放射性セシウムとは？わかりやすく解説

セシウム (Cs) は、少なくとも41種類の同位体を持つ。原子量は112から152に分布する。

¹³³Cs は唯一天然に生成し、また唯一の安定同位体である。ウランの核分裂生成物のひとつで、¹³³Xe のベータ崩壊でも生成される。
¹³⁴Cs は半減期が2年で、¹³³Csの中性子捕獲によって作られる。
¹³⁵Cs は半減期が230万年で、7つある長寿命核分裂生成物の1つである。多くの原子炉では、前駆体の¹³⁵Xeが極めて強い核毒物であるため生成が抑えられるか、または¹³⁵Csに崩壊する前に安定な¹³⁶Xeに変換される。
¹³⁷Csは半減期が30.17年で、⁹⁰Srとともに2つの主要な中寿命核分裂生成物の1つである。使用後数百年間の使用済み核燃料中の放射能の大部分を占める。また、チェルノブイリ原子力発電所事故から放出された放射性物質の大部分であった。¹³⁷Cs は短寿命の核異性体である ^137mBa にベータ崩壊し、短寿命の核異性体である ^137mBa は、すぐに非放射性の ¹³⁷Ba にガンマ崩壊する。¹³⁷Cs は中性子捕獲はめったに行わない。¹³⁷Cs はトリチウムの代わりに、水文学の実験のトレーサーとして使われることがある。¹³⁷Cs は塩化セシウムの形で放射線治療の放射線源として用いられる。
その他の同位体は数日から1秒程度の半減期を持つ。

核分裂により生成するほぼ全てのセシウムは、より中性子の多い原子から、ヨウ素の同位体かキセノンの同位体を経由して、ベータ崩壊により生成される。これらの元素は揮発性で核燃料中や大気中に分散するので、セシウムはしばしば遠く離れた場所でも観測される。

核実験が始まった1945年初頭から、セシウムの同位体は大気中に放出され、液体に溶けたり、放射性降下物として湖底や地層に積もったりするようになった。この地層中に堆積したセシウムなどを検出し堆積速度の^[1]計算に用いられることがある。

標準原子量は132.9054519(2) uである。

分析方法

放射性 Cs をリンモリブデン酸アンモニウムに吸着させイオン交換樹脂法により分離精製する。その後、ヘキサクロロ白金酸セシウムを生成させ、その放射能を高精度なβ線測定装置で測定する^[2]。

一覧

核種	Z(p)	N(n)	原子量 (u)	半減期	崩壊モード ^[3]^{[n 1]}	娘核種 ^{[n 2]}	スピン	天然存在比 (モル分率)
核種	励起エネルギー			半減期	崩壊モード ^[3]^{[n 1]}	娘核種 ^{[n 2]}	スピン	天然存在比 (モル分率)
¹¹²Cs	55	57	111.95030(33)#	500(100) µs	p	¹¹¹Xe	1+#
¹¹²Cs	55	57	111.95030(33)#	500(100) µs	α	¹⁰⁸I	1+#
¹¹³Cs	55	58	112.94449(11)	16.7(7) µs	p (99.97%)	¹¹²Xe	5/2+#
¹¹³Cs	55	58	112.94449(11)	16.7(7) µs	β⁺ (.03%)	¹¹³Xe	5/2+#
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+#
¹¹⁵Cs	55	60	114.93591(32)#	1.4(8) s	β⁺, p (.07%)	¹¹⁴I	9/2+#
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+
¹¹⁹Cs	55	64	118.922377(15)	43.0(2) s	β⁺, α (2×10^-6%)	¹¹⁵Te	9/2+
^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(+)
^121mCs	68.5(3) keV			122(3) s	IT (17%)	¹²¹Cs	9/2(+)
¹²²Cs	55	67	121.91611(3)	21.18(19) s	β⁺	¹²²Xe	1+
¹²²Cs	55	67	121.91611(3)	21.18(19) s	β⁺, α (2×10^-7%)	¹¹⁸Te	1+
^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+
¹³⁰Cs	55	75	129.906709(9)	29.21(4) min	β^- (1.6%)	¹³⁰Ba	1+
^130mCs	163.25(11) keV			3.46(6) min	IT (99.83%)	¹³⁰Cs	5-
^130mCs	163.25(11) keV			3.46(6) min	β⁺ (.16%)	¹³⁰Xe	5-
¹³¹Cs	55	76	130.905464(5)	9.689(16) d	EC	¹³¹Xe	5/2+
¹³²Cs	55	77	131.9064343(20)	6.480(6) d	β⁺ (98.13%)	¹³²Xe	2+
¹³²Cs	55	77	131.9064343(20)	6.480(6) d	β^- (1.87%)	¹³²Ba	2+
¹³³Cs^{[n 3]}	55	78	132.905451933(24)	Stable			7/2+	1.0000
¹³⁴Cs^{[n 3]}	55	79	133.906718475(28)	2.0652(4) y	β^-	¹³⁴Ba	4+
¹³⁴Cs^{[n 3]}	55	79	133.906718475(28)	2.0652(4) y	EC (3×10^-4%)	¹³⁴Xe	4+
^134mCs	138.7441(26) keV			2.912(2) h	IT	¹³⁴Cs	8-
¹³⁵Cs^{[n 3]}	55	80	134.9059770(11)	1.33×10⁶ y^[4]	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-
^136mCs	518(5) keV			19(2) s	IT	¹³⁶Cs	8-
¹³⁷Cs^{[n 3]}	55	82	136.9070895(5)	30.1671(13) y	β^- (95%)	^137mBa	7/2+
¹³⁷Cs^{[n 3]}	55	82	136.9070895(5)	30.1671(13) y	β^- (5%)	¹³⁷Ba	7/2+
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-
^138mCs	79.9(3) keV			2.91(8) min	β^- (19%)	¹³⁸Ba	6-
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+
¹⁴¹Cs	55	86	140.920046(11)	24.84(16) s	β^-, n (.0349%)	¹⁴⁰Ba	7/2+
¹⁴²Cs	55	87	141.924299(11)	1.689(11) s	β^- (99.9%)	¹⁴²Ba	0-
¹⁴²Cs	55	87	141.924299(11)	1.689(11) s	β^-, n (.091%)	¹⁴¹Ba	0-
¹⁴³Cs	55	88	142.927352(25)	1.791(7) s	β^- (98.38%)	¹⁴³Ba	3/2+
¹⁴³Cs	55	88	142.927352(25)	1.791(7) s	β^-, n (1.62%)	¹⁴²Ba	3/2+
¹⁴⁴Cs	55	89	143.932077(28)	994(4) ms	β^- (96.8%)	¹⁴⁴Ba	1(-#)
¹⁴⁴Cs	55	89	143.932077(28)	994(4) ms	β^-, n (3.2%)	¹⁴³Ba	1(-#)
^144mCs	300(200)# keV			<1 s	β^-	¹⁴⁴Ba	(>3)
^144mCs	300(200)# keV			<1 s	IT	¹⁴⁴Cs	(>3)
¹⁴⁵Cs	55	90	144.935526(12)	582(6) ms	β^- (85.7%)	¹⁴⁵Ba	3/2+
¹⁴⁵Cs	55	90	144.935526(12)	582(6) ms	β^-, n (14.3%)	¹⁴⁴Ba	3/2+
¹⁴⁶Cs	55	91	145.94029(8)	0.321(2) s	β^- (85.8%)	¹⁴⁶Ba	1-
¹⁴⁶Cs	55	91	145.94029(8)	0.321(2) s	β^-, n (14.2%)	¹⁴⁵Ba	1-
¹⁴⁷Cs	55	92	146.94416(6)	0.235(3) s	β^- (71.5%)	¹⁴⁷Ba	(3/2+)
¹⁴⁷Cs	55	92	146.94416(6)	0.235(3) s	β^-, n (28.49%)	¹⁴⁷Ba	(3/2+)
¹⁴⁸Cs	55	93	147.94922(62)	146(6) ms	β^- (74.9%)	¹⁴⁸Ba
¹⁴⁸Cs	55	93	147.94922(62)	146(6) ms	β^-, n (25.1%)	¹⁴⁷Ba
¹⁴⁹Cs	55	94	148.95293(21)#	150# ms [>50 ms]	β^-	¹⁴⁹Ba	3/2+#
¹⁴⁹Cs	55	94	148.95293(21)#	150# ms [>50 ms]	β^-, n	¹⁴⁸Ba	3/2+#
¹⁵⁰Cs	55	95	149.95817(32)#	100# ms [>50 ms]	β^-	¹⁵⁰Ba
¹⁵⁰Cs	55	95	149.95817(32)#	100# ms [>50 ms]	β^-, n	¹⁴⁹Ba
¹⁵¹Cs	55	96	150.96219(54)#	60# ms [>50 ms]	β^-	¹⁵¹Ba	3/2+#
¹⁵¹Cs	55	96	150.96219(54)#	60# ms [>50 ms]	β^-, n	¹⁵⁰Ba	3/2+#

^ EC:電子捕獲 IT:核異性体転移
^ 太字は安定同位体、太字斜体は宇宙の年齢より長い半減期を持つ、ほぼ安定な同位体。
^ ^a ^b ^c ^d 核分裂生成物

脚注

^ 210Pb, 137Cs 法による長野県諏訪湖底質の堆積速度の見積り (PDF)
^ 放射性セシウム分析法 (PDF)
^ http://www.nucleonica.net/unc.aspx
^ Audi, G.; Kondev, F. G.; Wang, Meng; Huang, W.J.; Naimi, S. (2017-03). “The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties”. Chinese Physics C 41 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001. ISSN 1674-1137.

参考文献

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). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005).
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, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (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.

[4] EC:電子捕獲 IT:核異性体転移

[5] 太字は安定同位体、太字斜体は宇宙の年齢より長い半減期を持つ、ほぼ安定な同位体。

[FP-6] 核分裂生成物

[1] 210Pb, 137Cs 法による長野県諏訪湖底質の堆積速度の見積り (PDF)

[2] 放射性セシウム分析法 (PDF)

[3] ttp://www.nucleonica.net/unc.aspx

[7] Audi, G.; Kondev, F. G.; Wang, Meng; Huang, W.J.; Naimi, S. (2017-03). “The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties”. Chinese Physics C 41 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001. ISSN 1674-1137.

[1]

[2]

[3]

[n 1]

[n 2]

[n 3]

[4]


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