銫的同位素
銫(原子量:132.9054519(2))有41個已知的同位素,原子量範圍從112到152,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133萬年。其次是銫-137,半衰期約30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[4],也可以在超新星爆發的過程R-過程中合成[5]
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
標準原子質量 (Ar, 標準) |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
環境中的銫同位素
天然的銫元素中一般來說僅存在銫-133及痕量的銫-135,但在某些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車諾比核事故等。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。[6]
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[7]。
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[8]。1955年,第一個精確的銫原子鐘由路易斯·艾森在英國國家物理實驗室建成[9]。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。這些鐘測量頻率的精度為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[10],被認為是「人類目前所達到的最精確的單位實現」[10][11]。
銫-137
銫-137是銫的放射性同位素之一,半衰期約為30.17年。[12]大約95%通過貝塔衰變為barium-137m1 (137m1Ba, Ba-137m1). 其他約5%直接衰變為穩定的鋇-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).[13]
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[14]。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。[10][15]。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[16],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[17][18]。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[19]。測井設備中也會使用銫-137來測量與岩層中的電子密度[20]。
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[21]。
圖表
符號 | Z( p ) |
N( n ) |
同位素質量(u) | 半衰期 | 衰變 方式[22][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 | 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 |
参考文獻
- MacDonald, C. M.; Cornett, R. J.; Charles, C. R. J.; Zhao, X. L.; Kieser, W. E. . 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. (PDF). Chinese Physics C. 2021, 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae.
- Meija, Juris; et al. . Pure and Applied Chemistry. 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
- Busso, M.; Gallino, R.; Wasserburg, G. J. (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. . Princeton University Press. 1996: 527. ISBN 0-691-01147-8.
- . 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. . Polyhedron. 1996, 15 (21): 3897. doi:10.1016/0277-5387(96)00018-6.
- . 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. . Nature. 1955, 176 (4476): 280. Bibcode:1955Natur.176..280E. doi:10.1038/176280a0.
- Butterman, William C.; Brooks, William E.; Reese, Jr., Robert G. (PDF). United States Geological Survey. 2004 [2009-12-27]. (原始内容 (PDF)存档于2007-02-07).
- Reel, Monte. . 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. . [2011-11-07]. (原始内容存档于2016-08-12).
- . NIST. 2011-03-13 [2015-09-21]. (原始内容存档于2011-03-12).
- Okumura, Takeshi. (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. . . Bulletin 675. U.S. Bureau of Mines. 1985: 133–138.
- . Medicalnewstoday.com. 2007-12-17 [2010-02-15]. (原始内容存档于2021-04-29).
- Bentel, Gunilla Carleson. . . 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. . 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). . . London: Chapman & Hall. 1995: 82–85. ISBN 978-0-412-53400-3.
- Timur, A.; Toksoz, M. N. . Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 1985, 13: 315. Bibcode:1985AREPS..13..315T. doi:10.1146/annurev.ea.13.050185.001531.
- Kendall, Carol. . National Research Program – U.S. Geological Survey. [2010-01-25]. (原始内容存档于2021-07-08).
- . 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).
- Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) (页面存档备份,存于). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) (页面存档备份,存于).
- 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), 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) (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.