銫的同位素

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原子量:132.9054519(2))銫有40個已知的同位素,連同鋇與汞是擁有最多同位素的元素。目前已知的銫同位素園子量範圍從112到151,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230萬年。其次是銫-137,半衰期約13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[1],也可以在超新星爆發的過程R-過程中合成[2]

環境中的銫同位素[编辑]

天然的銫元素中一般來說僅存在銫-133同位素,但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切爾諾貝利核事故等。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。[3]

銫-133[编辑]

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[4]

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[5]。1955年,第一個精確的銫原子鐘由路易斯·艾森英國國家物理實驗室建成[6]。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。這些鍾測量頻率的精度為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[7],被認為是「人類目前所達到的最精確的單位實現」[7][8]

銫-137[编辑]

銫-137是銫的放射性同位素之一,半衰期約為30.17年。[9]大約95%通過貝塔衰變barium-137m1 (137m1Ba, Ba-137m1). 其他約5%直接衰變為穩定的barium-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).[10]

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[11]。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。[7][12]。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[13],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[14][15]。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[16]測井設備中也會使用銫-137來測量與岩層中的電子密度[17]

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[18]

圖表[编辑]

符號 Z(p N(n 同位素質量(u 半衰期 衰變
方式
[19][n 1]
衰變
產物
[n 2]
原子核
自旋
相對豐度
莫耳分率)
相對豐度
的變化量
莫耳分率)
激發能量
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 3][n 4] 55 78 132.905451933(24) 稳定[n 5] 7/2+ 1.0000
134Cs[n 4] 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 4] 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 4] 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

備註:畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明,只是理論推測而已,而用括號括起來的代表數據不確定性。


同位素列表
氙的同位素 銫的同位素 鋇的同位素

註釋[编辑]

  1. ^ 縮寫的涵義:
    ε电子俘获
    IT核異構轉變
    β+正电子发射
    β貝他衰變
  2. ^ 穩定的衰變產物以粗體表示。
  3. ^ Used to define the second
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 Fission product
  5. ^ Believed to be capable of spontaneous fission

参考文獻[编辑]

  1. ^ 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. 
  2. ^ 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. 
  3. ^ High levels of caesium in Fukushima beef. Independent Online. 9 July 2011. 
  4. ^ 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. 
  5. ^ Cesium Atoms at Work. Time Service Department—U.S. Naval Observatory—Department of the Navy. [2009-12-20]. 
  6. ^ 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. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 Butterman, William C.; Brooks, William E.; Reese, Jr., Robert G. Mineral Commodity Profile: Cesium (PDF). United States Geological Survey. 2004 [2009-12-27]. 
  8. ^ Reel, Monte. Where timing truly is everything. Washington Post. 2003-07-22: B1 [2010-01-26]. 
  9. ^ National Institute of Standards and Technology. Radionuclide Half-Life Measurements. [2011-11-07]. 
  10. ^ NIST Nuclide Half-Life Measurements. NIST. Retrieved 13 March 2011. 
  11. ^ 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]. 
  12. ^ Jensen, N. L. Cesium. Mineral facts and problems. Bulletin 675. U.S. Bureau of Mines. 1985: 133–138. 
  13. ^ 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]. 
  14. ^ Bentel, Gunilla Carleson. Caesium-137 Machines. Radiation therapy planning. McGraw-Hill Professional. 1996: 22–23 [2010-09-26]. ISBN 978-0-07-005115-7. 
  15. ^ National Research Council (U.S.). Committee on Radiation Source Use and Replacement. Radiation source use and replacement: abbreviated version. National Academies Press. 2008. ISBN 978-0-309-11014-3. 
  16. ^ 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. 
  17. ^ 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. 
  18. ^ Kendall, Carol. Isotope Tracers Project – Resources on Isotopes – Cesium. National Research Program – U.S. Geological Survey. [2010-01-25]. 
  19. ^ Universal Nuclide Chart. nucleonica. (需要註冊 (說明)).