Цезий-55 изотоптары: тұрақсыздық, радиоактивтілік, жартылай ыдырау кезеңдері (133Cs, 135Cs, 137Cs). Ядролық сынақтардың салдарынан қоршаған ортаға таралуы.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Атомдық нөмірі 55-ке тең, бірақ массалық саны әртүрлі нуклидтер.
Nuclides with atomic number of 55 but with different mass numbers
Цезийдің (55Cs) 41 белгілі изотопы бар, олардың атомдық массалары 112-ден 152-ге дейін. Тек бір изотоп, 133Cs, тұрақты. Ең ұзақ өмір сүретін радиоизотоптар – 135Cs (жартылай ыдырау периоды 1,33 миллион жыл), 137Cs (жартылай ыдырау периоды 30,1671 жыл) және 134Cs (жартылай ыдырау периоды 2,0652 жыл). Қалған барлық изотоптардың жартылай ыдырау периоды 2 аптадан кем, көбінесе бір сағаттан да аз. 1945 жылдан бастап ядролық сынақтар жүргізілген кезде, цезий радиоизотоптары атмосфераға тарады, онда цезий оңай ерітіндіге сіңіріліп, радиоактивті жауын-шашынның құрамдас бөлігі ретінде Жер бетіне оралады. Цезий жер асты суларына енгеннен кейін топырақ бетіне шөгіп, негізінен бөлшектердің тасымалы арқылы ландшафттан алынады. Осының нәтижесінде, осы изотоптардың кіріс функциясын уақыт функциясы ретінде бағалауға болады.
Caesium (55Cs) has 41 known isotopes, the atomic masses of these isotopes range from 112 to 152. Only one isotope, 133Cs, is stable. The longest lived radioisotopes are 135Cs with a half life of 1.33 million years, Caesium 137 with a half life of 30.1671 years and 134Cs with a half life of 2.0652 years. All other isotopes have half lives less than 2 weeks, most under an hour. Beginning in 1945 with the commencement of nuclear testing, caesium radioisotopes were released into the atmosphere where caesium is absorbed readily into solution and is returned to the surface of the Earth as a component of radioactive fallout. Once caesium enters the ground water, it is deposited on soil surfaces and removed from the landscape primarily by particle transport. As a result, the input function of these isotopes can be estimated as a function of time.
Цезий-133
Цезий-133 – цезийдің жалғыз тұрақты изотопы. Халықаралық бірліктер жүйесінде (СИ) уақыттың негізгі бірлігі – секунд, ол цезий-133 атомының белгілі бір күйге өтуі арқылы анықталады. 1967 жылдан бері секундтың ресми анықтамасы:
Caesium 133 is the only stable isotope of caesium. The SI base unit of time, the second, is defined by a specific caesium 133 transition. Since 1967, the official definition of a second is:
Цезий-134
Цезий-134-тің жартылай ыдырау периоды – 2,0652 жыл. Ол тікелей (134Xe тұрақты болғандықтан өте төмен шығыммен) бөліну өнімдері ретінде де, радиоактивті емес 133Cs-тен нейтронды сіңіру арқылы да (нейтронды сіңірудің көлденең қимасы 29 барн) өндіріледі, ол – жиі кездесетін бөліну өнімдері. Цезий-134 массасы 134 болатын басқа бөліну өнімдерінің нуклидтерінің бета ыдырауы арқылы пайда болмайды, себебі бета ыдырау тұрақты 134Xe-де тоқтатылады. Ядролық қарулар арқылы да өндірілмейді, өйткені 133Cs тек ядролық жарылыс аяқталған соң бастапқы бөліну өнімдерінің бета ыдырауынан пайда болады. 133Cs және 134Cs-тің жалпы шығымы 6,7896% құрайды. Нейтронды сәулелендіру жалғасқанда екеуінің арақатынасы өзгереді. 134Cs сондай-ақ 140 барн көлденең қимасымен нейтрондарды сіңіріп, ұзақ өмір сүретін радиоактивті 135Cs-ке айналады. Цезий-134 бета ыдырауға ұшырайды (β−), тікелей 134Ba-ны шығарады және орташа есеппен 2,23 гамма-сәуле фотонын шығарады (орташа энергиясы 0,698 МэВ).
Caesium 134 has a half life of 2.0652 years. It is produced both directly (at a very small yield because 134Xe is stable) as a fission product and via neutron capture from nonradioactive 133Cs (neutron capture cross section 29 barns), which is a common fission product. Caesium 134 is not produced via beta decay of other fission product nuclides of mass 134 since beta decay stops at stable 134Xe. It is also not produced by nuclear weapons because 133Cs is created by beta decay of original fission products only long after the nuclear explosion is over. The combined yield of 133Cs and 134Cs is given as 6.7896%. The proportion between the two will change with continued neutron irradiation. 134Cs also captures neutrons with a cross section of 140 barns, becoming long lived radioactive 135Cs. Caesium 134 undergoes beta decay (β−), producing 134Ba directly and emitting on average 2.23 gamma ray photons (mean energy 0.698 MeV).
Цезий-136
Цезий-136-ның жартылай ыдырау периоды 13,16 күнге тең. Ол тікелей (136Xe бета-тұрақты болғандықтан өте төмен өнімділікпен) және ұзақ өмір сүретін 135Cs-тің нейтронды ұстауы арқылы (нейтронды ұстаудың көлденең қимасы 8,702 барн) бөліну өнімі ретінде пайда болады. Цезий-136 массасы 136 болатын басқа бөліну өнімдерінің нуклидтерінің бета-ыдырауы арқылы түзілмейді, себебі бета-ыдырау дерлік тұрақты 136Xe-де тоқталады. Ол сондай-ақ ядролық қарулар арқылы өндірілмейді, өйткені 135Cs тек ядролық жарылыс аяқталған соң бастапқы бөліну өнімдерінің бета-ыдырауынан пайда болады. 136Cs сонымен қатар 13,00 барн көлденең қимасымен нейтрондарды ұстап алып, орташа өмір сүретін радиоактивті 137Cs-ке айналады. Цезий-136 бета-ыдырауға (β−) ұшырап, тікелей 136Ba-ны құрайды.
Caesium 136 has a half life of 13.16 days. It is produced both directly (at a very small yield because 136Xe is beta stable) as a fission product and via neutron capture from long lived 135Cs (neutron capture cross section 8.702 barns), which is a common fission product. Caesium 136 is not produced via beta decay of other fission product nuclides of mass 136 since beta decay stops at almost stable 136Xe. It is also not produced by nuclear weapons because 135Cs is created by beta decay of original fission products only long after the nuclear explosion is over. 136Cs also captures neutrons with a cross section of 13.00 barns, becoming medium lived radioactive 137Cs. Caesium 136 undergoes beta decay (β−), producing 136Ba directly.
Цезий-137
Цезий-137, жартылай ыдырау периоды 30,17 жыл, 90Sr-мен бірге, пайдаланылған ядролық отынның радиоактивтілігінің көп бөлігіне бірнеше жыл салқындатудан кейін, пайдаланылғаннан кейін бірнеше жүз жылға дейін жауап беретін екі маңызды орташа ұзақтықтағы бөліну өнімі болып табылады. Ол Чернобыль апатынан қалған радиоактивтіліктің көп бөлігін құрайды және Фукусима атом электр станциясы маңындағы жерді залалсыздандыруда денсаулық үшін үлкен мәселе тудырады. 137Cs бета-ыдырау арқылы 137m барийге (қысқа өмір сүретін ядролық изомерге), содан кейін радиоактивті емес 137 барийге айналады. Цезий-137 тікелей гамма-сәулелену шығармайды, байқалатын барлық сәулелену барий-137m қызыл изотопына байланысты. 137Cs-тің нейтрондарды сіңіру деңгейі өте төмен, егер нейтрондық сәуленің бағытталуындағы жетістіктер (магниттік өрістермен басқаша қол жеткізілмейтін), тек мюондық катализделген синтез эксперименттерінен (ядролық қалдықтарды үдету арқылы түрлендірудің басқа түрлерінде емес) жеткілікті жоғары интенсивтілікте нейтрондар өндіруге мүмкіндік бермесе, оны жою мүмкін емес; сондықтан 137Cs-ке ыдырауға рұхсат ету керек. 137Cs гидрологиялық зерттеулерде 3H сияқты іздеуші ретінде қолданылған.
Caesium 137, with a half life of 30.17 years, is one of the two principal medium lived fission products, along with 90Sr, which are responsible for most of the radioactivity of spent nuclear fuel after several years of cooling, up to several hundred years after use. It constitutes most of the radioactivity still left from the Chernobyl accident and is a major health concern for decontaminating land near the Fukushima nuclear power plant. 137Cs beta decays to barium 137m (a short lived nuclear isomer) then to nonradioactive barium 137. Caesium 137 does not emit gamma radiation directly, all observed radiation is due to the daughter isotope barium 137m. 137Cs has a very low rate of neutron capture and cannot yet be feasibly disposed of in this way unless advances in neutron beam collimation (not otherwise achievable by magnetic fields), uniquely available only from within muon catalyzed fusion experiments (not in the other forms of Accelerator Transmutation of Nuclear Waste) enables production of neutrons at high enough intensity to offset and overcome these low capture rates; until then, therefore, 137Cs must simply be allowed to decay. 137Cs has been used as a tracer in hydrologic studies, analogous to the use of 3H.
Цезийдің басқа да изотоптары
Басқа изотоптардың жартылай ыдырау мерзімі бірнеше күннен секундтың үлесіне дейін. Ядролық бөлінуден түзілген цезийдің көбісі бастапқыда нейтрондары көп бөліну өнімдерінің бета-ыдырауынан пайда болады, иод изотоптарынан өтіп, содан кейін ксенон изотоптарына айналады. Бұл элементтердің ұшпалы болуы және ядролық отын немесе ауа арқылы таралу мүмкіндігі болғандықтан, цезий көбінесе бөліну болған жерден қашықта түзіледі.
The other isotopes have half lives from a few days to fractions of a second. Almost all caesium produced from nuclear fission comes from beta decay of originally more neutron rich fission products, passing through isotopes of iodine then isotopes of xenon. Because these elements are volatile and can diffuse through nuclear fuel or air, caesium is often created far from the original site of fission.