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セシウム（55Cs）には、質量数が112から152までの範囲で41種類の同位体が知られています。安定同位体は133Csのみです。最も寿命の長い放射性同位体は、半減期が133万年の135Cs、137Csです。半減期が30.04年のセシウム134と、半減期が2.0650年のセシウム134が存在する。その他の同位体の半減期はすべて2週間未満で、ほとんどは1時間未満である。
セシウムは豊富な核分裂生成物であり（135と137が直接生成される）、そのため様々な同位体が懸念される。以下のセクションを参照のこと。
1945年の核実験開始以来、セシウム放射性同位体が大気中に放出され、セシウムは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る。セシウムが地下水に入ると、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る。その結果、これらの同位体の流入量は、時間の関数として推定することができる。
セシウム131は、半減期9.69日で安定なキセノン131の基底状態に純粋に電子捕獲によって崩壊します。検出可能な放射線はキセノンのX線で、最大エネルギーは34.5 keVです。2004年にIsorayによって近接照射療法に導入されました。[ 11 ]
セシウム133は、セシウムの唯一の安定同位体です。SI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年以来、秒の公式定義は次のとおりです。
2番目の記号sは、セシウム133原子の摂動を受けていない基底状態超微細遷移周波数ΔνCsの固定数値[ 12 ]を次のように定義します。9 192 631 770 Hzであり、これは s −1に等しい。
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生成される場合（134Xeは安定であるため生成量は非常に少ない）と、一般的な核分裂生成物である非放射性133Cs（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る場合の両方があります。核兵器ではセシウム134は生成されません。なぜなら、133Csは核爆発が終わってからずっと後に、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。
133Csと134Csの合計収率は6.7896%である。中性子照射が続くと、両者の比率は変化する。134Csは140バーンの断面積で中性子を捕獲し、長寿命放射性核種である135Csに変化する。
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、安定な134Baを生成する。[ 13 ]
セシウム135は、半減期133万年の弱放射性 セシウム同位体です。低エネルギーのベータ粒子を放出して安定同位体バリウム135に崩壊します。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。ほとんどの種類の核再処理では、中寿命核分裂生成物（137を含む）とともに存在します。135からのみ分離可能なCsCsは同位体分離によって）他の長寿命核分裂生成物ではなく生成される。例外として、溶融塩炉は135を生成する。燃料の外側に完全に独立した流れとしてセシウム(気泡分離135の崩壊後)135Csは、崩壊エネルギーが低く、ガンマ線がなく、半減期が長いため、137Csや134Csよりも危険性がはるかに低い。
その前駆体である135Xeは高い核分裂生成物収率（例えば、 235Uと熱中性子の場合6.3333% ）を持つが、既知の核種の中で最も高い熱中性子捕獲断面積も持つ。このため、現在の熱中性子炉で生成される135Xeの大部分（定常状態の全出力では90%以上）[ 14 ]は、実質的に安定な136Xeに変換されることになる。Xeは135に崩壊する前にCsは135の半減期が比較的短いにもかかわらずXe . ほとんどまたは全く135キセノンは、原子炉停止後の中性子捕獲、溶融塩炉（燃料からキセノンを連続的に除去する）、高速中性子炉、または核兵器において破壊される。キセノンピットは、 135による過剰な中性子吸収の現象である。出力低下または停止後の原子炉内のキセノン蓄積は、 135を放出することで管理されることが多い。キセノンは崩壊し、制御棒によって中性子束を安全に制御できるレベルまで減少する。
原子炉では、非放射性核分裂生成物であるセシウム133から、中性子捕獲を繰り返すことでセシウム134 、そしてセシウム135へと、はるかに少量のセシウム135も生成される。
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。[ 15 ]断面積が小さいことと、混合同位体核分裂セシウムの中性子照射によって安定同位体133 Csからより多くの135 Cs が生成されるため、核変換による135 Csの処分は困難である。さらに、 137 Csの中期的な強い放射能により、核廃棄物の処理が困難になる。[ 16 ]
セシウム136の半減期は13.01日です。これは、核分裂生成物として直接生成される場合（136Xeはベータ安定であるため、生成量は非常に少ない）、および長寿命の135Csからのニュートロン捕獲によって生成される場合の両方で生成されますが、断面積が小さく（上記参照）、半減期が短いため、使用済み燃料中に存在する量ははるかに少なく、すぐに消失します。また、135Csは核爆発が終わってからずっと後に元の核分裂生成物のベータ崩壊によってのみ生成されるため、核兵器によって生成されることもありません。セシウム136はベータ崩壊（β−）から136億年前。
半減期が 30.04 年であるセシウム 137 は、90 Srとともに、使用後数年から数百年にわたる使用済み核燃料の放射能の大部分を担う2 つの主要な中寿命核分裂生成物の 1 つです。チェルノブイリ事故から残っている放射能の大部分を構成しており、福島原子力発電所近くの土地の除染における主要な健康上の懸念となっています。[ 17 ] 137 Cs はベータ崩壊してバリウム 137m (短寿命核異性体) になり、安定な基底状態のバリウム 137に脱励起する際に、通常はガンマ線を放出します。このプロセスがセシウム 137 からのガンマ線放出のすべてを引き起こします。[ 18 ]
137Csは中性子捕獲率が非常に低く、中性子ビームコリメーションの進歩（磁場では実現できない）によって、この低い捕獲率を相殺し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までは、この方法で処分することは現実的ではありません。このコリメーションは、ミューオン触媒核融合実験（他の形態の加速器核変換では実現できない）でのみ利用可能です。したがって、それまでは、137Csは単に崩壊させるしかありません。
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すべては、もともと中性子が過剰な核分裂生成物がベータ崩壊を起こし、ヨウ素の同位体、そしてキセノンの同位体を経て生成されます。これらの元素は揮発性があり、核燃料や空気中を拡散するため、セシウム（そしてその高原子番号の崩壊生成物）は、核分裂が起こった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。
セシウム以外の娘核種