Isotop sesium

nuklida dengan nomor atom 55 tetapi dengan nomor massa berbeda
(Dialihkan dari Sesium-135)

Sesium (55Cs) memiliki 40 isotop yang diketahui, membuatnya, bersama dengan barium dan raksa, menjadi salah satu unsur dengan isotop terbanyak.[3] Massa atom dari isotop-isotop ini berkisar antara 112 hingga 151. 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.

Isotop utama sesium
Iso­top Peluruhan
kelim­pahan waktu paruh (t1/2) mode pro­duk
131Cs sintetis 9,7 hri ε 131Xe
133Cs 100% stabil
134Cs sintetis 2,0648 thn ε 134Xe
β 134Ba
135Cs renik 2,3×106 thn β 135Ba
137Cs sintetis 30,17 thn[1] β 137Ba
Berat atom standar Ar°(Cs)
  • 132,90545196±0,00000006
  • 132,91±0,01 (diringkas)[2]

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.

Daftar isotop Sunting

Nuklida
[n 1]
Z N Massa isotop (Da)
[n 2][n 3]
Waktu paruh
Mode
peluruhan

[n 4]
Isotop
anak

[n 5][n 6]
Spin dan
paritas
[n 7][n 8]
Kelimpahan alami (fraksi mol)
Energi eksitasi[n 8] Proporsi normal Rentang variasi
112Cs 55 57 111,95030(33)# 500(100) μdtk p 111Xe 1+#
α 108I
113Cs 55 58 112,94449(11) 16,7(7) μdtk p (99,97%) 112Xe 5/2+#
β+ (0,03%) 113Xe
114Cs 55 59 113,94145(33)# 0,57(2) dtk β+ (91,09%) 114Xe (1+)
β+, p (8,69%) 113I
β+, α (0,19%) 110Te
α (0,018%) 110I
115Cs 55 60 114,93591(32)# 1,4(8) dtk β+ (99,93%) 115Xe 9/2+#
β+, p (0,07%) 114I
116Cs 55 61 115,93337(11)# 0,70(4) dtk β+ (99,67%) 116Xe (1+)
β+, p (0,279%) 115I
β+, α (0,049%) 112Te
116mCs 100(60)# keV 3,85(13) dtk β+ (99,48%) 116Xe 4+, 5, 6
β+, p (0,51%) 115I
β+, α (0,008%) 112Te
117Cs 55 62 116,92867(7) 8,4(6) dtk β+ 117Xe (9/2+)#
117mCs 150(80)# keV 6,5(4) dtk β+ 117Xe 3/2+#
118Cs 55 63 117,926559(14) 14(2) dtk β+ (99,95%) 118Xe 2
β+, p (0,042%) 117I
β+, α (0,0024%) 114Te
118mCs 100(60)# keV 17(3) dtk β+ (99,95%) 118Xe (7−)
β+, p (0,042%) 117I
β+, α (0,0024%) 114Te
119Cs 55 64 118,922377(15) 43,0(2) dtk β+ 119Xe 9/2+
β+, α (2×10−6%) 115Te
119mCs 50(30)# keV 30,4(1) dtk β+ 119Xe 3/2(+)
120Cs 55 65 119,920677(11) 61,2(18) dtk β+ 120Xe 2(−#)
β+, α (2×10−5%) 116Te
β+, p (7×10−6%) 119I
120mCs 100(60)# keV 57(6) dtk β+ 120Xe (7−)
β+, α (2×10−5%) 116Te
β+, p (7×10−6%) 119I
121Cs 55 66 120,917229(15) 155(4) dtk β+ 121Xe 3/2(+)
121mCs 68,5(3) keV 122(3) dtk β+ (83%) 121Xe 9/2(+)
IT (17%) 121Cs
122Cs 55 67 121,91611(3) 21,18(19) dtk β+ 122Xe 1+
β+, α (2×10−7%) 118Te
122m1Cs 458 keV >1 μdtk (3)+
122m2Cs 140(30) keV 3,70(11) mnt β+ 122Xe 8−
122m3Cs 127,0(5) keV 360(20) mdtk (5)−
123Cs 55 68 122,912996(13) 5,88(3) mnt β+ 123Xe 1/2+
123m1Cs 156,27(5) keV 1,64(12) dtk IT 123Cs (11/2)−
123m2Cs 231,63+X keV 114(5) ndtk (9/2+)
124Cs 55 69 123,912258(9) 30,9(4) dtk β+ 124Xe 1+
124mCs 462,55(17) keV 6,3(2) dtk IT 124Cs (7)+
125Cs 55 70 124,909728(8) 46,7(1) mnt β+ 125Xe 1/2(+)
125mCs 266,6(11) keV 900(30) mdtk (11/2−)
126Cs 55 71 125,909452(13) 1,64(2) mnt β+ 126Xe 1+
126m1Cs 273,0(7) keV >1 μdtk
126m2Cs 596,1(11) keV 171(14) μdtk
127Cs 55 72 126,907418(6) 6,25(10) jam β+ 127Xe 1/2+
127mCs 452,23(21) keV 55(3) μdtk (11/2)−
128Cs 55 73 127,907749(6) 3,640(14) mnt β+ 128Xe 1+
129Cs 55 74 128,906064(5) 32,06(6) jam β+ 129Xe 1/2+
130Cs 55 75 129,906709(9) 29,21(4) mnt β+ (98,4%) 130Xe 1+
β (1,6%) 130Ba
130mCs 163,25(11) keV 3,46(6) mnt IT (99,83%) 130Cs 5−
β+ (0,16%) 130Xe
131Cs 55 76 130,905464(5) 9,689(16) hri EC 131Xe 5/2+
132Cs 55 77 131,9064343(20) 6,480(6) hri β+ (98,13%) 132Xe 2+
β (1,87%) 132Ba
133Cs[n 9][n 10] 55 78 132,905451933(24) Stabil[n 11] 7/2+ 1,0000
134Cs[n 10] 55 79 133,906718475(28) 2,0652(4) thn β 134Ba 4+
EC (3×10−4%) 134Xe
134mCs 138,7441(26) keV 2,912(2) jam IT 134Cs 8−
135Cs[n 10] 55 80 134,9059770(11) 2,3×106 thn β 135Ba 7/2+
135mCs 1632,9(15) keV 53(2) mnt IT 135Cs 19/2−
136Cs 55 81 135,9073116(20) 13,16(3) hri β 136Ba 5+
136mCs 518(5) keV 19(2) dtk β 136Ba 8−
IT 136Cs
137Cs[n 10] 55 82 136,9070895(5) 30,1671(13) thn β (95%) 137mBa 7/2+
β (5%) 137Ba
138Cs 55 83 137,911017(10) 33,41(18) mnt β 138Ba 3−
138mCs 79,9(3) keV 2,91(8) mnt IT (81%) 138Cs 6−
β (19%) 138Ba
139Cs 55 84 138,913364(3) 9,27(5) mnt β 139Ba 7/2+
140Cs 55 85 139,917282(9) 63,7(3) dtk β 140Ba 1−
141Cs 55 86 140,920046(11) 24,84(16) dtk β (99,96%) 141Ba 7/2+
β, n (0,0349%) 140Ba
142Cs 55 87 141,924299(11) 1,689(11) dtk β (99,9%) 142Ba 0−
β, n (0,091%) 141Ba
143Cs 55 88 142,927352(25) 1,791(7) dtk β (98,38%) 143Ba 3/2+
β, n (1,62%) 142Ba
144Cs 55 89 143,932077(28) 994(4) mdtk β (96,8%) 144Ba 1(−#)
β, n (3,2%) 143Ba
144mCs 300(200)# keV <1 dtk β 144Ba (>3)
IT 144Cs
145Cs 55 90 144,935526(12) 582(6) mdtk β (85,7%) 145Ba 3/2+
β, n (14,3%) 144Ba
146Cs 55 91 145,94029(8) 0,321(2) dtk β (85,8%) 146Ba 1−
β, n (14,2%) 145Ba
147Cs 55 92 146,94416(6) 0,235(3) dtk β (71,5%) 147Ba (3/2+)
β, n (28,49%) 146Ba
148Cs 55 93 147,94922(62) 146(6) mdtk β (74,9%) 148Ba
β, n (25,1%) 147Ba
149Cs 55 94 148,95293(21)# 150# mdtk [>50 mdtk] β 149Ba 3/2+#
β, n 148Ba
150Cs 55 95 149,95817(32)# 100# mdtk [>50 mdtk] β 150Ba
β, n 149Ba
151Cs 55 96 150,96219(54)# 60# mdtk [>50 mdtk] β 151Ba 3/2+#
β, n 150Ba
Header & footer tabel ini:  view 
  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 Sunting

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

Sesium-133 Sunting

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 ΔνCs, frekuensi transisi hiperhalus keadaan dasar yang tidak terganggu dari atom sesium-133,[5] menjadi 9.192.631.770 jika dinyatakan dalam satuan Hz, yaitu sama dengan s−1.

Sesium-134 Sunting

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), menghasilkan 134Ba secara langsung dan memancarkan rata-rata 2,23 foton sinar gama (energi rata-rata 0,698 MeV).[6]

Sesium-135 Sunting

Nuklida t½ Hasil Q[a 1] βγ
(Ma) (%)[a 2] (keV)
99Tc 0,211 6,1385 294 β
126Sn 0,230 0,1084 4050[a 3] βγ
79Se 0,327 0,0447 151 β
93Zr 1,53 5,4575 91 βγ
135Cs 2,3   6,9110[a 4] 269 β
107Pd 6,5   1,2499 33 β
129I 15,7   0,8410 194 βγ
  1. ^ Energi peluruhan dibagi antara β, neutrino, dan γ jika ada.
  2. ^ Per 65 fisi neutron termal dari 235U dan 35 dari 239Pu.
  3. ^ Memiliki energi peluruhan 380 keV, tetapi produk peluruhannya, 126Sb memiliki energi peluruhan 3,67 MeV.
  4. ^ Lebih rendah di reaktor termal karena 135Xe, pendahulunya, mudah menyerap neutron.

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)[7] 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.[8] 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.[9][10]

Sesium-136 Sunting

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 Sunting

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.[11] 137Cs 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 Sunting

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.

Referensi Sunting

  1. ^ "NIST Radionuclide Half-Life Measurements". NIST. Diakses tanggal 8 Juli 2022. 
  2. ^ Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". Pure Appl. Chem. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  3. ^ "Isotopes". Ptable. 
  4. ^ Isoray. "Why Cesium-131". 
  5. ^ Meskipun fase yang digunakan di sini lebih singkat daripada definisi sebelumnya, namun tetap memiliki arti yang sama. Hal ini diperjelas dalam Brosur SI ke-9, yang segera setelah definisi pada hal. 130 menyatakan: "Efek dari definisi ini adalah bahwa detik sama dengan durasi 9.192.631.770 periode radiasi yang sesuai dengan transisi antara dua tingkat hiperhalus dari keadaan dasar atom 133Cs yang tidak terganggu."
  6. ^ "Characteristics of Caesium-134 and Caesium-137". Japan Atomic Energy Agency. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2016-03-04. Diakses tanggal 2022-07-08. 
  7. ^ John L. Groh (2004). "Supplement to Chapter 11 of Reactor Physics Fundamentals" (PDF). CANTEACH project. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 10 Juni 2011. Diakses tanggal 8 Juli 2022. 
  8. ^ Hatsukawa, Y.; Shinohara, N; Hata, K.; et al. (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. 
  9. ^ Ohki, Shigeo; Takaki, Naoyuki (2002). "Transmutation of Cesium-135 With Fast Reactors" (PDF). Proceedings of the Seventh Information Exchange Meeting on Actinide and Fission Product Partitioning & Transmutation, Cheju, Korea. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2007-06-14. Diakses tanggal 2022-07-08. 
  10. ^ ANL factsheet
  11. ^ Dennis (1 March 2013). "Cooling a Hot Zone". Science. 339 (6123): 1028–1029. doi:10.1126/science.339.6123.1028. PMID 23449572.