A természetes cézium (Cs) egyetlen stabil izotópból, 133Cs-ból áll (tiszta elem). Ezen kívül 39 radioaktív izotópja ismert, melyek tömegszáma a 112–151 tartományba esik. A leghosszabb életű a 135Cs (felezési ideje 2,3 millió év), a 137Cs (30,1671 év) és a 134Cs (2,0652 év). Többi izotópjának felezési ideje 2 hétnél kevesebb, többségüké az egy órát sem éri el.

1945 óta, a kísérleti nukleáris robbantások megkezdésével céziumizotópok kerültek a Föld légkörébe, ahol oldatba kerülnek és a földfelszínre a radioaktív csapadék részeként jutnak vissza. Ha a cézium bekerül a talajvízbe, akkor a talajszemcsék felületén rakódik le, és elsősorban részecsketranszport révén távozik.

Standard atomtömeg: 132,9054519(2) Ar, standard

Cézium-133 A cézium-133 a cézium egyetlen stabil, természetes körülmények között megtalálható izotópja. Atomreaktorokban is keletkezik a maghasadás során. A cézium-133 atom egyik kvantumátmenetén alapul a másodperc, az idő SI-alapegységének meghatározása.

Cézium-134 A cézium-134 felezési ideje 2,0652 év. Hasadási termékként közvetlenül is keletkezik (bár csak nagyon kis mennyiségben, mivel a 134Xe stabil) és a nem radioaktív Cs-133 neutronbefogása révén is termelődik (utóbbi neutronbefogási hatáskeresztmetszete 29 barn, és gyakori hasadási termék). Más, 134-es tömegszámú hasadási termék béta-bomlásával nem keletkezhet cézium-134, mivel a bomlási lánc a stabil 134Xe-nál megszakad. Nukleáris fegyverekben sem képződik, mivel a 133Cs az elsődleges hasadási termékek béta-bomlása révén termelődik, jóval az atomrobbanás után.

A 133Cs és 134Cs a hasadási termékeknek együttesen 6,7896%-át alkotja. A két nuklid aránya a folytonos neutronbesugárzás hatására változik. A 134Cs 140 barn hatáskeresztmetszettel fog be neutronokat, melynek során hosszú felezési idejű 135Cs-té alakul.

A cézium-134 béta-bomló (β−), közvetlenül Ba-134-gyé alakul és 1,6 MeV energiájú gamma-sugárzást bocsát ki.

Cézium-135

A cézium-135 a cézium enyhén radioaktív izotópja, felezési ideje 2,3 millió év. Kis energiájú béta-bomlással bárium-135-re bomlik. A 7 hosszú felezési idejű hasadási termék egyike, az egyetlen közülük, mely bázikus sajátosságú. A fűtőanyag újrafeldolgozása során jellemzően a Cs-137-tel és más, közepes élettartamú hasadási termékekkel együtt marad, nem a hosszú felezési idejű hasadási termékek közé kerül. A kis energiájú, gamma-sugárzás nélküli bomlása, valamint hosszú felezési ideje miatt a 135Cs jóval kevésbé veszélyes, mint a 137Cs vagy a 134Cs.

Anyanuklidja, a 135Xe nagy mennyiségben keletkező hasadvány (pl. 235U termikus neutronokkal történő hasítása során 6,3333%-ban keletkezik), mely termikus neutronokra az összes nuklid közül a legnagyobb ismert befogási hatáskeresztmetszettel rendelkezik. Emiatt a mostani termikus reaktorokban keletkező 135Xe nagy része (egyensúlyi állapotban, teljes teljesítmény esetén >90%) stabil 136Xe-tá alakul, mielőtt 135Cs-re bomlana. A reaktor leállítása után, vagy a folyékony sóolvadékos tóriumreaktorban – melynek fűtőanyagából folyamatosan pihentetőtartályba távozik a xenon és a bomlás után kondenzálódó 135Cs az üzemanyagtól és az abban keletkező 133Cs-től külön kezelhető és kezelendő –, a gyorsneutronos reaktorokban vagy nukleáris fegyverekben a 135Xe nem vagy csak kis mértékben alakul tovább neutronbefogással.

Az atomreaktorokban 135Cs a stabil Cs-133 hasadási termékből is keletkezik sorozatos neutronbefogás révén (134Cs-en keresztül), de csak jóval kisebb mennyiségben.

A 135Cs neutronbefogási hatáskeresztmetszete és rezonanciaintegrálja termikus neutronokra , illetve . A Cs-135-öt nem könnyű atommag-átalakítással ártalmatlanítani, mivel kicsi a hatáskeresztmetszete, és mert a különböző céziumizotópok keverékét tartalmazó anyag neutronbesugárzásával több Cs-135 keletkezik a jelenlévő Cs-133-ből, mint amennyi átalakul. Ezen kívül a közepesen hosszú élettartamú Cs-137 erős radioaktivitása is megnehezíti a nukleáris hulladék kezelését. Kivéve a folyékony sóolvadékos tóriumreaktorban, ahol a Cs-135 eleve a Cs-137-től eltérő helyen keletkezik.

Cézium-136 A cézium-136 felezési ideje 13,16 nap. Hasadási termékként közvetlenül is keletkezik (bár csak nagyon kis mennyiségben, mivel a 136Xe stabil) és a hosszú felezési idejű Cs-135 neutronbefogása révén is termelődik (utóbbi neutronbefogási hatáskeresztmetszete 8,702 barn, és gyakori hasadási termék). Más, 136-os tömegszámú hasadási termékek béta-bomlásával nem keletkezhet cézium-136, mivel a bomlási lánc a stabil 136Xe-nál megszakad. Nukleáris fegyverekben sem képződik, mivel a 135Cs az elsődleges hasadási termékek béta-bomlása révén termelődik, jóval az atomrobbanás után. A 136Cs 13,00 barn hatáskeresztmetszettel fog be neutronokat, melynek során közepes élettartamú radioaktív 137Cs-té alakul. Maga a cézium-136 béta-bomló (β−), közvetlenül Ba-136-tá alakul.

Cézium-137 A 30,17 év felezési idejű 137Cs az egyik legjelentősebb közepesen hosszú felezési idejű hasadási termék (a másik a 90Sr). Ez a két izotóp adja néhány száz évig a több évig pihentetett kimerült fűtőelemrudak maradék aktivitásának legnagyobb részét. A csernobili baleset után visszamaradt radioaktivitás legnagyobb része ezen izotópokból származik, és a fukusimai atomerőmű közelében is főként ezek egészségi kockázata miatt dekontaminálják a talajt.Dennis Normile, "Cooling a Hot Zone," Science, 339 (1 March 2013) pp. 1028-1029. Említésre méltó még az 1987-es brazíliai goiâniai baleset is, ahol egy sugárterápiáknál használt fémkapszulából Cézium-137 jutott ki a város egyik szegények lakta negyedének területén, amelynek következtében elbontották a környék házait és a termőtalajt is lecsupaszították a brazil katasztrófavédelem emberei. A 137Cs amellett, hogy béta-bomlással bárium-137m-mé (ez egy rövid élettartamú magizomer), majd stabil 137Ba-té alakul, erős gamma-sugárzó. A 137Cs csak nagyon kis mértékben fog be neutronokat, így ezzel a módszerrel gyakorlatilag nem lehet ártalmatlanítani, hanem hagyni kell lebomlani. A 137Cs-et – a tríciummal analóg módon – használták hidrológiai vizsgálatokban a vízfolyások izotópos nyomjelzésére.

A cézium további izotópjai A többi izotóp felezési ideje néhány nap és a másodperc töredéke közé esik. A maghasadás révén keletkező cézium csaknem teljes egészében az eredetileg neutronban gazdagabb hasadási termékek béta-bomlása révén keletkezik jód-, illetve xenonizotópokon át. Mivel az előbbi elemek illékonyak és át tudnak jutni a nukleáris fűtőanyagon vagy a levegőn, a cézium gyakran az eredeti maghasadás helyétől már távol keletkezik.

Táblázat nuklidjele Z(p) N(n)  izotóptömeg (u)  felezési idő bomlásimód(k)Rövidítések:EC: ElektronbefogásIT: Izomer átmenet leány-izotóp(ok)A stabil izotópok félkövérrel vannak kiemelve, a majdnem stabilak (melyek felezési ideje a világegyetem koránál hosszabb) félkövér dőlttel vannak jelölve magspin jellemzőizotóp-összetétel(móltört) természetesingadozás(móltört) gerjesztési energia112Cs 55 57111,95030(33)#500(100) µs p 111Xe1+# α 108I113Cs 55 58112,94449(11)16,7(7) µs p (99,97%) 112Xe5/2+# β+ (0,03%) 113Xe114Cs 55 59113,94145(33)#0,57(2) s β+ (91,09%) 114Xe(1+) β+, p (8,69%) 113I β+, α (0,19%) 110Te α (0,018%) 110I115Cs 55 60114,93591(32)#1,4(8) s β+ (99,93%) 115Xe9/2+# β+, p (0,07%) 114I116Cs 55 61115,93337(11)#0,70(4) s β+ (99,67%) 116Xe(1+) β+, p (0,279%) 115I β+, α (0,049%) 112Te 116mCs 100(60)# keV3,85(13) s β+ (99,48%) 116Xe4+,5,6 β+, p (0,51%) 115I β+, α (0,008%) 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 63117,926559(14)14(2) s β+ (99,95%) 118Xe2 β+, p (0,042%) 117I β+, α (0,0024%) 114Te 118mCs 100(60)# keV17(3) s β+ (99,95%) 118Xe(7−) β+, p (0,042%) 117I β+, α (0,0024%) 114Te119Cs 55 64118,922377(15)43,0(2) s β+ 119Xe9/2+ β+, α (2×10−6%) 115Te 119mCs 50(30)# keV 30,4(1) s β+ 119Xe 3/2(+)120Cs 55 65119,920677(11)61,2(18) s β+ 120Xe2(−#) β+, α (2%) 116Te β+, p (7%) 118I 120mCs 100(60)# keV57(6) s β+ 120Xe(7−) β+, α (2%) 116Te β+, p (7%) 118I 121Cs 55 66 120,917229(15) 155(4) s β+ 121Xe 3/2(+) 121mCs 68,5(3) keV122(3) s β+ (83%) 121Xe9/2(+) IT (17%) 121Cs122Cs 55 67121,91611(3)21,18(19) s β+ 122Xe1+ β+, α (2%) 118Te 122m1Cs 45,8 keV >1 µs (3)+ 122m2Cs 140(30) keV 3,70(11) perc β+ 122Xe 8− 122m3Cs 127,0(5) keV 360(20) ms (5)− 123Cs 55 68 122,912996(13) 5,88(3) perc 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) perc β+ 125Xe 1/2(+) 125mCs 266,6(11) keV 900(30) ms (11/2−) 126Cs 55 71 125,909452(13) 1,64(2) perc 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) óra β+ 127Xe 1/2+ 127mCs 452,23(21) keV 55(3) µs (11/2)− 128Cs 55 73 127,907749(6) 3,640(14) perc β+ 128Xe 1+ 129Cs 55 74 128,906064(5) 32,06(6) óra β+ 129Xe 1/2+130Cs 55 75129,906709(9)29,21(4) perc β+ (98,4%) 130Xe1+ β− (1,6%) 130Ba 130mCs 163,25(11) keV3,46(6) perc IT (99,83%) 130Cs5− β+ (0,16%) 130Xe 131Cs 55 76 130,905464(5) 9,689(16) nap EC 131Xe 5/2+132Cs 55 77131,9064343(20)6,480(6) nap β+ (98,13%) 132Xe2+ β− (1,87%) 132Ba 133CsA másodperc meghatározására használjákHasadási termék 55 78 132,905451933(24)StabilFeltehetően spontán hasadásra képes 7/2+ 1,0000134Cs 55 79133,906718475(28)2,0652(4) év β− 134Ba4+ EC (3%) 134Xe 134mCs 138,7441(26) keV 2,912(2) óra IT 134Cs 8− 135Cs 55 80 134,9059770(11) 2,3 év β− 135Ba 7/2+ 135mCs 1632,9(15) keV 53(2) perc IT 135Cs 19/2− 136Cs 55 81 135,9073116(20) 13,16(3) nap β− 136Ba 5+ 136mCs 518(5) keV19(2) s β− 136Ba8− IT 136Cs137Cs 55 82136,9070895(5)30,1671(13) év β− (95%) 137mBa7/2+ β− (5%) 137Ba 138Cs 55 83 137,911017(10) 33,41(18) perc β− 138Ba 3− 138mCs 79,9(3) keV2,91(8) perc IT (81%) 138Cs6− β− (19%) 138Ba 139Cs 55 84 138,913364(3) 9,27(5) perc β− 139Ba 7/2+ 140Cs 55 85 139,917282(9) 63,7(3) s β− 140Ba 1−141Cs 55 86140,920046(11)24,84(16) s β− (99,96%) 141Ba7/2+ β−, n (0,0349%) 140Ba142Cs 55 87141,924299(11)1,689(11) s β− (99,9%) 142Ba0− β−, n (0,091%) 141Ba143Cs 55 88142,927352(25)1,791(7) s β− (98,38%) 143Ba3/2+ β−, n (1,62%) 142Ba144Cs 55 89143,932077(28)994(4) ms β− (96,8%) 144Ba1(−#) β−, n (3,2%) 143Ba 144mCs 300(200)# keV<1 s β− 144Ba(>3) IT 144Cs145Cs 55 90144,935526(12)582(6) ms β− (85,7%) 145Ba3/2+ β−, n (14,3%) 144Ba146Cs 55 91145,94029(8)0,321(2) s β− (85,8%) 146Ba1− β−, n (14,2%) 145Ba147Cs 55 92146,94416(6)0,235(3) s β− (71,5%) 147Ba(3/2+) β−, n (28,49%) 147Ba148Cs 55 93147,94922(62)146(6) ms β− (74,9%) 148Ba β−, n (25,1%) 147Ba149Cs 55 94148,95293(21)#150# ms [>50 ms] β− 149Ba3/2+# β−, n 148Ba150Cs 55 95149,95817(32)#100# ms [>50 ms] β− 150Ba β−, n 149Ba151Cs 55 96150,96219(54)#60# ms [>50 ms] β− 151Ba3/2+# β−, n 150Ba

Megjegyzések A # jel a nem kizárólag kísérletekből, hanem részben szisztematikus trendekből származó értéket jelöl. A nem kellő megalapozottsággal asszignált spinek zárójelben szerepelnek. A bizonytalanságokat rövid formában – a megfelelő utolsó számjegy után zárójelben – adjuk meg. A bizonytalanság értéke egy standard deviációnak felel meg, kivéve, ahol az izotóp-összetételt és standard atomtömeget a IUPAC nagyobb bizonytalansággal adja csak meg.

Jegyzetek

Fordítás

Források Izotóptömegek:

Izotóp-összetétel és standard atomtömegek:

A felezési időkre, a spinekre és az izomer adatokra vonatkozó információk az alábbi forrásokból származnak:

Cezium