セシウムの同位体

セシウム（₅₅ Cs）には41の同位体が知られており、これらの同位体の原子質量は112から152の範囲です。安定しているのは¹³³ Csの1つだけです。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
半減期は 30.1671 年、¹³⁴ Cs は 2.0652 年です。他のすべて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。

1945 年に核実験が開始されて以来、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、放射性降下物の成分として地表に戻されます。地下水に入ると、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は時間の関数として推定できます。

2004年にIsoray社によって密封小線源治療用に導入されたセシウム131 ^[7 ]は、半減期が9.7日でエネルギーが30.4keVで ある。

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 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^[8]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の半減期は 2.0652 年です。これは、核分裂生成物として直接生成される場合 ( ¹³⁴ Xe は安定しているため、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¹³³ Cs (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。セシウム 134 は、ベータ崩壊が安定した¹³⁴ Xeで停止するため、質量 134 の他の核分裂生成物核種のベータ崩壊によって生成されることはありません。また、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もありません。

¹³³ Cs と¹³⁴ Csの合計収率は 6.7896% です。この 2 つの割合は、中性子照射が続くと変化します。134 Cs^{も断面積 140 バーンの中性子を捕獲し、長寿命の放射性135} Csになります。

セシウム134はベータ崩壊（β− ^）を起こし、直接¹³⁴ Baを生成し、平均2.23個のガンマ線光子（平均エネルギー0.698 MeV）を放出する。^[9]

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、安定同位体のバリウム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。ほとんどのタイプの核再処理では、中寿命核分裂生成物（¹³⁷
Csは、¹³⁵
同位体分離によるセシウムの分離）は、他の長寿命核分裂生成物とは区別される。ただし、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生成される（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、ガンマ線を発せず、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。

その前駆物質である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% ）を持ちますが、また、あらゆる核種の中で最も高い熱中性子捕獲断面積も持っています。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）^[10]は、極めて長寿命（半減期は10 ²¹年程度）の核種に変換されます。¹³⁶
Xe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¹³⁵
キセノンは、原子炉の停止後、また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、または核兵器で中性子捕獲によって破壊されます。キセノンピットは、¹³⁵
出力低下や停止後に原子炉内に蓄積するXeは、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 から中性子を連続的に捕獲して¹³⁴ Cs、さらに^{135 Cs を生成することで、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と38.1 ± 2.6バーンである。 ^{[11] 135} Csの核変換による処分は、断面積が低いことと、混合同位体核分裂セシウムの中性子照射により安定した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の中期放射能が強いため、核廃棄物の取り扱いが困難である。^[12]

• ANL ファクトシート

セシウム 136 の半減期は 13.16 日です。これは、核分裂生成物として直接生成される場合 ( ¹³⁶ Xe はベータ安定であるため、生成量は非常に少ない) と、一般的な核分裂生成物である長寿命の¹³⁵ Cs (中性子捕獲断面積 8.702 バーン) からの中性子捕獲によって生成されます。セシウム 136 は、ベータ崩壊がほぼ安定した^{136 Xe で停止するため、質量 136 の他の核分裂生成物核種のベータ崩壊によっては生成されません。また、 135} 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もありません^。136 Cs も断面積 13.00 バーンの中性子を捕獲し、中寿命の放射性¹³⁷ Cs になります。セシウム136はベータ崩壊（β−）を起こし、直接¹³⁶ Baを生成します。

半減期が30.17年のセシウム137は、⁹⁰ Srとともに、使用済み核燃料の数年間の冷却後、使用済み核燃料の放射能の大部分を占める2つの主要な中半減期核分裂生成物の1つであり、使用後数百年まで続く。チェルノブイリ事故でまだ残っている放射能の大部分を構成しており、福島原子力発電所付近の土地の除染における大きな健康上の懸念となっている。 ^{[13] 137} Csはベータ崩壊してバリウム137m（短寿命の核異性体）になり、さらに非放射性のバリウム137になる。セシウム137はガンマ線を直接放出せず、観測される放射線はすべて娘同位体バリウム137mによるものである。

¹³⁷ Cs は中性子捕獲率が非常に低く、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）でのみ独自に実現可能な中性子ビームのコリメーションの進歩によって、これら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場合を除き、この方法ではまだ現実的に処分することができません。したがって、それまでは¹³⁷ Cs は単に崩壊させるしかありません。

^{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。

その他の同位体の半減期は数日から数分の一秒です。核分裂で生成されるセシウムのほとんどは、もともと中性子が豊富な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、次に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あり、核燃料や空気を通して拡散するため、セシウムは核分裂の元の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。

• 同位体質量:
  • アウディ、ジョルジュ。ベルシヨン、オリヴィエ。ジャン・ブラショー。Wapstra、Aaldert Hendrik (2003)、「核および崩壊特性の NUBASE 評価」、核物理学 A、729 : 3–128、Bibcode :2003NuPhA.729....3A、doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11。 001
• 半減期、スピン、異性体データは、以下のソースから選択されています。
  • アウディ、ジョルジュ。ベルシヨン、オリヴィエ。ジャン・ブラショー。Wapstra、Aaldert Hendrik (2003)、「核および崩壊特性の NUBASE 評価」、核物理学 A、729 : 3–128、Bibcode :2003NuPhA.729....3A、doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11。 001
  • 国立核データセンター。「NuDat 2.x データベース」。ブルックヘブン国立研究所。
  • ホールデン、ノーマン E. (2004)。「11. 同位体の表」。ライド、デビッド R. (編)。CRC化学および物理学ハンドブック(第 85 版)。フロリダ州ボカラトン: CRC プレス。ISBN 978-0-8493-0485-9。