A cézium izotópjai

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

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) u

Cézium-133[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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 eltávozik a xenon –, 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]

Cézium-136[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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] A 137Cs amellett, hogy béta-bomlással bárium-137m-mé (ez egy rövid élettartamú magizomer), majd stabil bárium-137-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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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
  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. ^ a b c d Hasadási termék
  5. Feltehetően spontán hasadásra képes

Megjegyzések[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • 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.

Fordítás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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.

Hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. John L. Groh: Supplement to Chapter 11 of Reactor Physics Fundamentals. CANTEACH project, 2004. (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.  
  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.  
  4. Dennis Normile, "Cooling a Hot Zone," Science, 339 (1 March 2013) pp. 1028-1029.
  5. http://www.nucleonica.net/unc.aspx
A xenon izotópjai A cézium izotópjai A bárium izotópjai
Izotópok listája