跳转到内容

銫的同位素

维基百科，自由的百科全书
（重定向自銫-135）
主要的銫同位素
同位素 衰變
丰度 半衰期 (t1/2) 方式 能量
（MeV） 		產物
131Cs 人造 9.689 天 ε 0.358 131Xe
133Cs 100% 穩定，帶78粒中子
134Cs 人造 2.0650 年 ε 1.235 134Xe
β− 2.059 134Ba
135Cs 痕量 1.33×106 年[1][2] β− 0.269 135Ba
137Cs 人造 30.04 年 β− 0.514 137mBa
β− 1.176 137Ba
標準原子質量（英语：Standard atomic weight） (Ar, 標準)
  • 132.90545196(6)[3]
←Xe（54） Ba（56）→

銫（原子量：132.90545196(6)）有41個已知的同位素，原子量範圍從112到152，其中只有銫-133是穩定的。壽命最長的放射性銫是銫-135，半衰期有133萬年。其次是銫-137，半衰期約30年，以及銫-134有兩年的半衰期，其他的同位素半衰期皆低於兩周，大部分的都在一小時以下。其中一些同位素在年老的恆星中由較輕的元素通過捕獲慢中子（S-過程）合成[4]，也可以在超新星爆發的過程R-過程中合成[5]

環境中的銫同位素

天然的銫元素中一般來說僅存在銫-133及痕量的銫-135，但在某些環境中仍然存在著微量的銫-137與銫-134，它們幾乎都是在1940年代至1960年代的核試爆及某些核事故中釋放出來的。歷史上曾造成銫-137釋放進入環境中的著名案例包括如車諾比核事故等。2011年3月11日，日本的福島第一核電站事故事件發生時，也曾發現它的存在。2011年7月，從福島縣運往東京的11頭牛也被檢測出1,530到3,200Bq/kg的銫-137，這已嚴重超出日本規定的500Bq/kg容許值。[6]

銫-133

主条目：銫
儲存於氬氣中的高純度銫-133

銫-133是銫的同位素之一，為銫的同位素中，唯一穩定的核素，同時也是天然銫元素中能找的唯一一種核素，因此，銫-133的豐度為100%。銫-133也可以通過在核反應堆中的核裂變產生。儘管其原子核自旋量子數較大（7/2+），可以在其共振頻率11.7 MHz處對該同位素進行核磁共振的研究[7]。

自從1967年，國際單位制基於銫的性質定義了其時間單位，也就是秒。國際單位制將一秒定義為不受外場干擾的銫-133的原子基態的兩個超精細結構能階間躍遷所對應的輻射的9,192,631,770個周期的持續時間[8]。1955年，第一個精確的銫原子鐘由路易斯·艾森在英國國家物理實驗室建成[9]。在過去的半個多世紀中，人們不停的改進銫原子鐘，並且使用它作為標準時間和頻率測量的基準。這些鐘測量頻率的精度為2-3×10-14，相當於時間測量的精度為每天2奈秒，或者140萬年1秒。目前最先進的銫原子鐘的精度超過了10-15，這意味著從6600萬年前恐龍滅絕的時代起其誤差僅為2秒鐘[10]，被認為是「人類目前所達到的最精確的單位實現」[10][11]。

銫-137

主条目：銫-137

銫-137是銫的放射性同位素之一，半衰期約為30.17年。[12]大約95%通過貝塔衰變為barium-137m1 (137m1Ba, Ba-137m1). 其他約5%直接衰變為穩定的鋇-137. Ba-137m1的半衰期為153秒，並放出伽瑪射線（這是銫-137放射源的全部伽瑪射線來源）。1克銫-137的放射性活度為3.215 terabecquerel (TBq).[13]

銫-137在工業應用中是一種非常常見的作為伽瑪射線發射源的同位素。其優勢在於它的半衰期大約30年，可以通過核燃料循環獲得，並且其最終產物鋇-137是一種穩定的同位素。其較高的水溶性是其缺點，使得它無法用在用於食品和醫療用品的大型池式輻射器中[14]。銫-137已經被用在農業、癌症治療、食品消毒、污水污泥處理以及外科手術設備中。[10][15]。銫的放射性同位素可以用在放射線療法中針對某些癌症治療[16]，然而由於目前已經有了更好的替代品，且放射源中易溶於水的氯化銫可能造成大範圍污染，放療中逐漸不再採用銫放射源[17][18]。在許多工業測量計中都採用了銫-137，包括濕度計、密度計、水平儀以及厚度計[19]。測井設備中也會使用銫-137來測量與岩層中的電子密度[20]。

銫-137也用於水文學研究中。銫是核裂變反應的產物。自從大約1945年核試驗開始，一直到20世紀80年代中期，銫137被釋放進入大氣層，然後立即被吸收入水溶液中。那個時期的年度變化與土壤和沉積層有相關性。銫-134以及含量更少的銫-135也用於水文學研究作為核電工業中產生的銫的度量。這兩種同位素不像銫-133或者銫-137那樣常見，而且僅能通過人為過程產生[21]。

圖表

符號 Z N 同位素質量（u）
[n 1][n 2] 		半衰期
[n 1][n 2] 		衰變
方式[22] 		衰變
產物
[n 3][n 4] 		原子核
自旋[n 1]
 相對豐度
（莫耳分率）
激發能量[n 1][n 2]
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+ (.03%) 113Xe
114Cs 55 59 113.94145(33)# 0.57(2) s β+ (91.09%) 114Xe (1+)
β+, p (8.69%) 113I
β+, α (.19%) 110Te
α (.018%) 110I
115Cs 55 60 114.93591(32)# 1.4(8) s β+ (99.93%) 115Xe 9/2+#
β+, p (.07%) 114I
116Cs 55 61 115.93337(11)# 0.70(4) s β+ (99.67%) 116Xe (1+)
β+, p (.279%) 115I
β+, α (.049%) 112Te
116mCs 100(60)# keV 3.85(13) s β+ (99.48%) 116Xe 4+,5,6
β+, p (.51%) 115I
β+, α (.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 (.042%) 117I
β+, α (.0024%) 114Te
118mCs 100(60)# keV 17(3) s β+ (99.95%) 118Xe (7-)
β+, p (.042%) 117I
β+, α (.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) min β+ 122Xe 8-
122m3Cs 127.0(5) keV 360(20) ms (5)-
123Cs 55 68 122.912996(13) 5.88(3) min 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) min β+ 125Xe 1/2(+)
125mCs 266.6(11) keV 900(30) ms (11/2-)
126Cs 55 71 125.909452(13) 1.64(2) min 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) h β+ 127Xe 1/2+
127mCs 452.23(21) keV 55(3) µs (11/2)-
128Cs 55 73 127.907749(6) 3.640(14) min β+ 128Xe 1+
129Cs 55 74 128.906064(5) 32.06(6) h β+ 129Xe 1/2+
130Cs 55 75 129.906709(9) 29.21(4) min β+ (98.4%) 130Xe 1+
β− (1.6%) 130Ba
130mCs 163.25(11) keV 3.46(6) min IT (99.83%) 130Cs 5-
β+ (.16%) 130Xe
131Cs 55 76 130.905464(5) 9.689(16) d ε 131Xe 5/2+
132Cs 55 77 131.9064343(20) 6.480(6) d β+ (98.13%) 132Xe 2+
β− (1.87%) 132Ba
133Cs[n 5][n 6] 55 78 132.905451933(24) 稳定 7/2+ 1.0000
134Cs[n 6] 55 79 133.906718475(28) 2.0652(4) a β− 134Ba 4+
ε (3×10−4%) 134Xe
134mCs 138.7441(26) keV 2.912(2) h IT 134Cs 8-
135Cs[n 6] 55 80 134.9059770(11) 2.3 x106 a β− 135Ba 7/2+
135mCs 1632.9(15) keV 53(2) min IT 135Cs 19/2-
136Cs 55 81 135.9073116(20) 13.16(3) d β− 136Ba 5+
136mCs 518(5) keV 19(2) s β− 136Ba 8-
IT 136Cs
137Cs[n 6] 55 82 136.9070895(5) 30.1671(13) a β− (95%) 137mBa 7/2+
β− (5%) 137Ba
138Cs 55 83 137.911017(10) 33.41(18) min β− 138Ba 3-
138mCs 79.9(3) keV 2.91(8) min IT (81%) 138Cs 6-
β− (19%) 138Ba
139Cs 55 84 138.913364(3) 9.27(5) min 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 (.0349%) 140Ba
142Cs 55 87 141.924299(11) 1.689(11) s β− (99.9%) 142Ba 0-
β−, n (.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
  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明，僅為理論推測。
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 用括號括起來的數據代表不確定性。
  3. ^ 穩定的衰變產物以粗體表示。
  4. ^ 半衰期超过5亿年的衰变产物以粗斜体表示。
  5. ^ 用于定义秒
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 裂变产物


← 同位素列表 →
氙的同位素 銫的同位素 鋇的同位素

参考文獻

  1. ^ MacDonald, C. M.; Cornett, R. J.; Charles, C. R. J.; Zhao, X. L.; Kieser, W. E. Measurement of the 135Cs half-life with accelerator mass spectrometry and inductively coupled plasma mass spectrometry. Physical Review C (American Physical Society (APS)). 2016-01-19, 93 (1). ISSN 2469-9985. doi:10.1103/physrevc.93.014310. 
  2. ^ Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties (PDF). Chinese Physics C. 2021, 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae. 
  3. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2022-05-04. ISSN 1365-3075. doi:10.1515/pac-2019-0603 （英语）. 
  4. ^ Busso, M.; Gallino, R.; Wasserburg, G. J. Nucleosynthesis in Asymptotic Giant Branch Stars: Relevance for Galactic Enrichment and Solar System Formation (PDF). Annula Review of Astronomy and Astrophysics. 1999, 37: 239–309 [2010-02-20]. Bibcode:1999ARA&A..37..239B. doi:10.1146/annurev.astro.37.1.239. （原始内容 (PDF)存档于2011-11-18）. 
  5. ^ Arnett, David. Supernovae and Nucleosynthesis: An Investigation of the History of Matter, from the Big Bang to the Present. Princeton University Press. 1996: 527. ISBN 0-691-01147-8. 
  6. ^ High levels of caesium in Fukushima beef. Independent Online. 9 July 2011 [2015-09-21]. （原始内容存档于2015-09-24）. 
  7. ^ Goff, C; Matchette, Michael A.; Shabestary, Nahid; Khazaeli, Sadegh. Complexation of caesium and rubidium cations with crown ethers in N,N-dimethylformamide. Polyhedron. 1996, 15 (21): 3897. doi:10.1016/0277-5387(96)00018-6. 
  8. ^ Cesium Atoms at Work. Time Service Department—U.S. Naval Observatory—Department of the Navy. [2009-12-20]. （原始内容存档于2015-02-23）. 
  9. ^ Essen, L.; Parry, J.V.L. An Atomic Standard of Frequency and Time Interval: A Caesium Resonator. Nature. 1955, 176 (4476): 280. Bibcode:1955Natur.176..280E. doi:10.1038/176280a0. 
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 Butterman, William C.; Brooks, William E.; Reese, Jr., Robert G. Mineral Commodity Profile: Cesium (PDF). United States Geological Survey. 2004 [2009-12-27]. （原始内容 (PDF)存档于2007-02-07）. 
  11. ^ Reel, Monte. Where timing truly is everything. Washington Post. 2003-07-22: B1 [2010-01-26]. （原始内容存档于2013-04-29）. 
  12. ^ National Institute of Standards and Technology. Radionuclide Half-Life Measurements. [2011-11-07]. （原始内容存档于2016-08-12）. 
  13. ^ NIST Nuclide Half-Life Measurements. NIST. 2011-03-13 [2015-09-21]. （原始内容存档于2011-03-12）. 
  14. ^ Okumura, Takeshi. The material flow of radioactive cesium-137 in the U.S. 2000 (PDF). United States Environmental Protection Agency. 2003-10-21 [2009-12-20]. （原始内容 (PDF)存档于2011-07-20）. 
  15. ^ Jensen, N. L. Cesium. Mineral facts and problems. Bulletin 675. U.S. Bureau of Mines. 1985: 133–138. 
  16. ^ IsoRay's Cesium-131 Medical Isotope Used In Milestone Procedure Treating Eye Cancers At Tufts-New England Medical Center. Medicalnewstoday.com. 2007-12-17 [2010-02-15]. （原始内容存档于2021-04-29）. 
  17. ^ Bentel, Gunilla Carleson. Caesium-137 Machines. Radiation therapy planning. McGraw-Hill Professional. 1996: 22–23 [2010-09-26]. ISBN 978-0-07-005115-7. （原始内容存档于2013-06-02）. 
  18. ^ National Research Council (U.S.). Committee on Radiation Source Use and Replacement. Radiation source use and replacement: abbreviated version. National Academies Press. 2008 [2015-09-21]. ISBN 978-0-309-11014-3. （原始内容存档于2014-01-07）. 
  19. ^ Loxton, R., Pope, P. (编). Level and density measurement using non-contact nuclear gauges. Instrumentation : A Reader. London: Chapman & Hall. 1995: 82–85. ISBN 978-0-412-53400-3. 
  20. ^ Timur, A.; Toksoz, M. N. Downhole Geophysical Logging. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 1985, 13: 315. Bibcode:1985AREPS..13..315T. doi:10.1146/annurev.ea.13.050185.001531. 
  21. ^ Kendall, Carol. Isotope Tracers Project – Resources on Isotopes – Cesium. National Research Program – U.S. Geological Survey. [2010-01-25]. （原始内容存档于2021-07-08）. 
  22. ^ Universal Nuclide Chart. nucleonica. [2015-09-19]. （原始内容需要免费注册存档于2017-02-19）. 
检索自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=銫的同位素&oldid=82890882”