| IT | 144Cs | ||||||||
| 145Cs | 55 | 90 | 144,935526(12) | 582(6) ms | β− (85,7%) | 145Ba | 3/2+ | ||
| β−, n (14,3%) | 144Ba | ||||||||
| 146Cs | 55 | 91 | 145,94029(8) | 0,321(2) s | β− (85,8%) | 146Ba | 1− | ||
| β−, n (14,2%) | 145Ba | ||||||||
| 147Cs | 55 | 92 | 146,94416(6) | 0,235(3) s | β− (71,5%) | 147Ba | (3/2+) | ||
| β−, n (28,49%) | 147Ba | ||||||||
| 148Cs | 55 | 93 | 147,94922(62) | 146(6) ms | β− (74,9%) | 148Ba | |||
| β−, n (25,1%) | 147Ba | ||||||||
| 149Cs | 55 | 94 | 148,95293(21)# | 150# ms [>50 ms] | β− | 149Ba | 3/2+# | ||
| β−, n | 148Ba | ||||||||
| 150Cs | 55 | 95 | 149,95817(32)# | 100# ms [>50 ms] | β− | 150Ba | |||
| β−, n | 149Ba | ||||||||
| 151Cs | 55 | 96 | 150,96219(54)# | 60# ms [>50 ms] | β− | 151Ba | 3/2+# | ||
| β−, n | 150Ba | ||||||||
- ↑ Rövidítések:
EC: Elektronbefogás
IT: Izomer átmenet - ↑ A stabil izotópok félkövérrel vannak kiemelve, a majdnem stabilak (melyek felezési ideje a világegyetem koránál hosszabb) félkövér dőlttel vannak jelölve
- ↑ A másodperc meghatározására használják
- ↑ a b c d Hasadási termék
- ↑ Feltehetően spontán hasadásra képes
Megjegyzések
szerkesztés- A # jel a nem kizárólag kísérletekből, hanem részben szisztematikus trendekből származó értéket jelöl. A nem kellő megalapozottsággal asszignált spinek zárójelben szerepelnek.
- A bizonytalanságokat rövid formában – a megfelelő utolsó számjegy után zárójelben – adjuk meg. A bizonytalanság értéke egy standard deviációnak felel meg, kivéve, ahol az izotóp-összetételt és standard atomtömeget a IUPAC nagyobb bizonytalansággal adja csak meg.
Jegyzetek
szerkesztés- ↑ John L. Groh: Supplement to Chapter 11 of Reactor Physics Fundamentals. CANTEACH project, 2004. [2011. június 10-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. május 14.)
- ↑ Hatsukawa, Y., Shinohara, N; Hata, K. et al. (1999). „Thermal neutron cross section and resonance integral of the reaction of135Cs(n,γ)136Cs: Fundamental data for the transmutation of nuclear waste”. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 239 (3), 455–458. o. DOI:10.1007/BF02349050.[halott link]
- ↑ Ohki, Shigeo, Takaki, Naoyuki (2002). „Transmutation of Cesium-135 With Fast Reactors”. Proc. of The Seventh Information Exchange Meeting on Actinide and Fission Product Partitioning & Transmutation, Cheju, Korea. [2007. június 14-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2013. július 21.)
- ↑ Dennis Normile, "Cooling a Hot Zone," Science, 339 (1 March 2013) pp. 1028-1029.
- ↑ http://www.nucleonica.net/unc.aspx
Fordítás
szerkesztés- Ez a szócikk részben vagy egészben az Isotopes of caesium című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
Források
szerkesztés- Izotóptömegek:
- G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics A 729, 3–128. o. [2008. szeptember 23-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. (Hozzáférés: 2008. szeptember 23.)
- Izotóp-összetétel és standard atomtömegek:
- J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor (2003). „Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry 75 (6), 683–800. o. DOI:10.1351/pac200375060683.
- M. E. Wieser (2006). „Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry 78 (11), 2051–2066. o. DOI:10.1351/pac200678112051.Laikus összefoglaló
- A felezési időkre, a spinekre és az izomer adatokra vonatkozó információk az alábbi forrásokból származnak:
- G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics A 729, 3–128. o. [2008. szeptember 23-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. (Hozzáférés: 2008. szeptember 23.)
- National Nuclear Data Center: NuDat 2.1 database. Brookhaven National Laboratory. (Hozzáférés: 2005. szeptember 1.)
- N. E. Holden.szerk.: D. R. Lide: Table of the Isotopes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th, CRC Press, Section 11. o. (2004). ISBN 978-0-8493-0485-9
| A xenon izotópjai | A cézium izotópjai | A bárium izotópjai |
| Izotópok listája | ||
