세슘 동위 원소

Isotopes of caesium
세슘의 주요 동위 원소 (55Cs)
이소슈토페 썩다
멋쩍은 춤추다 반평생 (t1/2) 모드 프로이덕트
131Cs 동음이의 9.7 d ε 131세
133Cs 100% 안정적
134Cs 동음이의 2.0648 y ε 134세
β− 134BA
135Cs 자취를 감추다 2.3×106 y β− 135BA
137Cs 동음이의 30.17 y[1] β− 137BA
표준 원자량 Ar, standard(Cs)132.90545196(6)[2][3]

세슘(55Cs)은 40개의 알려진 동위원소를 가지고 있으며, 동위원소가 가장 많은 원소 중 하나인 바륨, 수은과 함께 동위원소를 만든다.[4] 이 동위원소의 원자 질량은 112에서 151까지이다. 오직 하나의 동위원소인 Cs만이 안정적이다. 가장 장수하는 방사성 동위원소는 반감기가 230만년인 C, 반감기가 30.1671년인 C, 2.0652년인 C이다. 다른 동위원소는 모두 반감기가 2주 미만, 대부분 1시간 미만이다.

1945년 핵실험 시작과 함께 시작된 세슘 방사성 동위원소는 세슘이 용액으로 쉽게 흡수되어 방사성 낙진의 성분으로 지구 표면으로 되돌아오는 대기로 방출되었다. 세슘은 일단 지하수에 들어가면 흙 표면에 침전되어 주로 입자 운반에 의해 풍경으로부터 제거된다. 결과적으로 이들 동위원소의 입력기능은 시간의 함수로 추정할 수 있다.

동위 원소 목록

뉴클리드
[n 1] 		Z N 동위원소 질량 (Da)
[n 2][n 3] 		하프라이프
 썩다
모드
[n 4] 		딸
동위 원소
[n 5][n 6] 		스핀 앤 앤
동등성
[n 7][n 8] 		자연적 풍요 (분수)
흥분 에너지[n 8] 정상비율 변동 범위
112Cs 55 57 111.95030(33)# 500(100) μs p 111세 1+#
α 108I
113Cs 55 58 112.94449(11) 16.7(7) μs p (99.97%) 112세 5/2+#
β+ (.03%) 113세
114Cs 55 59 113.94145(33)# 0.57(2)초 β+ (91.09%) 114세 (1+)
β+, p(8.69%) 113I
β+, α (.19%) 110Te
α (.018%) 110I
115Cs 55 60 114.93591(32)# 1.4(8)초 β+ (99.93%) 115세 9/2+#
β+, p (.07%) 114I
116Cs 55 61 115.93337(11)# 0.70(4)초 β+ (99.67%) 116세 (1+)
β+, p (.279%) 115I
β+, α (.049%) 112Te
116mCs 100(60)# keV 3.85(13)초 β+ (99.48%) 116세 4+, 5, 6
β+, p (.51%) 115I
β+, α (.008%) 112Te
117Cs 55 62 116.92867(7) 8.4(6)초 β+ 117세 (9/2+)#
117mCs 150(80)# keV 6.5(4)초 β+ 117세 3/2+#
118Cs 55 63 117.926559(14) 14(2)초 β+ (99.95%) 118세 2
β+, p (.042%) 117I
β+, α (.0024%) 114Te
118mCs 100(60)# keV 17(3)초 β+ (99.95%) 118세 (7−)
β+, p (.042%) 117I
β+, α (.0024%) 114Te
119Cs 55 64 118.922377(15) 43.0(2)초 β+ 119세 9/2+
β+, α (2×10−6%) 115Te
119mCs 50(30)# keV 30.4(1)초 β+ 119세 3/2(+)
120Cs 55 65 119.920677(11) 61.2(18)초 β+ 120세 2(−#)
β+, α (2×10−5%) 116Te
β+, p(7×10−6%) 119I
120mCs 100(60)# keV 57(6)초 β+ 120세 (7−)
β+, α (2×10−5%) 116Te
β+, p(7×10−6%) 119I
121Cs 55 66 120.917229(15) 155(4)초 β+ 121세 3/2(+)
121mCs 68.5(3) keV 122(3)초 β+ (83%) 121세 9/2(+)
IT(17%) 121Cs
122Cs 55 67 121.91611(3) 21.18(19)초 β+ 122세 1+
β+, α (2×10−7%) 118Te
122m1Cs 45.8 keV >1μs (3)+
122m2Cs 140(30) keV 3.70(11)분 β+ 122세 8−
122m3Cs 127.0(5) keV 360(20)ms (5)−
123Cs 55 68 122.912996(13) 5.88(3)분 β+ 123세 1/2+
123m1Cs 156.27(5) keV 1.64(12)초 IT 123Cs (11/2)−
123m2Cs 231.63+X keV 114(5)ns (9/2+)
124Cs 55 69 123.912258(9) 30.9(4)초 β+ 124세 1+
124mCs 462.55(17) keV 6.3(2)초 IT 124Cs (7)+
125Cs 55 70 124.909728(8) 46.7(1)분 β+ 125세 1/2(+)
125mCs 266.6(11) keV 900(30) ms (11/2−)
126Cs 55 71 125.909452(13) 1.64(2)분 β+ 126세 1+
126m1Cs 273.0(7) keV >1μs
126m2Cs 596.1(11) keV 171(14) μs
127Cs 55 72 126.907418(6) 6.25(10) h β+ 127세 1/2+
127mCs 452.23(21) keV 55(3) μs (11/2)−
128Cs 55 73 127.907749(6) 3.209(14)분 β+ 128세 1+
129Cs 55 74 128.906064(5) 32.06(6)h β+ 129세 1/2+
130Cs 55 75 129.906709(9) 29.21(4)분 β+ (98.4%) 130세 1+
β− (1.6%) 130BA
130mCs 163.25(11) keV 3.46(6)분 IT(99.83%) 130Cs 5−
β+ (.16%) 130세
131Cs 55 76 130.905464(5) 9.689(16) d EC 131세 5/2+
132Cs 55 77 131.9064343(20) 6.190(6) d β+ (98.13%) 132세 2+
β− (1.87%) 132BA
133Cs[n 9][n 10] 55 78 132.905451933(24) 안정적[n 11] 7/2+ 1.0000
134Cs[n 10] 55 79 133.906718475(28) 2.0652(4) y β− 134BA 4+
EC(3×10−4%) 134세
134mCs 138.7441(26) keV 2.912(2)시간 IT 134Cs 8−
135Cs[n 10] 55 80 134.9059770(11) 2.3 x106 y β− 135BA 7/2+
135mCs 1632.9(15) keV 53(2)분 IT 135Cs 19/2−
136Cs 55 81 135.9073116(20) 13.16(3) d β− 136BA 5+
136mCs 518(5) keV 19(2)초 β− 136BA 8−
IT 136Cs
137Cs[n 10] 55 82 136.9070895(5) 30.1671(13) y β− (95%) 137mBA 7/2+
β− (5%) 137BA
138Cs 55 83 137.911017(10) 33.41(18)분 β− 138BA 3−
138mCs 79.9(3) keV 2.91(8)분 IT(81%) 138Cs 6−
β− (19%) 138BA
139Cs 55 84 138.913364(3) 9.27(5)분 β− 139BA 7/2+
140Cs 55 85 139.917282(9) 63.7(3)초 β− 140BA 1−
141Cs 55 86 140.920046(11) 24.84(16)초 β− (99.96%) 141BA 7/2+
β−, n (.0349%) 140BA
142Cs 55 87 141.924299(11) 1.689(11)초 β− (99.9%) 142BA 0−
β−, n (.091%) 141BA
143Cs 55 88 142.927352(25) 1.791(7)초 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 <1초 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) 0.155(2)초 β− (85.8%) 146BA 1−
β−, n(14.2%) 145BA
147Cs 55 92 146.94416(6) 0.155(3)초 β− (71.5%) 147BA (3/2+)
β−, n(28.49%) 146BA
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
표 머리글 및 바닥글:
  1. ^ mCs – 흥분된 핵 이성질체.
  2. ^ ( ) – 불확실성(1σ)은 해당 마지막 자리 뒤에 괄호 안에 간결한 형태로 주어진다.
  3. ^ # – 원자 질량 표시 #: 순수하게 실험적인 데이터에서 도출된 값과 불확실성, 적어도 부분적으로는 질량 표면(TMS)의 경향에서 도출된 값과 불확실성.
  4. ^ 붕괴 모드:
    EC: 전자 포획
    IT: 등축 전이
    n: 중성자 방출
    p: 양성자 방출
  5. ^ 딸로서의 굵은 이탤릭체 기호 – 딸 제품은 거의 안정적이다.
  6. ^ 딸로서의 굵은 기호 – 딸 제품은 안정적이다.
  7. ^ ( ) 스핀 값 – 취약한 할당 인수가 있는 스핀을 나타낸다.
  8. ^ a b # – #로 표시된 값은 순수하게 실험 데이터에서 도출된 것이 아니라 최소한 부분적으로 인접 핵종(TNN)의 경향에서 도출된 것이다.
  9. ^ 두 번째 정의에 사용됨
  10. ^ a b c d 핵분열 생성물
  11. ^ 이론적으로 자발적 핵분열 가능

세슘-131

2004년 이소레이의 브라키테라피용으로 도입된 세슘-131은 반감기가 9.7일, 30.4 keV에 이른다.[5]

세슘-133

세슘-133은 세슘의 유일한 안정 동위원소다. 두 번째 SI 베이스 유닛은 특정 세슘-133 전환에 의해 정의된다. 2019년 이후 1초의 공식 정의는 다음과 같다.

두 번째, 기호 s는 세슘-133 원자의 불침투하지 않은 지상 상태 초미세 Cs전환 주파수인 세슘 주파수 Δ fixed의 고정 수치 값을 s와−1 동일한 단위 Hz로 표현했을 때 9192631770으로 취함으로써 정의된다.[6]

세슘-134

세슘-134의 반감기는 2.0652년이다. 핵분열 생성물로서 직접(Xe가 안정적이기 때문에 매우 작은 수확량으로) 생산되며, 일반적인 핵분열 생성물인 비방사능 Cs(중성자 포획 29 barns)에서 중성자 포획을 통해 생산된다. 세슘-134는 베타 붕괴가 안정적인 Xe에서 멈추기 때문에 질량 134의 다른 핵분열 생성물 핵종의 베타 붕괴를 통해 생성되지 않는다. 또한 cs는 핵폭발이 끝난 지 한참 후에야 원핵분열생물의 베타 붕괴에 의해 생성되기 때문에 핵무기에 의해 생성되지 않는다.

Cs와 Cs의 합계 수익률은 6.7896%로 주어진다. 그 둘 사이의 비율은 지속적인 중성자 조사로 바뀔 것이다. 134또한 cs는 140개의 헛간 단면을 가진 중성자를 포획하여 장수 방사성 Cs가 된다.

세슘-134는 베타 붕괴(β−)[7]를 겪으며, Ba를 직접 생성하여 평균 2.23 감마선 광자(평균 에너지 0.698MeV)에서 방출한다.

세슘-135

장수하다
핵분열 생성물
뉴클리드 t1⁄2 양보 썩다
에너지[1] 		썩다
모드
(마) (%)[a 2] (keV)
99TC 0.211 6.1385 294 β
126Sn 0.230 0.1084 4050[a 3] βγ
79SE 0.327 0.0447 151 β
93Zr 1.53 5.4575 91 βγ
135Cs 2.3 6.9110[a 4] 269 β
107피디 6.5 1.2499 33 β
129I 15.7 0.8410 194 βγ
  1. ^ 붕괴에너지는 β, 중성미자, γ(있는 경우)로 갈라진다.
  2. ^ U-235와 Pu-239의 35의 65개 열중성자 단위.
  3. ^ 붕괴에너지가 380 keV이고
    그러나 붕괴 제품 Sb-126은 붕괴 에너지 3.67 MeV를 가지고 있다.
  4. ^ 전임자가 중성자를 흡수하기 때문에 열원자가 낮다.

세슘-135는 230만년의 반감기를 가진 세슘의 가벼운 방사성 동위원소다. 저 에너지 베타 입자를 방출하여 안정적 동위원소 바륨-135로 분해한다. 세슘-135는 7개의 장수 핵분열 생성물 중 하나이며 유일한 알칼리성 핵분열 생성물이다. 핵 재처리에서는 다른 장수 핵분열 생성물보다는 Cs와 다른 중생 핵분열 생성물과 함께 머무른다. Cs의 낮은 붕괴 에너지, 감마선 부족 및 긴 반감기는 이 동위원소를 C나 C보다 훨씬 덜 위험하게 만든다.

그것의 전구체 Xe는 높은 핵분열 생성물 수율(예: U 및 열 중성자의 경우 6.333%)을 가지고 있지만, 또한 모든 핵종에서 가장 높은 것으로 알려진 열 중성자 포획 단면을 가지고 있다. 이 때문에 현재의 열로에서 생산되는 Xe의 상당량(10년 순서에 따른 반감기)은 [8]Xe의 비교적 짧은 반감기에도 불구하고 Cs로 붕괴되기 전에 극히 장수명(10년21 순서에 따른 반감기) Xe로 전환될 것이다. Xe는 원자로 정지 후 중성자 포획에 의해 또는 연료, 고속 중성자 원자로 또는 핵무기에서 제논을 지속적으로 제거하는 용융된 소금 원자로에서 거의 또는 전혀 파괴되지 않을 것이다. 제논 핏은 출력감소나 정지 후 원자로 내 Xe 축적을 통한 중성자 흡수 과잉 현상으로, Xe가 다시 제어봉을 통해 중성자속도를 안전하게 제어할 수 있는 수준까지 붕괴시켜 관리하는 경우가 많다.

또한 원자로는 연속적인 중성자 포획에 의해 비방사성 핵분열 생성물 Cs에서 Cs와 Cs로 훨씬 더 적은 양의 C를 생산할 것이다.

Cs의 열 중성자 포획 단면 및 공진 적분은 각각 8.3 ± 0.3 및 38.1 ± 2.6 barns이다.[9] 혼합 이소토프 핵분열 세슘의 중성자 조사로 인해 안정적인 C에서 더 많은 C가 생성되기 때문에, 핵 변환에 의한 C의 폐기가 어렵다. 게다가 cs의 강렬한 중기 방사능은 핵폐기물 처리를 어렵게 만든다.[10]

세슘-136

세슘-136의 반감기는 13.16일이다. 핵분열 생성물로서 직접(Xe가 베타 안정성이기 때문에 매우 작은 수확량으로) 생산되며, 공통 핵분열 생성물인 장수 Cs(중성자 포획 단면 8.702 barns)에서 중성자 포획을 통해 생산된다. 세슘-136은 베타 붕괴가 거의 안정 가능한 Xe에서 멈추기 때문에 질량 136의 다른 핵분열 생성물 핵종의 베타 붕괴를 통해 생성되지 않는다. 또한 cs는 핵폭발이 끝난 지 한참 후에야 원핵분열생물의 베타 붕괴에 의해 생성되기 때문에 핵무기에 의해 생성되지 않는다. 136cs는 또한 13.00 barn의 단면을 가진 중성자를 포획하여 중수 방사능 C가 된다. 세슘-136은 베타 붕괴(β-)를 겪으며, Ba를 직접 생성한다.

세슘-137

주요 기사: 세슘-137

반감기가 30.17년인 세슘-137은 Sr과 함께 사용 후 최대 수백년까지 수년간의 냉각 후 사용후 핵연료의 방사능 대부분을 담당하는 두 가지 주요 중생 핵분열 생성물 중 하나이다. 체르노빌 사고에서 아직 남아 있는 방사능의 대부분을 구성하고 후쿠시마 원전 인근 토지의 오염 제거에 대한 주요 건강 우려 사항이다.[11] 137cs 베타는 바륨-137m(단명 핵 이성질체)에 이어 비방사성 바륨-137로 분해되며, 감마선의 강력한 방출체이기도 하다.

137Cs지 않는 한 중성자의 진보 빔 조준( 그렇지 않으면 자기장에 의해 달성할 수 없), 독특하게만 뮤온 촉매 핵 융합 실험 내에서 사용할 수(바로 연결 Transmutation 원자력 폐기물의 다른 형태에 있지 않은)을 생산하게 만들기 아직 실행할 수 있게 대해 이런 방식으로 없어질 수 없는 중성자 포획의 확률이 아주 낮고 있다. neu이러한 낮은 포획률을 상쇄하고 극복할 수 있을 만큼 충분히 높은 강도의 전차들. 따라서 그때까지 Cs는 단순히 부패하도록 허용되어야 한다.

137Cs는 H의 사용과 유사하게 수문학 연구에서 추적자로 사용되어 왔다.

기타 세슘 동위 원소

다른 동위원소들은 며칠에서 몇 분의 1초까지 반감기를 가지고 있다. 핵분열에서 생성되는 거의 모든 세슘은 원래 더 많은 중성자가 풍부한 핵분열 생성물의 베타 붕괴로부터 발생하며, 요오드 동위 원소, 제논 동위 원소를 통과한다. 이러한 원소는 휘발성이 있고 핵연료나 공기를 통해 확산될 수 있기 때문에 세슘은 원래 핵분열 장소에서 멀리 떨어져서 생성되는 경우가 많다.

참조

  1. ^ "NIST Radionuclide Half-Life Measurements". NIST. Retrieved 2011-03-13.
  2. ^ "Standard Atomic Weights: Caesium". CIAAW. 2013.
  3. ^ Meija, Juris; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  4. ^ "Isotopes". Ptable.
  5. ^ Isoray. "Why Cesium-131".
  6. ^ 여기서 사용하는 위상은 이전의 정의에서보다 더 간결하지만, 여전히 같은 의미를 갖는다. 이는 제9 SI 브로셔에서 분명히 나타나는데, 페이지 130에 대한 정의 직후에 "이 정의의 효과는 두 번째 정의는 Cs 원자 불침투 지반 상태의 두 초미세 수준 사이의 전환에 해당하는 방사선 9192631770 기간의 지속시간과 같다는 것이다."라고 명시되어 있다.
  7. ^ "Characteristics of Caesium-134 and Caesium-137". Japan Atomic Energy Agency.
  8. ^ John L. Groh (2004). "Supplement to Chapter 11 of Reactor Physics Fundamentals" (PDF). CANTEACH project. Archived from the original (PDF) on 10 June 2011. Retrieved 14 May 2011.
  9. ^ 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. doi:10.1007/BF02349050. S2CID 97425651.
  10. ^ Ohki, Shigeo; Takaki, Naoyuki (2002). "Transmutation of Cesium-135 With Fast Reactors" (PDF). Proceedings of the Seventh Information Exchange Meeting on Actinide and Fission Product Partitioning & Transmutation, Cheju, Korea.
  11. ^ Dennis (1 March 2013). "Cooling a Hot Zone". Science. 339 (6123): 1028–1029. doi:10.1126/science.339.6123.1028. PMID 23449572.