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銫的同位素

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主要的銫同位素
同位素 衰變
豐度 半衰期 (t1/2) 方式 能量
（MeV） 		產物
131Cs 人造 9.689 天 ε 0.358 131Xe
133Cs 100% 穩定，帶78粒中子
134Cs 人造 2.0650 年 ε 1.235 134Xe
β− 2.059 134Ba
135Cs 痕量 1.33×106 年[1][2] β− 0.269 135Ba
137Cs 人造 30.04 年 β− 0.514 137mBa
β− 1.176 137Ba
標準原子質量（英語：Standard atomic weight） (Ar, 標準)
  • 132.90545196(6)[3]
←Xe（54） Ba（56）→

銫（原子量：132.90545196(6)）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]

環境中的銫同位素

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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

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主條目：銫
儲存於氬氣中的高純度銫-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爐中的核分裂產生。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

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主條目：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。銫是核分裂反應的產物。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

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符號 Z N 同位素質量（u）
[n 1][n 2] 		半衰期
[n 1][n 2] 		衰變
方式[22] 		衰變
產物
[n 3][n 4] 		原子核
自旋[n 1]
 相對豐度
（莫耳分率）
激發能量[n 1][n 2]
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 5][n 6] 55 78 132.905451933(24) 穩定 7/2 1.0000
134Cs[n 6] 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 6] 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 6] 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
  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明，僅為理論推測。
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 用括號括起來的數據代表不確定性。
  3. ^ 穩定的衰變產物以粗體表示。
  4. ^ 半衰期超過5億年的衰變產物以粗斜體表示。
  5. ^ 用於定義秒
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 裂變產物


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參考文獻

[編輯]
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