铯（原子量：132.90545196(6)）有41个已知的同位素，原子量范围从112到152，其中只有铯-133是稳定的。寿命最长的放射性铯是铯-135，半衰期有133万年。其次是铯-137，半衰期约30年，以及铯-134有两年的半衰期，其他的同位素半衰期皆低于两周，大部分的都在一小时以下。其中一些同位素在年老的恒星中由较轻的元素通过捕获慢中子（S-过程）合成^[4]，也可以在超新星爆发的过程R-过程中合成^[5]

环境中的铯同位素

天然的铯元素中一般来说仅存在铯-133及痕量的铯-135，但在某些环境中仍然存在着微量的铯-137与铯-134，它们几乎都是在1940年代至1960年代的核试爆及某些核事故中释放出来的。历史上曾造成铯-137释放进入环境中的著名案例包括如切尔诺贝利核事故等。2011年3月11日，日本的福岛第一核电站事故事件发生时，也曾发现它的存在。2011年7月，从福岛县运往东京的11头牛也被检测出1,530到3,200Bq/kg的铯-137，这已严重超出日本规定的500Bq/kg容许值。^[6]

铯-133

铯-133是铯的同位素之一，为铯的同位素中，唯一稳定的核素，同时也是天然铯元素中能找的唯一一种核素，因此，铯-133的丰度为100%。铯-133也可以通过在核反应堆中的核裂变产生。尽管其原子核自旋量子数较大（7/2+），可以在其共振频率11.7 MHz处对该同位素进行核磁共振的研究^[7]。

自从1967年，国际单位制基于铯的性质定义了其时间单位，也就是秒。国际单位制将一秒定义为不受外场干扰的铯-133的原子基态的两个超精细结构能阶间跃迁所对应的辐射的9,192,631,770个周期的持续时间^[8]。1955年，第一个精确的铯原子钟由路易斯·艾森在英国国家物理实验室建成^[9]。在过去的半个多世纪中，人们不停的改进铯原子钟，并且使用它作为标准时间和频率测量的基准。这些钟测量频率的精度为2-3×10^-14，相当于时间测量的精度为每天2纳秒，或者140万年1秒。目前最先进的铯原子钟的精度超过了10^-15，这意味着从6600万年前恐龙灭绝的时代起其误差仅为2秒钟^[10]，被认为是“人类目前所达到的最精确的单位实现”^[10][11]。

铯-137

铯-137是铯的放射性同位素之一，半衰期约为30.17年。^[12]大约95%通过贝塔衰变为barium-137m1 (^137m1Ba, Ba-137m1). 其他约5%直接衰变为稳定的钡-137. Ba-137m1的半衰期为153秒，并放出伽玛射线（这是铯-137放射源的全部伽玛射线来源）。1克铯-137的放射性活度为3.215 terabecquerel (TBq).^[13]

铯-137在工业应用中是一种非常常见的作为伽玛射线发射源的同位素。其优势在于它的半衰期大约30年，可以通过核燃料循环获得，并且其最终产物钡-137是一种稳定的同位素。其较高的水溶性是其缺点，使得它无法用在用于食品和医疗用品的大型池式辐射器中^[14]。铯-137已经被用在农业、癌症治疗、食品消毒、污水污泥处理以及外科手术设备中。^[10][15]。铯的放射性同位素可以用在放射线疗法中针对某些癌症治疗^[16]，然而由于目前已经有了更好的替代品，且放射源中易溶于水的氯化铯可能造成大范围污染，放疗中逐渐不再采用铯放射源^[17][18]。在许多工业测量计中都采用了铯-137，包括湿度计、密度计、水平仪以及厚度计^[19]。测井设备中也会使用铯-137来测量与岩层中的电子密度^[20]。

铯-137也用于水文学研究中。铯是核裂变反应的产物。自从大约1945年核试验开始，一直到20世纪80年代中期，铯137被释放进入大气层，然后立即被吸收入水溶液中。那个时期的年度变化与土壤和沉积层有相关性。铯-134以及含量更少的铯-135也用于水文学研究作为核电工业中产生的铯的度量。这两种同位素不像铯-133或者铯-137那样常见，而且仅能通过人为过程产生^[21]。

图表

1. ^ ^{1.0 1.1 1.2 1.3} 画上#号的数据代表没有经过实验的证明，仅为理论推测。
2. ^ ^{2.0 2.1 2.2} 用括号括起来的数据代表不确定性。
3. ^ 稳定的衰变产物以粗体表示。
4. ^ 半衰期超过5亿年的衰变产物以粗斜体表示。
5. ^ 用于定义秒
6. ^ ^{6.0 6.1 6.2 6.3} 裂变产物

参考文献

• Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
• Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
  • Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
  • National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database （页面存档备份，存于互联网档案馆） (retrieved Sept. 2005).
  • David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.