铯的同位素
（重定向自銫-135）
铯（原子量：132.90545196(6)）有41个已知的同位素，原子量范围从112到152，其中只有铯-133是稳定的。寿命最长的放射性铯是铯-135，半衰期有133万年。其次是铯-137，半衰期约30年，以及铯-134有两年的半衰期，其他的同位素半衰期皆低于两周，大部分的都在一小时以下。其中一些同位素在年老的恒星中由较轻的元素通过捕获慢中子（S-过程）合成[4]，也可以在超新星爆发的过程R-过程中合成[5]
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 标准原子质量 (Ar, 标准) |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
环境中的铯同位素 编辑
天然的铯元素中一般来说仅存在铯-133及痕量的铯-135，但在某些环境中仍然存在着微量的铯-137与铯-134，它们几乎都是在1940年代至1960年代的核试爆及某些核事故中释放出来的。历史上曾造成铯-137释放进入环境中的著名案例包括如切尔诺贝利核事故等。2011年3月11日，日本的福岛第一核电站事故事件发生时，也曾发现它的存在。2011年7月，从福岛县运往东京的11头牛也被检测出1,530到3,200Bq/kg的铯-137，这已严重超出日本规定的500Bq/kg容许值。[6]
铯-133 编辑
铯-133是铯的同位素之一，为铯的同位素中，唯一稳定的核素，同时也是天然铯元素中能找的唯一一种核素，因此，铯-133的丰度为100%。铯-133也可以通过在核反应堆中的核裂变产生。尽管其原子核自旋量子数较大（7/2+），可以在其共振频率11.7 MHz处对该同位素进行核磁共振的研究[7]。
自从1967年，国际单位制基于铯的性质定义了其时间单位，也就是秒。国际单位制将一秒定义为不受外场干扰的铯-133的原子基态的两个超精细结构能阶间跃迁所对应的辐射的9,192,631,770个周期的持续时间[8]。1955年，第一个精确的铯原子钟由路易斯·艾森在英国国家物理实验室建成[9]。在过去的半个多世纪中，人们不停的改进铯原子钟，并且使用它作为标准时间和频率测量的基准。这些钟测量频率的精度为2-3×10-14，相当于时间测量的精度为每天2纳秒，或者140万年1秒。目前最先进的铯原子钟的精度超过了10-15，这意味着从6600万年前恐龙灭绝的时代起其误差仅为2秒钟[10]，被认为是“人类目前所达到的最精确的单位实现”[10][11]。
铯-137 编辑
铯-137是铯的放射性同位素之一，半衰期约为30.17年。[12]大约95%通过贝塔衰变为barium-137m1 (137m1Ba, Ba-137m1). 其他约5%直接衰变为稳定的钡-137. Ba-137m1的半衰期为153秒，并放出伽玛射线（这是铯-137放射源的全部伽玛射线来源）。1克铯-137的放射性活度为3.215 terabecquerel (TBq).[13]
铯-137在工业应用中是一种非常常见的作为伽玛射线发射源的同位素。其优势在于它的半衰期大约30年，可以通过核燃料循环获得，并且其最终产物钡-137是一种稳定的同位素。其较高的水溶性是其缺点，使得它无法用在用于食品和医疗用品的大型池式辐射器中[14]。铯-137已经被用在农业、癌症治疗、食品消毒、污水污泥处理以及外科手术设备中。[10][15]。铯的放射性同位素可以用在放射线疗法中针对某些癌症治疗[16]，然而由于目前已经有了更好的替代品，且放射源中易溶于水的氯化铯可能造成大范围污染，放疗中逐渐不再采用铯放射源[17][18]。在许多工业测量计中都采用了铯-137，包括湿度计、密度计、水平仪以及厚度计[19]。测井设备中也会使用铯-137来测量与岩层中的电子密度[20]。
铯-137也用于水文学研究中。铯是核裂变反应的产物。自从大约1945年核试验开始，一直到20世纪80年代中期，铯137被释放进入大气层，然后立即被吸收入水溶液中。那个时期的年度变化与土壤和沉积层有相关性。铯-134以及含量更少的铯-135也用于水文学研究作为核电工业中产生的铯的度量。这两种同位素不像铯-133或者铯-137那样常见，而且仅能通过人为过程产生[21]。
图表 编辑
| 符号 | Z（ p ） |
N（ n ） |
同位素质量（u） | 半衰期 | 衰变 方式[22][n 1] |
衰变 产物[n 2] |
原子核 自旋 |
相对丰度 （莫耳分率） |
相对丰度 的变化量 （莫耳分率） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 激发能量 | |||||||||
| 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 | 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 | ||||||||
备注：画上#号的数据代表没有经过实验的证明，只是理论推测而已，而用括号括起来的代表数据不确定性。
| ← | 同位素列表 | → |
| 氙的同位素 | 铯的同位素 | 钡的同位素 |
注释 编辑
参考文献 编辑
- ^ MacDonald, C. M.; Cornett, R. J.; Charles, C. R. J.; Zhao, X. L.; Kieser, W. E. Measurement of the 135Cs half-life with accelerator mass spectrometry and inductively coupled plasma mass spectrometry. Physical Review C (American Physical Society (APS)). 2016-01-19, 93 (1). ISSN 2469-9985. doi:10.1103/physrevc.93.014310.
- ^ Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties (PDF). Chinese Physics C. 2021, 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae.
- ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2022-05-04. ISSN 1365-3075. doi:10.1515/pac-2019-0603 （英语）.
- ^ 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. （原始内容 (PDF)存档于2011-11-18）.
- ^ 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.
- ^ High levels of caesium in Fukushima beef. Independent Online. 9 July 2011 [2015-09-21]. （原始内容存档于2015-09-24）.
- ^ 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.
- ^ Cesium Atoms at Work. Time Service Department—U.S. Naval Observatory—Department of the Navy. [2009-12-20]. （原始内容存档于2015-02-23）.
- ^ 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.
- ^ 10.0 10.1 10.2 Butterman, William C.; Brooks, William E.; Reese, Jr., Robert G. Mineral Commodity Profile: Cesium (PDF). United States Geological Survey. 2004 [2009-12-27]. （原始内容 (PDF)存档于2007-02-07）.
- ^ Reel, Monte. Where timing truly is everything. Washington Post. 2003-07-22: B1 [2010-01-26]. （原始内容存档于2013-04-29）.
- ^ National Institute of Standards and Technology. Radionuclide Half-Life Measurements. [2011-11-07]. （原始内容存档于2016-08-12）.
- ^ NIST Nuclide Half-Life Measurements. NIST. 2011-03-13 [2015-09-21]. （原始内容存档于2011-03-12）.
- ^ 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]. （原始内容 (PDF)存档于2011-07-20）.
- ^ Jensen, N. L. Cesium. Mineral facts and problems. Bulletin 675. U.S. Bureau of Mines. 1985: 133–138.
- ^ 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]. （原始内容存档于2021-04-29）.
- ^ Bentel, Gunilla Carleson. Caesium-137 Machines. Radiation therapy planning. McGraw-Hill Professional. 1996: 22–23 [2010-09-26]. ISBN 978-0-07-005115-7. （原始内容存档于2013-06-02）.
- ^ National Research Council (U.S.). Committee on Radiation Source Use and Replacement. Radiation source use and replacement: abbreviated version. National Academies Press. 2008 [2015-09-21]. ISBN 978-0-309-11014-3. （原始内容存档于2014-01-07）.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Kendall, Carol. Isotope Tracers Project – Resources on Isotopes – Cesium. National Research Program – U.S. Geological Survey. [2010-01-25]. （原始内容存档于2021-07-08）.
- ^ Universal Nuclide Chart. nucleonica. [2015-09-19]. （原始内容
存档于2017-02-19）.
- Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
- Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
- Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database （页面存档备份，存于互联网档案馆） (retrieved Sept. 2005).
- David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.