Isotop sesium

Sesium (₅₅Cs) memiliki 41 isotop yang diketahui, massa atom dari isotop-isotop ini berkisar antara 112 hingga 152. Hanya satu isotop, ¹³³Cs, yang stabil. Radioisotop yang berumur paling panjang adalah ¹³⁵Cs dengan waktu paruh 2,3 juta tahun, ¹³⁷Cs dengan waktu paruh 30,1671 tahun, dan ¹³⁴Cs dengan waktu paruh 2,0652 tahun. Semua isotop lain memiliki waktu paruh kurang dari 2 minggu, sebagian besar di bawah satu jam.

Dimulai pada tahun 1945 dengan dimulainya pengujian nuklir, radioisotop sesium dilepaskan ke atmosfer di mana sesium diserap dengan mudah ke dalam larutan dan dikembalikan ke permukaan bumi sebagai komponen luruhan radioaktif. Setelah sesium memasuki air tanah, ia diendapkan di permukaan tanah dan dihilangkan dari lanskap terutama oleh transportasi partikel. Akibatnya, fungsi input dari isotop-isotop ini dapat diperkirakan sebagai fungsi waktu.

1. ^ ^mCs – Isomer nuklir tereksitasi.
2. ^ ( ) – Ketidakpastian (1σ) diberikan dalam bentuk ringkas dalam tanda kurung setelah digit terakhir yang sesuai.
3. ^ # – Massa atom bertanda #: nilai dan ketidakpastian yang diperoleh bukan dari data eksperimen murni, tetapi setidaknya sebagian dari tren dari Permukaan Massa (trends from the Mass Surface, TMS).
4. ^ Mode peluruhan:

   EC:	Penangkapan elektron
   IT:	Transisi isomerik
   n:	Emisi neutron
   p:	Emisi proton

5. ^ Simbol miring tebal sebagai anak – Produk anak hampir stabil.
6. ^ Simbol tebal sebagai anak – Produk anak stabil.
7. ^ ( ) nilai spin – Menunjukkan spin dengan argumen penempatan yang lemah.
8. ^ ^{a b} # – Nilai yang ditandai # tidak murni berasal dari data eksperimen, tetapi setidaknya sebagian dari tren nuklida tetangga (trends of neighboring nuclides, TNN).
9. ^ Digunakan untuk mendefinisikan detik
10. ^ ^{a b c d} Produk fisi
11. ^ Secara teoritis mampu mengalami fisi spontan

Sesium-131, diperkenalkan pada tahun 2004 untuk brakiterapi oleh Isoray,^[3] memiliki waktu paruh 9,7 hari dan energi 30,4 keV.

Sesium-133 adalah satu-satunya isotop sesium yang stabil. Satuan pokok SI untuk waktu, sekon, didefinisikan oleh transisi sesium-133 tertentu. Sejak tahun 1967, definisi resmi dari sekon adalah:

Sekon, dengan lambang s, didefinisikan dengan mengambil nilai numerik tetap dari frekuensi sesium Δν_Cs, frekuensi transisi hiperhalus keadaan dasar yang tidak terganggu dari atom sesium-133,^[4] menjadi 9.192.631.770 jika dinyatakan dalam satuan Hz, yaitu sama dengan s⁻¹.

Sesium-134 memiliki waktu paruh 2,0652 tahun. Ia diproduksi baik secara langsung (pada hasil yang sangat kecil karena ¹³⁴Xe stabil) sebagai produk fisi dan melalui penangkapan neutron dari ¹³³Cs yang nonradioaktif (penampang tangkapan neutron 29 barn), yang merupakan produk fisi umum. ¹³⁴Cs tidak diproduksi melalui peluruhan beta dari nuklida produk fisi lain bermassa 134 karena peluruhan beta berhenti pada ¹³⁴Xe yang stabil. Ia juga tidak diproduksi oleh senjata nuklir karena ¹³³Cs dibuat oleh peluruhan beta dari produk fisi asli hanya lama setelah ledakan nuklir selesai.

Hasil gabungan dari ¹³³Cs dan ¹³⁴Cs diberikan sebagai 6,7896%. Proporsi antara keduanya akan berubah dengan iradiasi neutron yang berkelanjutan. ¹³⁴Cs juga menangkap neutron dengan penampang 140 barn, menjadi isotop radioaktif ¹³⁵Cs yang berumur panjang

¹³⁴Cs mengalami peluruhan beta (β⁻), menghasilkan ¹³⁴Ba secara langsung dan memancarkan rata-rata 2,23 foton sinar gama (energi rata-rata 0,698 MeV).^[5]

Sesium-135 adalah isotop radioaktif ringan sesium dengan waktu paruh 2,3 juta tahun. Ia meluruh melalui emisi partikel beta berenergi rendah menjadi ¹³⁵Ba yang stabil. ¹³⁵Cs adalah salah satu dari tujuh produk fisi berumur panjang dan satu-satunya yang bersifat basa. Dalam sebagian besar jenis pemrosesan ulang nuklir, ia menetap dengan produk fisi berumur menengah (termasuk ¹³⁷Cs yang hanya dapat dipisahkan dari ¹³⁵Cs melalui pemisahan isotop) daripada dengan produk fisi berumur panjang lainnya. Energi peluruhan yang rendah, kurangnya radiasi gama, dan waktu paruh ¹³⁵Cs yang panjang membuat isotop ini jauh lebih tidak berbahaya daripada ¹³⁷Cs atau ¹³⁴Cs.

Prekursornya, ¹³⁵Xe, memiliki hasil produk fisi yang tinggi (misalnya 6,3333% untuk ²³⁵U dan neutron termal) tetapi juga memiliki penampang tangkapan neutron termal tertinggi yang diketahui dari nuklida mana pun. Karena itu, banyak dari ¹³⁵Xe yang diproduksi di reaktor termal saat ini (sebanyak >90% pada kondisi tunak daya penuh)^[6] akan diubah menjadi ¹³⁶Xe yang sangat berumur panjang (waktu paruh sekitar 10²¹ tahun) sebelum dapat meluruh menjadi ¹³⁵Cs meskipun waktu paruh ¹³⁵Xe relatif pendek. Sedikit atau tidak ada ¹³⁵Xe akan dihancurkan oleh penangkapan neutron setelah penghentian reaktor, atau dalam reaktor garam cair yang terus-menerus menghilangkan xenon dari bahan bakarnya, reaktor neutron cepat, atau senjata nuklir. Biji xenon adalah fenomena penyerapan neutron berlebih melalui penumpukan ¹³⁵Xe di reaktor setelah pengurangan daya atau penghentian dan sering dikelola dengan membiarkan peluruhan ¹³⁵Xe pergi ke tingkat di mana fluks neutron dapat dikontrol dengan aman melalui batang kendali lagi.

Sebuah reaktor nuklir juga akan menghasilkan jumlah ¹³⁵Cs yang jauh lebih kecil dari produk fisi ¹³³Cs dengan penangkapan neutron berturut-turut menjadi ¹³⁴Cs dan kemudian ¹³⁵Cs.

Penampang lintang penangkapan neutron termal dan integral resonansi ¹³⁵Cs masing-masing adalah 8,3 ± 0,3 dan 38,1 ± 2,6 barn.^[7] Pembuangan ¹³⁵Cs melalui transmutasi nuklir sulit, karena penampang yang rendah serta karena iradiasi neutron dari campuran fisi isotop cesium menghasilkan lebih banyak ¹³⁵Cs dari ¹³³Cs yang stabil. Selain itu, radioaktivitas ¹³⁷Cs jangka menengah yang intens membuat penanganan limbah nuklir menjadi sulit.^[8][9]

Sesium-136 memiliki waktu paruh 13,16 hari. Ia diproduksi baik secara langsung (pada hasil yang sangat kecil karena ¹³⁶Xe merupakan beta-stabil) sebagai produk fisi dan melalui penangkapan neutron dari ¹³⁵Cs yang berumur panjang (penampang tangkapan neutron 8,702 barn), yang merupakan produk fisi umum. ¹³⁶Cs tidak diproduksi melalui peluruhan beta dari nuklida produk fisi lain bermassa 136 karena peluruhan beta berhenti pada ¹³⁶Xe yang hampir stabil. Ia juga tidak diproduksi oleh senjata nuklir karena ¹³⁵Cs dibuat oleh peluruhan beta dari produk fisi asli hanya lama setelah ledakan nuklir selesai. ¹³⁶Cs juga menangkap neutron dengan penampang 13,00 barn, menjadi isotop radioaktif ¹³⁷Cs yang berumur menengah. ¹³⁶Cs mengalami peluruhan beta (β−), menghasilkan ¹³⁶Ba secara langsung.

Sesium-137, dengan waktu paruh 30,17 tahun, adalah salah satu dari dua produk fisi berumur menengah utama, bersama dengan ⁹⁰Sr, yang bertanggung jawab atas sebagian besar radioaktivitas bahan bakar nuklir bekas setelah beberapa tahun pendinginan, hingga beberapa ratus tahun setelah digunakan. Ini merupakan sebagian besar radioaktivitas yang masih tersisa dari kecelakaan Chernobyl dan merupakan masalah kesehatan utama untuk dekontaminasi tanah di dekat pembangkit listrik tenaga nuklir Fukushima.^{[10] 137}Cs meluruh melalui peluruhan beta menjadi ^137mBa (sebuah isomer barium berumur pendek) kemudian menjadi ¹³⁷Ba yang nonradioaktif, dan juga merupakan pemancar radiasi gama yang kuat.

¹³⁷Cs memiliki tingkat penangkapan neutron yang sangat rendah dan belum dapat secara layak dibuang dengan cara ini kecuali kemajuan dalam kolimasi berkas neutron (tidak dapat dicapai dengan medan magnet), secara unik hanya tersedia dari dalam eksperimen fusi yang dikatalisis muon (tidak dalam bentuk lain dari Akselerator Transmutasi Limbah Nuklir) memungkinkan produksi neutron pada intensitas yang cukup tinggi untuk mengimbangi dan mengatasi tingkat penangkapan yang rendah ini; sampai saat itu, ¹³⁷Cs harus dibiarkan meluruh.

¹³⁷Cs telah digunakan sebagai pelacak dalam studi hidrologi, sejalan dengan penggunaan ³H.

Isotop sesium lainnya memiliki waktu paruh dari beberapa hari hingga sepersekian detik. Hampir semua sesium yang dihasilkan dari fisi nuklir berasal dari peluruhan beta produk fisi yang semula lebih kaya neutron, melewati isotop iodin kemudian isotop xenon. Karena unsur-unsur ini mudah menguap dan dapat berdifusi melalui bahan bakar nuklir atau udara, sesium sering dibuat jauh dari lokasi awal fisi.

• Massa isotop dari:
  • Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties", Nuclear Physics A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 
• Komposisi isotop dan massa atom standar dari:
  • de Laeter, John Robert; Böhlke, John Karl; De Bièvre, Paul; Hidaka, Hiroshi; Peiser, H. Steffen; Rosman, Kevin J. R.; Taylor, Philip D. P. (2003). "Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 75 (6): 683–800. doi:10.1351/pac200375060683 . 
  • Wieser, Michael E. (2006). "Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 78 (11): 2051–2066. doi:10.1351/pac200678112051 . 
• "News & Notices: Standard Atomic Weights Revised". International Union of Pure and Applied Chemistry. 19 Oktober 2005. 
• Data waktu paruh, spin, dan isomer dipilih dari sumber-sumber berikut.
  • Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties", Nuclear Physics A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 
  • National Nuclear Data Center. "NuDat 2.x database". Laboratorium Nasional Brookhaven. 
  • Holden, Norman E. (2004). "11. Table of the Isotopes". Dalam Lide, David R. CRC Handbook of Chemistry and Physics (edisi ke-85). Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0485-9.