Isótopos del cesio

El cesio ( _55Cs ) tiene 41 isótopos conocidos , con números másicos que van desde 112 hasta 152. Solo un isótopo, el ^{133Cs , es estable. Los} radioisótopos de mayor duración son ^{el 135Cs} , con una vida media de 1,33 millones de años, y ^{el 137Cs.}El isótopo ^¹³⁴Cs tiene una vida media de 30,04 años, yel ¹³⁴Cs, una vida media de 2,0650 años. Todos los demás isótopos tienen vidas medias inferiores a dos semanas, la mayoría menos de una hora.

El cesio es un producto de fisión abundante (el 135 y el 137 se producen directamente) y varios isótopos son motivo de preocupación como tal; véanse las secciones siguientes.

A partir de 1945, con el inicio de las pruebas nucleares , se liberaron radioisótopos de cesio a la atmósfera , donde este elemento se disuelve fácilmente y regresa a la superficie terrestre como componente de la lluvia radiactiva . Una vez que el cesio llega a las aguas subterráneas, se deposita en la superficie del suelo y se elimina del paisaje principalmente mediante el transporte de partículas. Por consiguiente, la cantidad de estos isótopos presentes puede estimarse en función del tiempo.

El cesio-131 se desintegra exclusivamente por captura electrónica al estado fundamental del xenón-131 estable , con una vida media de 9,69 días; su radiación detectable son los rayos X del xenón, con una energía máxima de 34,5 keV. Fue introducido en 2004 para braquiterapia por Isoray . ^{[ 11 ]}

El cesio-133 es el único isótopo estable del cesio. La unidad básica de tiempo del SI, el segundo , se define mediante una transición específica del cesio-133 . Desde 1967, la definición oficial de un segundo es:

El segundo, símbolo s, se define tomando el valor numérico fijo de la frecuencia del cesio, Δ ν _Cs , la frecuencia de transición hiperfina del estado fundamental no perturbada del átomo de cesio-133, ^{[ 12 ]} para ser9 192 631 770 Hz , que es igual a s ⁻¹ .

El cesio-134 tiene una vida media de 2,0650 años. Se produce tanto directamente (con un rendimiento muy bajo, ya que ^{el 134Xe} es estable) como producto de fisión , como mediante la captura de neutrones del 133Cs no radiactivo ⁽ sección transversal de captura de neutrones de 29 barns ), que es un producto de fisión común. No se produce en armas nucleares porque el ^133Cs se crea por desintegración beta de los productos de fisión originales mucho después de que haya terminado la explosión nuclear.

El rendimiento combinado de ^133Cs y ^134Cs es del 6,7896%. La proporción entre ambos variará con la irradiación continua de neutrones. El ^{134Cs también captura neutrones con una sección transversal de 140 barns, convirtiéndose en 135Cs} , un isótopo radiactivo de larga vida .

El cesio-134 sufre desintegración beta (β ^{− ), produciendo 134} Ba estable después de emitir en promedio 2,23 fotones de rayos gamma (energía media 0,698 MeV ). ^{[ 13 ]}

El cesio-135 es un isótopo ligeramente radiactivo del cesio con una vida media de 1,33  millones de años. Se desintegra mediante la emisión de una partícula beta de baja energía en el isótopo estable bario-135. El cesio-135 es uno de los siete productos de fisión de larga vida y el único alcalino. En la mayoría de los tipos de reprocesamiento nuclear , permanece con los productos de fisión de vida media (incluido ^{el 137) .}Cs que solo se puede separar de ¹³⁵Cs mediante separación isotópica ) en lugar de con otros productos de fisión de larga vida. Como excepción, los reactores de sales fundidas crean ¹³⁵Cs como una corriente completamente separada fuera del combustible (después de la desintegración de burbujas separadas ¹³⁵Xe ). La baja energía de desintegración , la falta de radiación gamma y la larga vida media del ¹³⁵ Cs hacen que este isótopo sea mucho menos peligroso que ^{el 137} Cs o ^{el 134} Cs.

Su precursor, el ^135Xe , tiene un alto rendimiento de productos de fisión (por ejemplo, 6,3333% para el ^235U y los neutrones térmicos ), pero también tiene la sección transversal de captura de neutrones térmicos más alta conocida de cualquier nucleido. Debido a esto, gran parte del ^135Xe producido en los reactores térmicos actuales (hasta >90% en estado estacionario a plena potencia) ^{[ 14 ]} se convertirá en ^{136 , prácticamente estable.}Xe antes de que pueda desintegrarse en ¹³⁵Cs a pesar de la vida media relativamente corta del ¹³⁵Xe . Poco o nada ¹³⁵El xenón se destruirá por captura de neutrones tras el apagado de un reactor, o en un reactor de sales fundidas que extrae continuamente xenón de su combustible, un reactor de neutrones rápidos o un arma nuclear. El pozo de xenón es un fenómeno de absorción excesiva de neutrones a través ^{del 135}Acumulación de Xe en el reactor después de una reducción de potencia o un apagado y a menudo se controla dejando que el ¹³⁵El xenón se desintegra hasta alcanzar un nivel en el que el flujo de neutrones puede controlarse de nuevo de forma segura mediante barras de control .

Un reactor nuclear también producirá cantidades mucho menores de ¹³⁵ Cs a partir del producto de fisión no radiactivo ¹³³ Cs mediante la captura sucesiva de neutrones para formar ¹³⁴ Cs y luego ¹³⁵ Cs.

La sección transversal de captura de neutrones térmicos y la integral de resonancia del ^135Cs son 8,3 ± 0,3 y 38,1 ± 2,6 barns respectivamente. ^{[ 15 ]} La eliminación del ^135Cs mediante transmutación nuclear es difícil, debido a su baja sección transversal y a que la irradiación neutrónica del cesio de fisión de isótopos mixtos produce más ^{135Cs a partir del 133Cs} estable . Además, la intensa radiactividad a medio plazo del ^137Cs dificulta el manejo de los residuos nucleares. ^{[ 16 ]}

• Hoja informativa de ANL

El cesio-136 tiene una vida media de 13,01 días. Se produce tanto directamente (con un rendimiento muy bajo porque ^{el 136} Xe es beta estable ) como producto de fisión y mediante captura de neutrones del ¹³⁵ Cs de larga vida , aunque debido a la menor sección transversal (ver arriba) y a su corta vida media, es mucho menos abundante en el combustible gastado y desaparece rápidamente. Tampoco se produce en armas nucleares porque ^{el 135} Cs se crea por desintegración beta de los productos de fisión originales solo mucho después de que haya terminado la explosión nuclear. El cesio-136 sufre desintegración beta ( β ⁻) a ¹³⁶ Ba.

El cesio-137, con una vida media de 30,04 años, es uno de los dos principales productos de fisión de vida media , junto con el 90Sr ^, responsables de la mayor parte de la radiactividad del combustible nuclear gastado desde varios años hasta varios cientos de años después de su uso. Constituye la mayor parte de la radiactividad que aún queda del accidente de Chernóbil y es una importante preocupación para la salud en la descontaminación de terrenos cercanos a la central nuclear de Fukushima . ^{[ 17 ] El 137Cs se desintegra beta en bario-137m (un} isómero nuclear de vida corta ), que al desexcitarse a su estado fundamental estable bario-137 , generalmente emite un rayo gamma . Este proceso es responsable de toda la emisión gamma del cesio-137. ^{[ 18 ]}

^{El 137Cs} tiene una tasa de captura de neutrones muy baja y aún no se puede eliminar de esta manera de forma viable a menos que los avances en la colimación del haz de neutrones (que no se pueden lograr de otra manera con campos magnéticos), disponibles únicamente en experimentos de fusión catalizada por muones (no en otras formas de transmutación de desechos nucleares mediante aceleradores ), permitan la producción de neutrones con la intensidad suficiente para compensar y superar estas bajas tasas de captura; hasta entonces, por lo tanto, simplemente se debe permitir que el 137Cs se desintegre ^.

El ¹³⁷ Cs se ha utilizado como trazador en estudios hidrológicos, de forma análoga al uso del ³ H.

Los isótopos más pesados ​​tienen vidas medias de segundos o minutos. Casi todo el cesio producido por fisión nuclear proviene de la desintegración beta de productos de fisión originalmente más ricos en neutrones, pasando por isótopos de yodo y luego por isótopos de xenón . Debido a que estos elementos son volátiles y pueden difundirse a través del combustible nuclear o el aire, el cesio (y, por lo tanto, sus productos de desintegración con mayor número atómico) a menudo se crea lejos del lugar original de la fisión.

Productos derivados distintos del cesio

• Isótopos de bario
• Isótopos del xenón
• Isótopos del yodo
• Isótopos del telurio