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) A_{r, standard}

Cézium-133

A 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

A 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

A 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

A 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

A 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

A 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

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)	2,3·10^6 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

1. Rövidítések:
   EC: Elektronbefogás
   IT: Izomer átmenet
2. A stabil izotópok félkövérrel vannak kiemelve, a majdnem stabilak (melyek felezési ideje a világegyetem koránál hosszabb) félkövér dőlttel vannak jelölve
3. A másodperc meghatározására használják
4. Hasadási termék
5. Feltehetően spontán hasadásra képes

Megjegyzések

• 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

1. 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.)
2. 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]}
3. 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.) 
4. Dennis Normile, "Cooling a Hot Zone," Science, 339 (1 March 2013) pp. 1028-1029.
5. http://www.nucleonica.net/unc.aspx

Fordítás

• 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

• 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