セシウムの同位体

セシウム の同位体（55 Cs）
主な同位体[1]減衰
アイソトープ豊富半減期 （t 1/2）モード製品
131セシウムシンセ9.69日ε131キセノン
133セシウム100%安定した
134セシウムシンセ2.0650年β −134バ
ε134キセノン
135セシウムトレース1.33 × 10 6 年β −135バミューダ
137セシウムシンセ30.04歳β −137バ
標準原子量 A r °(Cs)
  • 132.905 451 96 ± 0.000 000 06 [2]
  • 132.91 ± 0.01  （要約）[3]

セシウム（55 Cs）には、質量数が112から152までの41の同位体が知られています。安定しているのは133 Csのみです。最も長寿命の放射性同位体は半減期が133万年の135 Csです。137
Csの半減期は30.04年、 134 Csの半減期は2.0650年です。その他の同位体の半減期は2週間未満で、ほとんどが1時間未満です。

セシウムは豊富な核分裂生成物（135 と 137 が直接生成される）であり、さまざまな同位体が懸念されています。以下のセクションを参照してください。

1945年の核実験開始以降、セシウム放射性同位体が大気中に放出され、大気中で容易に溶液に吸収され、放射性降下物の一部として地表に戻されました。地下水に流入したセシウムは土壌表面に沈着し、主に粒子輸送によって地表から除去されます。その結果、これらの同位体の入力関数（[説明が必要]）は時間の関数として推定できます。

同位体のリスト


核種
[n 1]		Z北同位体質量 （Da）[4] [n 2] [n 3]
半減期[1]
減衰
モード[1]
[n 4]		娘
同位体
[n 5] [n 6]		スピンと
パリティ[1]
[n 7] [n 8]		同位体
存在比
励起エネルギー[n 8]
112 Cs5557111.950155(64) [5]490(30)μsp（>99.74％）111キセノン1+#
α（<0.26％）108私
113セシウム5558112.9444285(92)16.94(9) μsp112キセノン（3/2以上）
114セシウム5559113.941292(91)570(20)ミリ秒β + (91.1%)114キセノン（1歳以上）
β +、p（8.7％）113私
β +、α (0.19%)110テ
α（0.018％）110私
115セシウム5560114.93591(11)#1.4(8)秒β + (99.93%)115キセノン9/2+#
β +、p (0.07%)114私
116セシウム5561115.93340(11)#700(40)ミリ秒β + (99.67%)116キセノン（1歳以上）
β +、p（0.28％）115私
β +、α (0.049%)112テ
116m Cs [n 9]100(60)# keV3.85(13)秒β + (99.56%)116キセノン（7歳以上）
β +、p（0.44％）115私
β +、α (0.0034%)112テ
117セシウム5562116.928617(67)8.4(6)秒β +117キセノン9/2+#
117m Cs [n 9]150(80)# keV6.5(4)秒β +117キセノン3/2+#
118セシウム5563117.926560(14)14(2) sβ + (99.98%)118キセノン2(−) [6]
β +、p（0.021％）117私
β +、α (0.0012%)114テ
118m1 Cs [6] [n 9]X keV17(3) sβ + (99.98%)118キセノン（7−）
β +、p（0.021％）117私
β +、α (0.0012%)114テ
118m2 Cs [6] [n 9]Y keV（6歳以上）
118m3 Cs [6] [n 9]65.9 keVそれ118セシウム（3−）
118m4 Cs [6]125.9+X keV550(60) nsそれ118m1 Cs（7歳以上）
118m5 Cs [6]195.2+X keV500ナノ秒未満それ118m4 Cs（8歳以上）
119セシウム5564118.9223 77(15)43.0(2)秒β +119キセノン9/2+
β +、α (<2×10 −6 %)115テ
119m Cs [n 9]50(30)# keV30.4(1) 秒β +119キセノン3/2以上
120 Cs5565119.920677(11)60.4(6) sβ +120キセノン2歳以上
β +、α (<2×10 −5 %)116テ
β +、p (<7×10 −6 %)119私
120m Cs [n 9]100(60)# keV57(6) sβ +120キセノン（7−）
β +、α (<2×10 −5 %)116テ
β +、p (<7×10 −6 %)119私
121 Cs5566120.917227(15)155(4) sβ +121キセノン3/2以上
121m Cs68.5(3) keV122(3) sβ + (83%)121キセノン9/2+
IT（17％）121 Cs
122セシウム5567121.916108(36)21.18(19)秒β +122キセノン1歳以上
β +、α (<2×10 −7 %)118テ
122m1 Cs45.87(12) keV>1μsそれ122セシウム3歳以上
122m2シーズ140(30) keV3.70(11)分β +122キセノン8−
122m3のCs127.07(16) keV360(20)ミリ秒それ122セシウム5−
123セシウム5568122.912996(13)5.88(3)分β +123キセノン1/2以上
123m1 Cs156.27(5) keV1.64(12)秒それ123セシウム11/2−
123m2シーズ252(6) keV114(5) nsそれ123セシウム（9/2+）
124セシウム5569123.9122474(98)30.9(4)秒β +124キセノン1歳以上
124m Cs462.63(14) keV6.41(7)秒IT（99.89％）124セシウム(7)+
β + (0.11%)124キセノン
125 Cs5570124.9097260(83)44.35(29)分β +125キセノン1/2以上
125m Cs266.1(11) keV900(30)ミリ秒それ125 Cs（11/2−）
126セシウム5571125.909446(11)1.64(2)分β +126キセノン1歳以上
126m1 Cs273.0(7) keV約1μ秒それ126セシウム（4−）
126m2シーズ596.1(11) keV171(14) μsそれ126セシウム8−#
127セシウム5572126.9074175(60)6.25(10) 時間β +127キセノン1/2以上
127m Cs452.23(21) keV55(3) μsそれ127セシウム(11/2)−
128セシウム5573127.9077485(57)3.640(14)分β +128キセノン1歳以上
129セシウム5574128.9060659(49)32.06(6) 時間β +129キセノン1/2以上
129m Cs575.40(14) keV718(21) nsそれ129セシウム（11/2−）
130 Cs5575129.9067093(90)29.21(4)分β + (98.4%)130キセノン1歳以上
β −（1.6％）130バミューダ
130m Cs163.25(11) keV3.46(6)分IT（99.84％）130 Cs5−
β + (0.16%)130キセノン
131セシウム5576130.90546846(19)9.689(16) dEC131キセノン5/2+
132セシウム5577131.9064378(11)6.480(6) dβ + (98.13%)132キセノン2歳以上
β −（1.87％）132バ
133 Cs [n 10] [n 11]5578132.905451958(8)安定した7/2+1.0000
134 Cs [n 11]5579133.906718501(17)2.0650(4) 年β −134バ4歳以上
EC (3.0×10 −4 %)134キセノン
134m Cs138.7441(26) keV2.912(2) 時間それ134セシウム8−
135 Cs [n 12]5580134.90597691(39)1.33(19)×10 6 年β −135バミューダ7/2+
135m Cs1632.9(15) keV53(2)分それ135セシウム19/2−
136セシウム5581135.9073114(20)13.01(5) dβ −136バ5歳以上
136m Cs517.9(1) keV17.5(2) 秒β − ?136バ8−
それ？136セシウム
137 Cs [n 11]5582136.90708930(32)30.04(4) 年β −（94.70％）[7]137mバ7/2+
β −（5.30％）[7]137バ
138セシウム5583137.9110171(98)33.5(2)分β −138バ3−
138m Cs79.9(3) keV2.91(10)分IT（81％）138セシウム6−
β −（19％）138バ
139セシウム5584138.9133638(34)9.27(5)分β −139バ7/2+
140 Cs5585139.9172837(88)63.7(3)秒β −140バ1−
140m Cs13.931(21) keV471(51) nsそれ140 Cs（2）−
141セシウム5586140.9200453(99)24.84(16)秒β −（99.97％）141バ7/2+
β − , n (0.0342%)140バ
142セシウム5587141.9242995(76)1.687(10)秒β −（99.91％）142バ0−
β − , n (0.089%)141バ
143セシウム5588142.9273473(81)1.802(8)秒β −（98.38%）143バ3/2以上
β −、n (1.62%)142バ
144セシウム5589143.932075(22)994(6) ミリ秒β −（97.02％）144バ1−
β − , n (2.98%)143バ
144m Cs92.2(5) keV1.1(1) μsそれ144セシウム（4−）
145セシウム5590144.9355289(97)582(4)ミリ秒β −（87.2％）145バ3/2以上
β −、n (12.8%)144バ
145m Cs762.9(4) keV0.5(1) μsそれ145セシウム13/2#
146セシウム5591145.9406219(31)321.6(9)ミリ秒β −（85.8％）146バ1−
β −、n (14.2%)145バ
146m Cs46.7(1) keV1.25(5) μsそれ146セシウム4−#
147セシウム5592146.9442615(90)230.5(9)ミリ秒β −（71.5％）147バ（3/2以上）
β −、n (28.5%)146バ
147m Cs701.4(4) keV190(20) nsそれ147セシウム13/2#
148セシウム5593147.949639(14)151.8(10)ミリ秒β −（71.3%）148バ（2−）
β −、n (28.7%)147バ
148m Cs45.2(1) keV4.8(2) μsそれ148セシウム4−#
149セシウム5594148.95352(43)#112.3(25)ミリ秒β −（75％）149バ3/2+#
β −、n (25%)148バ
150 Cs5595149.95902(43)#81.0(26)ミリ秒β −（約56％）150 Ba（2−）
β −、n (~44%)149バ
151セシウム5596150.96320(54)#59(19)ミリ秒β −151バ3/2+#
この表のヘッダーとフッター:
  1. ^ m Cs – 励起核異性体。
  2. ^ ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。
  3. ^ # – 原子質量は # でマークされています。値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されています。
  4. ^ 崩壊のモード:
    EC:電子捕獲


    それ：異性体転移
    名前:中性子放出
    p:陽子放出
  5. ^ 太字の斜体の記号は娘製品です – 娘製品はほぼ安定しています。
  6. ^ 太字の記号は娘製品です – 娘製品は安定しています。
  7. ^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。
  8. ^ ab # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種の傾向 (TNN) から導き出されたものです。
  9. ^ abcdefg 基底状態と異性体の順序は不明です。
  10. ^ 2番目を定義するために使用される
  11. ^ abc 核分裂生成物
  12. ^ 長寿命核分裂生成物

セシウム131

セシウム131は、電子捕獲によってのみ崩壊し、半減期9.69日で安定なキセノン131の基底状態となる。検出可能な放射線はキセノンのX線であり、最大エネルギーは34.5 keVである。2004年にアイソレイ社によって密封小線源治療用に導入された。[8]

セシウム133

セシウム133はセシウムの唯一の安定同位体です。SI単位系における時間の基本単位である秒は、特定のセシウム133の遷移によって定義されます。1967年以降、秒の公式定義は以下のとおりです。

2番目の記号sは、セシウム周波数ΔνCsの固定数値、セシウム133原子の非摂動基底状態超微細遷移周波数[9]をとることによって定義され、9 192 631 770 Hz 、これは s −1に等しい。

セシウム134

セシウム134の半減期は2.0650年です。セシウム134は、核分裂生成物として直接（134 Xeが安定しているため、非常に低い収量で）生成されるか、一般的な核分裂生成物である非放射性セシウム133（中性子捕獲断面積29バーン）からの中性子捕獲によって生成されます。133 Csは、核爆発が終わってからかなり経ってから、元の核分裂生成物のベータ崩壊によって生成されるため、核兵器によって生成されることはありません。

133 Csと134 Csの合計収率は6.7896%です。この2つの割合は、中性子照射を継続することで変化します。134 Csは140バーンの断面積を持つ中性子も捕獲し、長寿命の放射性Cs 135になります。

セシウム134はベータ崩壊（β− ）を起こし、平均2.23個のガンマ線光子（平均エネルギー0.698 MeV）を放出した後、安定した134 Baを生成します。 [10]

セシウム135

長寿命核分裂生成物
核種t 1 ⁄ 2収率Q [a 1]βγ
（ま）（％）[a 2]（keV）
99テクネチウム0.2116.1385294β
126スン0.23 0.10844050 [a 3]β γ
79セ0.33 0.0447151β
135セシウム1.33 6.9110 [a 4]269β
93 Zr1.61 5.457591βγ
107パド6.5  1.249933β
129私16.1 0.8410194βγ
  1. ^ 崩壊エネルギーはβ、ニュートリノ、 γ（存在する場合）の間で分割されます。
  2. ^ 235 Uの熱中性子核分裂65回と239 Puの熱中性子核分裂35回あたり。
  3. ^ 崩壊エネルギーは 380 keV ですが、その崩壊生成物である126 Sb の崩壊エネルギーは 3.67 MeV です。
  4. ^ 熱中性子炉では、その前身である135 Xeが中性子を容易に吸収するため、低くなります。

セシウム135は、半減期が133万年であるセシウムの弱い放射性同位体です。低エネルギーのベータ粒子を放出して崩壊し、安定同位体であるバリウム135になります。セシウム135は7つの長寿命核分裂生成物の1つであり、唯一のアルカリ性核分裂生成物です。ほとんどの核燃料再処理において、セシウム135は中寿命核分裂生成物（バリウムを含む）と一緒に保管されます。137
Csは分離できない135
同位体分離によるCsの分離は、他の長寿命核分裂生成物とは区別されます。例外として、溶融塩炉では135
Csは燃料の外側で完全に別の流れとして（気泡分離したCsの崩壊後）135
135 Csは、崩壊エネルギーが低く、ガンマ線を放出せず、半減期が長いため、137 Csや134 Csよりも危険性がはるかに低い同位元素です。

その前駆体である135 Xeは高い核分裂生成物収率（例えば、 235 Uと熱中性子で6.3333% ）を示すだけでなく、あらゆる核種の中で最も高い熱中性子捕獲断面積も有する。このため、現在の熱中性子炉で生成される135 Xeの多く（定常全出力で最大90%以上）[11]は、実質的に安定な核種に変換される。136
キセノンが崩壊する前に135
Csは比較的短い半減期にもかかわらず135
Xe。ほとんどまたは全くない135
原子炉停止後、あるいは燃料からキセノンを継続的に除去する溶融塩炉、高速中性子炉、あるいは核兵器においては、キセノンは中性子捕獲によって破壊されます。キセノンピットとは、過剰な中性子吸収によって生じる現象です。135
出力低下や運転停止後に原子炉内にXeが蓄積するのを防ぐため、135
キセノンは、中性子束を再び制御棒で安全に制御できるレベルまで崩壊します。

原子炉は、非放射性核分裂生成物133 Cs から中性子捕獲によって134 Cs 、さらに 135 Csへと段階的に変化し、はるかに少量の 135 Cs も生成します。

135 Csの熱中性子捕獲断面積と共鳴積分はそれぞれ8.3 ± 0.3バーンと38.1 ± 2.6バーンである。[12] 135 Csの核変換による処分は、断面積が小さいことに加え、混合同位体核分裂セシウムの中性子照射により安定な133 Csからより多くの135 Csが生成されることから困難である。さらに、 137 Csの中期放射能は強いため、核廃棄物の取り扱いを困難にしている。[13]

  • ANLファクトシート

セシウム136

セシウム136の半減期は13.01日です。セシウム136は、核分裂生成物として直接（ 136 Xeはベータ崩壊型であるため、非常に少量ですが）生成されるか、長寿命の135 Csからの中性子捕獲によって生成されます。ただし、135 Csは核分裂断面積が小さい（上記参照）ため、半減期が短いため、使用済み燃料中にはほとんど存在せず、すぐに消滅します。また、核兵器によって生成されることもありません。なぜなら、135 Csは、核爆発が終わってからかなり時間が経ってから、元の核分裂生成物のベータ崩壊によって生成されるからです。セシウム136はベータ崩壊（β−
）から136 Ba まで。

セシウム137

セシウム137は半減期が30.04年で、ストロンチウム90とともに、使用済み核燃料の放射能の大部分を占める2つの主要な中寿命核分裂生成物の一つである。チェルノブイリ事故で残留した放射能の大部分はセシウム137によるものであり、福島原子力発電所付近の土地の除染作業において大きな健康被害の懸念となっている。 [14]セシウム137はベータ崩壊してバリウム137m（短寿命核異性体）となり、バリウム137mは安定した基底状態であるバリウム137に脱励起する際に、通常はガンマ線を放出する。この過程がセシウム137からのガンマ線放出の全てである。[15]

137 Cs の中性子捕獲率は非常に低く、中性子ビームのコリメーション（磁場では実現できない）の進歩がない限り、この方法ではまだ現実的に処分することはできない。この進歩は、ミューオン触媒核融合実験（他の形式の核廃棄物の加速器転換では実現できない）でのみ実現可能であり、この低い捕獲率を相殺して克服するのに十分な強度の中性子を生成できるようになる。したがって、それまでは137 Cs は単に崩壊させるしかない。[要出典]

137 Cs は、 3 Hの使用と同様に、水文学的研究におけるトレーサーとして使用されてきました。

核分裂生成セシウム同位体

より重い同位体の半減期は数秒から数分です。核分裂によって生成されるセシウムのほぼ全ては、元々より中性子に富む核分裂生成物のベータ崩壊によって生成され、ヨウ素同位体、キセノン同位体を経て生成されます。これらの元素は揮発性が高く、核燃料や空気を通して拡散するため、セシウム（およびその高Z崩壊生成物）は、元の核分裂場所から遠く離れた場所で生成されることがよくあります。[要出典]

参照

セシウム以外の娘核種

参考文献

  1. ^ abcd Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). 「NUBASE2020による核特性の評価」(PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3) 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  2. ^ 「標準原子量：セシウム」CIAAW . 2013年。
  3. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). 「元素の標準原子量2021（IUPAC技術報告書）」. Pure and Applied Chemistry . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  4. ^ Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). 「AME 2020 原子質量評価 (II). 表、グラフ、参考文献*」. Chinese Physics C. 45 ( 3) 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
  5. ^ Nies, L.; Atanasov, D.; Athanasakis-Kaklamanakis, M.; Au, M.; Bernerd, C.; Blaum, K.; Chrysalidis, K.; Fischer, P.; Heinke, R.; Klink, C.; Lange, D.; Lunney, D.; Manea, V.; Marsh, BA; Müller, M.; Mougeot, M.; Naimi, S.; Schweiger, Ch.; Schweikhard, L.; Wienholtz, F. (2025年1月9日). 「Sn 103の質量による原子核質量面の精緻化」. Physical Review C. 111 ( 1). doi :10.1103/PhysRevC.111.014315.
  6. ^ abcdef 鄭、KK;ペトラーチェ、CM。張、ZH;アスティエ、A. Lv、BF;グリーンリーズ、PT;グラーン、T.ジュリン、R.ユーティネン、S.ルオマ、M.オジャラ、J.パカリネン、J.パルタネン、J.ラキラ、P.ルオザライネン、P.サンドゼリウス、M.サレン、J.タン、H.ウシタロ、J.ジンバ、G.シダーウォール、B.アクタス、ö。エルトプラク、A.チャン、W.グオ、S.リュー、ML;周、XH。クティ、I。ニャコ、BM;ソーラー、D.ティマール、J.アンドレオイウ、C.ドンセル、M.ジョス、DT; Page, RD (2021年10月21日). 「奇数-奇数Cs 118核における豊富なバンド構造と複数の長寿命異性体」. Physical Review C. 104 ( 4) 044325. doi :10.1103/PhysRevC.104.044325 . 2024年12月29日閲覧。
  7. ^ ab Browne, E.; Tuli, JK (2007年10月). 「A = 137の核データシート」.核データシート. 108 (10): 2173– 2318. Bibcode :2007NDS...108.2173B. doi :10.1016/j.nds.2007.09.002.
  8. ^ Isoray. 「なぜセシウム131なのか」。2019年6月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年12月5日閲覧。
  9. ^ ここで使われている表現は以前の定義よりも簡潔ですが、それでも意味は同じです。これは第9回SIパンフレットで明確にされており、130ページの定義のすぐ後に次のように記されています。「この定義の効果は、1秒が100秒の長さに等しいということです。133 Cs原子の非摂動基底状態の2つの超微細準位間の遷移に対応する放射線の9 192 631 770周期。」
  10. ^ 「セシウム134とセシウム137の特性」日本原子力研究開発機構。2016年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年10月23日閲覧。
  11. ^ John L. Groh (2004). 「原子炉物理学の基礎 第11章補足」(PDF) . CANTEACHプロジェクト. 2011年6月10日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2011年5月14日閲覧。
  12. ^ 初川雄三; 篠原暢; 畑健; ​​他 (1999). 「135Cs(n,γ)136Cs反応の熱中性子断面積と共鳴積分：核廃棄物の核変換のための基礎データ」. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry . 239 (3): 455– 458. doi :10.1007/BF02349050. S2CID  97425651.
  13. ^ 大木茂雄、高木尚之 (2002). 「高速炉によるセシウム135の核変換」(PDF) .第7回アクチニドおよび核分裂生成物の分離と核変換に関する情報交換会議議事録、韓国済州島.
  14. ^ Dennis (2013年3月1日). 「ホットゾーンの冷却」. Science . 339 (6123): 1028–1029 . doi :10.1126/science.339.6123.1028. PMID  23449572.
  15. ^ 国立核データセンター. 「NuDat 3.0 データベース」.ブルックヘブン国立研究所.
「https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Isotopes_of_ceesium&oldid=1322335682」より取得