Anexo:Isótopos de cesio

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El cesio (55Cs) tiene 40 isótopos conocidos, haciéndole, junto con el bario y el mercurio, el elemento con mayor cantidad de isótopos.[1]​ Las masas atómicas de estos isótopos oscilan entre 112 y 151. Sólo un isótopo, 133Cs, es estable. Los radioisótopos más larga vida son 135C con un periodo de semidesintegración de 2,3 millones de años, 137Cs con un periodo de semidesintegración de 30,1671 años y 134Cs con un periodo de semidesintegración de 2,0652 años. Todos los demás isótopos tienen periodos de semidesintegración menores de 2 semanas, la mayoría de menos de una hora.

A partir de 1945 con el comienzo de las pruebas nucleares, isótopos de cesio fueron liberados a la atmósfera donde son devueltas a la superficie de la tierra como un componente de las precipitaciones radioactivas. Una vez que el cesio entra en el agua subterránea, se deposita en la superficie del suelo y se retira por el transporte de partículas. Como resultado, la función de entrada de estos isótopos se puede estimar como una función del tiempo.

Cesio 133[editar]

El 133Cs es el único isótopo estable de cesio. Se utiliza para definir el segundo al poseer una transición cuántica específica.

Cesio 134[editar]

El 134Cs tiene un periodo de semidesintegración de 2,0652 años. Se produce tanto directamente (con un rendimiento muy pequeño, ya que 134Xe es estable) como un producto de fisión y por captura neutrónica a partir de 133Cs. El sup>134Cs no se produce mediante la desintegración beta de otros nucleidos de masa 134 puesto que la desintegración beta se detiene en el isótopo estable 134Xe. Tampoco es producido por armas nucleares porque 133Cs es creado por la desintegración beta de los productos originales de fisión sólo mucho después de que la explosión nuclear haya terminado.

El rendimiento combinado de 133Cs y 134Cs da como 6,7896%. La proporción entre los dos cambiará con la irradiación continua de neutrones. 134Cs también captura neutrones con una sección transversal de 140 barns, convirtiéndose en el isótopo radioactivo 135Cs.

134Cs sufre desintegración beta (β-), produciendo 134Ba emitiendo en promedio 2,23 fotones de rayos gamma (energía media 0,698 MeV).[2]

Cesio 135[editar]

135Cs es un isótopo ligeramente radioactivo de cesio, sometido a la desintegración beta de 134Ba con un periodo de semidesintegración de 2,3 millones de años. Es uno de los 7 productos de fisión de larga vida y el único alcalino. En el reprocesamiento nuclear, se mantiene con 137Cs y otros productos de fisión de vida media. La baja energía de desintegración, la falta de radiación gamma y el largo periodo de semidesintegración de 135Cshacen que este isótopo sea mucho menos peligroso que 137Cs o 134Cs.

Su precursor 135Xe no solo tiene un alto rendimiento como producto de fisión (por ejemplo, 6,3333% para 235U y neutrones térmicos), sino también tiene la sección transversal de captura de neutrones térmicos más alta conocida en cualquier nucleido. Debido a esto, gran parte de los 135Xe producidos en los reactores térmicos actuales[3]​ se convertirá al isótopo estable 136Xe antes de que pueda decaer a 135Cs. Poco o ningún 135Xe será destruido por la captura neutrónica después de detener al reactor, o en un reactor de sal fundida que elimina continuamente el xenón de su combustible.

Un reactor nuclear también producirá cantidades mucho menores de 135Cs desde el producto de fisión no radiactivo 133Cs por captura neutrónica sucesiva a partir de 134Cs y a continuación 135Cs.

La sección transversal de captura de neutrones térmicos y la integral de resonancia de 135Cs son 8.3 ± 0.3 y 38.1 ± 2.6 barns respectivamente.[4]​ La eliminación de 135Cs por transmutación nuclear es difícil debido a la baja sección transversal, así como porque la irradiación con neutrones de cesio produce más 135Cs a partir de 133Cs. Además, la intensa radioactividad de 137Cs dificulta la manipulación de residuos nucleares.[5]

Cesio 136[editar]

El 136Cs tiene un periodo de semidesintegración de 13,16 días. Se produce tanto directamente (con un rendimiento muy pequeño, ya que 136Xe es estable) como un producto de fisión y por captura neutrónica a partir de 135Cs (sección de captura neutrónica 8,702 barns), que es un producto de fisión común. El 136Cs no se produce mediante la desintegración beta de otros nucleidos con masa 136, puesto que la desintegración beta se detiene en el isótopo estable 136Xe. También no es producido por las armas nucleares porque 135Cs es creado por la desintegración beta de los productos originales de fisión mucho después de que la explosión nuclear ha terminado. 136Cs también captura neutrones con una sección transversal de 13.00 barns, convirtiéndose en el isótopo radioactivo 137Cs. El 136Cs experimenta una desintegración beta (β-), produciendo directamente 136Ba.

Cesio 137[editar]

137Cs con un periodo de semidesintegración de 30,17 años es uno de los dos principales productos de fisión, junto con 90Sr, que son responsables de la mayor parte de la radioactividad del combustible nuclear gastado después de varios años de enfriamiento, hasta varios cientos de años después del uso. Constituye la mayor parte de la radioactividad que aún queda del accidente de Chernobyl y es un importante problema de salud para la descontaminación de las tierras cerca de la central nuclear de Fukushima[6]​. 137Cs se descompone en 137mCsBa (un isómero nuclear de corta vida) y luego en el isótopo no radioactivo 137Ba, que es también un emisor fuerte de radiación gamma. 137Cs tiene una tasa muy baja de captura neutrónica y no puede ser eliminado de manera factible mediante esa manera, se debe permitir que se descomponga. 137Cs se ha utilizado como trazador en estudios hidrológicos, análogo al uso de 3H.

Otros isótopos de cesio[editar]

Los otros isótopos tienen periodos de semidesintegración que van desde unos días a fracciones de segundo. Casi todo el cesio producido a partir de la 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 de combustible nuclear o aire, el cesio se crea a menudo lejos del sitio original de la fisión.


Tabla de isótopos[editar]

Símbolo
del nucleido
Z(p) N(n)  
Masa isotópica (u)
 
Vida media Método(s) de
decaimiento [7][n 1]
Isótopo(s)
hijo(s)[n 2]
Espín
nuclear
Composición
isotópica
representativa
(fracción molar)
Rango de variación
natural
(fracción molar)
Energía de excitación
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(+)
TI (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 TI 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 TI 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 TI (99.83%) 130Cs 5−
β+ (.16%) 130Xe
131Cs 55 76 130.905464(5) 9.689(16) d CE 131Xe 5/2+
132Cs 55 77 131.9064343(20) 6.480(6) d β+ (98.13%) 132Xe 2+
β (1.87%) 132Ba
133Cs[n 3][n 4] 55 78 132.905451933(24) Estable[n 5] 7/2+ 1.0000
134Cs[n 4] 55 79 133.906718475(28) 2.0652(4) y β 134Ba 4+
CE (3×10−4%) 134Xe
134mCs 138.7441(26) keV 2.912(2) h TI 134Cs 8−
135Cs[n 4] 55 80 134.9059770(11) 2.3 x106 y β 135Ba 7/2+
135mCs 1632.9(15) keV 53(2) min TI 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−
TI 136Cs
137Cs[n 4] 55 82 136.9070895(5) 30.1671(13) y 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 TI (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)
TI 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. Abreviaciones:
    CE: Captura electrónica
    TI: Transición isomérica
  2. Negrilla para los isótopos estables, negrilla y cursiva para isótopos con vidas medias mayores a la edad del universo
  3. Usado para definir el segundo
  4. a b c d Productos de la fisión nuclear
  5. Se cree que puede realizar fisión espontánea

Notas[editar]

  • Los valores marcados con # no se derivan puramente de los datos experimentales, sino de las tendencias sistemáticas. Los espines de asignación débiles se incluyen entre paréntesis.
  • Las incertidumbres se dan en forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos. Los valores de incertidumbre indican una desviación estándar, excepto la composición isotópica y el peso atómico atómico estándar del IUPAC, que utilizan incertidumbres expandidas.

Referencias[editar]

  1. «Isotopes». Ptable. 
  2. «Characteristics of Caesium-134 and Caesium-137». Japan Atomic Energy Agency. 
  3. John L. Groh (2004). «Supplement to Chapter 11 of Reactor Physics Fundamentals». CANTEACH project. Consultado el 14 de mayo de 2011. 
  4. Hatsukawa, Y.; Shinohara, N; Hata, K. (1999). «Thermal neutron cross section and resonance integral of the reaction of135Cs(n,γ)136Cs: Fundamental data for the transmutation of nuclear waste». Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 239 (3): 455-458. doi:10.1007/BF02349050. 
  5. Ohki, Shigeo; Takaki, Naoyuki (2002). «Transmutation of Cesium-135 With Fast Reactors». Proceedings of The Seventh Information Exchange Meeting on Actinide and Fission Product Partitioning & Transmutation, Cheju, Korea. 
  6. Dennis Normile (1 de marzo de 2013). «Cooling a Hot Zone». Science 339: 1028-1029. doi:10.1126/science.339.6123.1028. 
  7. «Universal Nuclide Chart». nucleonica. (requiere registro). 
Elemento más liviano Elemento actual Elemento más pesado
Isótopos de xenón Isótopos de cesio Isótopos de bario
Isótopos de los elementos · Tabla de núclidos