セシウムのソースを表示

{{Elementbox
|name = cesium
|japanese name = セシウム
|number = 55
|symbol = Cs
|left = [[キセノン]]
|right = [[バリウム]]
|above = [[ルビジウム|Rb]]
|below = [[フランシウム|Fr]]
|series = アルカリ金属
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|appearance= 黄色がかった銀白色
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|japanese crystal structure= 体心立方構造
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|electronegativity= 0.79
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|atomic radius= [[1 E-10 m|265]]
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|Van der Waals radius= [[1 E-10 m|343]]
|magnetic ordering=[[常磁性]]<ref name="magnet">{{citation|url=http://www-d0.fnal.gov/hardware/cal/lvps_info/engineering/elementmagn.pdf|format=PDF|chapter=Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds|title=Handbook of Chemistry and Physics|edition=81st|publisher=CRC press|accessdate=2010-09-26|archiveurl=https://web.archive.org/web/20040324080747/http://www-d0.fnal.gov/hardware/cal/lvps_info/engineering/elementmagn.pd|archivedate=2004-03-24|url-status=dead}}</ref>
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|isotopes=
{{Elementbox_isotopes_stable | mn=[[セシウム133|133]] | sym=Cs | na=100 % | n=78}}
{{Elementbox_isotopes_decay2 | mn=[[セシウム134|134]] | sym=Cs
 | na=[[人工放射性同位体|syn]] | hl=[[1 E7 s|2.0648 y]]
 | dm1=[[電子捕獲|ε]] | de1=1.229 | pn1=[[キセノン134|134]] | ps1=[[キセノン|Xe]]
 | dm2=[[ベータ崩壊|β<sup>-</sup>]] | de2=2.059 | pn2=[[バリウム134|134]] | ps2=[[バリウム|Ba]]}}
{{Elementbox_isotopes_decay | mn=[[セシウム135|135]] | sym=Cs
 | na=[[微量放射性同位体|trace]] | hl=[[1 E13 s|2.3×10<sup>6</sup> y]]
 | dm=[[ベータ崩壊|β<sup>-</sup>]] | de=0.269 | pn=[[バリウム135|135]] | ps=[[バリウム|Ba]]}}
{{Elementbox_isotopes_decay | mn=[[セシウム137|137]] | sym=Cs
 | na=[[微量放射性同位体|trace]] | hl=[[1 E8 s|30.17 y]]<ref name="isotope">{{cite web|title="NIST Radionuclide Half-Life Measurements"|url=http://www.nist.gov/pml/data/halflife.cfm| accessdate=2011-03-13}}</ref>
 | dm=[[ベータ崩壊|β<sup>-</sup>]] | de=1.174 | pn=[[バリウム137|137]] | ps=[[バリウム|Ba]]}}
|isotopes comment=
}}
'''セシウム''' ({{lang-lan-short|caesium}}<ref>http://wordinfo.info/unit/3087/ip:32</ref>, {{lang-en-short|cesium}} {{IPA-en|ˈsiːziəm|}}) は、[[原子番号]]55の[[元素]]。[[元素記号]]は、「灰青色の」を意味するラテン語の '''c'''ae'''s'''ius カエシウスより '''Cs'''。軟らかく黄色がかった銀色をした[[アルカリ金属]]である。融点は28.44 {{℃}}で、[[液体金属|常温付近で液体状態をとる5種類]]の[[金属元素]]のうちの一つである{{#tag:ref|他の4種類の金属元素の融点は、[[ルビジウム]]が39.31 {{℃}}、[[フランシウム]]が推定で27 {{℃}}、[[水銀]]が−38.83 {{℃}}、[[ガリウム]]が29.76 {{℃}}である。[[臭素]]も常温で液体である（融点-7.2 {{℃}}）が、[[ハロゲン]]は金属ではない<ref>{{Cite web|url=http://www.webelements.com/|publisher=University of Sheffield|accessdate=2010-12-01|title=WebElements Periodic Table of the Elements}}</ref>。|group=注}}。

セシウムの化学的・物理的性質は同じくアルカリ金属の[[ルビジウム]]や[[カリウム]]と似ていて、水と−116 {{℃}}で反応するほど反応性に富み、[[自然発火]]する。安定同位体を持つ元素の中で、最小の[[電気陰性度]]を持つ。セシウムの[[安定同位体]]は[[セシウム133]]のみである。セシウム資源となる代表的な[[鉱物]]は[[ポルックス石]]である<ref>[https://mric.jogmec.go.jp/public/report/2012-05/36.Cs_20120619.pdf 36セシウム（Cs） 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構]</ref>。

セシウムは、[[ウラン]]の代表的な[[核分裂反応|核分裂]]生成物である<ref>{{Cite web |title=環境省_原子炉内の生成物 |url=https://www.env.go.jp/chemi/rhm/h29kisoshiryo/h29kiso-02-02-03.html |website=www.env.go.jp |access-date=2023-11-20}}</ref>。[[放射性同位体]]の[[セシウム137]]は比較的多量に発生し、[[核兵器]]の使用や原発事故時の[[放射性降下物]]に含まれるため[[放射能汚染]]の原因となる。

2人のドイツ人化学者、[[ロベルト・ブンゼン]]と[[グスタフ・キルヒホフ]]は、[[1860年]]に当時の新技術である{{仮リンク|炎光分光分析|en|flame spectroscopy}}を用いて[[鉱泉]]からセシウムを発見した。初めての応用先は[[真空管]]や[[太陽電池|光電素子]]の{{仮リンク|ゲッター|en|Getter}}であった。[[1967年]]、セシウム133の[[発光スペクトル]]の比振動数が[[国際単位系]]の[[秒]]の定義に選ばれた。それ以来、セシウムは[[原子時計]]として広く使われている。

1990年代以降のセシウムの最大の応用先は、[[ギ酸セシウム]]を使った{{仮リンク|掘穿泥水|en|Drilling fluid}}である。エレクトロニクスや化学の分野でもさまざまな形で応用されている。放射性同位体であるセシウム137は約30年の半減期を持ち、医療技術、工業用計量器、[[水文学]]などに応用されている。

== 名称 ==
[[1860年]]、ドイツの化学者[[グスタフ・キルヒホフ]]と[[ロベルト・ブンゼン|ロベルト・ヴィルヘルム・ブンゼン]]が、[[発光スペクトル]]の輝線が青色を呈することから[[ラテン語]]の caesius（青色）にちなんで命名した<ref group="注">ブンゼンは[[アウルス・ゲッリウス]]の『アッティカの夜』2巻26章に書かれた[[ニギディウス・フィグルス]]による言葉 “Nostris autem veteribus caesia dicts est quae Graecis, ut Nigidus ait, de colore coeli quasi coelia.” より引用した。</ref><ref name="BuKi1861">{{citation|title = Chemische Analyse durch Spectralbeobachtungen |pages = 337–381 |first1 = G.|last1 = Kirchhoff |first2 = R.|last2 = Bunsen|authorlink1 = グスタフ・キルヒホフ|authorlink2 =ロベルト・ブンゼン|doi = 10.1002/andp.18611890702 |journal = [[Annalen der Physik|Annalen der Physik und Chemie]] |volume = 189 |issue = 7|year = 1861}}</ref><ref name="Weeks">{{citation|title = The discovery of the elements. XIII. Some spectroscopic discoveries |pages = 1413–1434|last = Weeks|first = Mary Elvira |doi=10.1021/ed009p1413|journal = [[Journal of Chemical Education]] |volume =9 |issue =8 |year = 1932}}</ref>。

===表記ゆれ===
'''セシュウム'''{{Cite journal|和書|author=常磐井守泰 |title=種々の汚染対象物への布状セシュウム吸着材の適用経験 |journal=日本原子力学会 年会・大会予稿集 |publisher=日本原子力学会 |year=2013 |volume=2013年春の年会 |pages=629 |naid=130004569233 |doi=10.11561/aesj.2013s.0.629.0 |url=https://doi.org/10.11561/aesj.2013s.0.629.0}} {{要購読}},  {{Cite journal|和書|author=中尾行憲 |title=講89. 胎盤のセシュウム137沈着量について |journal=日本産科婦人科學會雜誌 |publisher=日本産科婦人科学会 |year=1967 |volume=19 |issue=8 |pages=987-988 |naid=110002195198 |id={{NDLJP|10665848}} |url=https://dl.ndl.go.jp/info:ndljp/pid/10665848}}、'''セシューム'''<ref>{{Cite journal|和書|author=飯沼武 |title=東日本大震災と福島原発事故(2011.03.11)の1年目にあたって |journal=日本乳癌検診学会誌 |ISSN=0918-0729 |publisher=日本乳癌検診学会 |year=2012 |volume=21 |issue=2 |pages=202-202 |naid=130004713770 |doi=10.3804/jjabcs.21.202 |url=https://doi.org/10.3804/jjabcs.21.202}}, {{Cite journal|和書|author=石黒政一, 増永将二, 島田寿一, 奥野武, 赤尾文雄 |title=セシュームハライド : Tlの蛍光 : イオン結晶光物性 : 光学的性質II |journal=日本物理学会春季分科会講演予稿集 |publisher=日本物理学会 |year=1965 |volume=1965.2 |pages=297 |naid=110002027165 |doi=10.11316/jpsgaiyob.1965.2.0_297 |url=https://doi.org/10.11316/jpsgaiyob.1965.2.0_297}}</ref>とも。

== 特徴 ==
=== 物理的性質 ===
[[File:CsCrystals.JPG|left|thumb|アルゴン中に保存されている高純度のセシウム133]]
セシウムは非常に軟らかく（全ての元素の中で最小の[[モース硬度]]を持つ）、延性に富む銀白色の金属である。少しでも[[酸素]]が存在すると金色を帯びてくる<ref name="USGS">{{citation|url = http://pubs.usgs.gov/of/2004/1432/2004-1432.pdf|format = PDF|publisher = United States Geological Survey|accessdate = 2009-12-27|title = Mineral Commodity Profile: Cesium|first1 = William C.|last1 = Butterman|first2 = William E.|last2 = Brooks|first3 = Robert G.|last3 = Reese, Jr.|year=2004}}</ref><ref>{{Citation|title = Exploring Chemical Elements and their Compounds|author = Heiserman, David L.|publisher = McGraw-Hill|year = 1992|isbn = 0-8306-3015-5|pages = 201–203}}</ref>。

[[融点]]は28.4 {{℃}}で、常温付近で液体である五つの元素のうちの一つである。金属の中でセシウムは[[水銀]]に次いで融点が低い{{#tag:ref|おそらく放射性元素である[[フランシウム]]のほうが低い融点を持つだろうが、放射性崩壊が速すぎて純粋なフランシウムの試料が得られないのでそれを実証できない<ref>{{cite web|url=http://periodic.lanl.gov/elements/87.html |title=Francium |publisher=Periodic.lanl.gov |accessdate=2010-02-23}}</ref>。|group=注}}<ref name="autogenerated1">{{cite web|url=http://pubs.acs.org/cen/80th/print/cesium.html |title=C&EN: It's Elemental: The Periodic Table – Cesium |publisher=American Chemical Society|accessdate=2010-02-25|author=Kaner, Richard|year = 2003}}</ref>。加えて、[[沸点]]は641 {{℃}}で金属としてはかなり低く、これも金属の中で水銀に次いで低い<ref name="RSC">{{cite web|url=http://www.rsc.org/chemsoc/visualelements/pages/data/caesium_data.html |accessdate=2010-09-27|publisher=Royal Society of Chemistry|title=Chemical Data – Cesium – Cs|date=}}</ref>。
比重は1.9であり、比重の軽いアルカリ金属類の中では最も大きい<ref>[[#千谷1959|千谷 (1959)]] 76頁。</ref>。

化合物が燃焼するときに青から紫色の炎を伴うが、これはセシウムの[[炎色反応]]によるものである<ref name="CRC74">{{citation|url=https://books.google.co.jp/books?id=QdU-lRMjOsgC&pg=PA13&lpg=PA13&dq=cesium+compounds+burn+blue&redir_esc=y&hl=ja#v=onepage&q&f=false|page=13|first=Charles T.|last=Lynch|publisher=CRC Press|year=1974|title=CRC Handbook of Materials Science|accessdate=2010-09-27|isbn=978-0-8493-2321-8|unused_data=chapter}}</ref><ref>[[#千谷1959|千谷 (1959)]] 82頁。</ref>。これは主に励起したセシウムの最外殻電子が基底状態に戻る際に発せられる波長455.5&nbsp;nm、459.3 nmの青色を示す一対の[[スペクトル線]]および、697.3&nbsp;nm、672.3 nmの赤色を示す一対のスペクトル線によるものであり、この特徴的な青色の輝線はセシウムの名前の由来ともなっている<ref name=chitani83>[[#千谷1959|千谷 (1959)]] 83頁。</ref>。最外殻電子によるスペクトル線が二本に分かれて双子線となる理由は、[[電子]]のスピンに二つの方向があるためであり、他のアルカリ金属元素でも同様の双子線が見られる<ref name=chitani83/>。


=== 化学的性質 ===
[[File:Cesium water.theora.ogv|left|thumb|冷水に少量の金属セシウムを加えると爆発する。以下の[[セシウム#外部リンク|外部リンク]]も参照。]]
金属セシウムは非常に反応性に富み、[[自然発火]]しやすい。また、低温でも水と爆発的に反応し、他のアルカリ金属よりも反応性が高い<ref name="USGS" />。氷とは-116 ℃でも反応する<ref name="autogenerated1" />。高い反応性を持つため、金属セシウムは[[消防法]]で[[危険物]]に指定されている。保存や運送は、乾燥状態にした[[鉱物油]]などの炭化水素を満たした容器に入れて行う。同様の理由で、取り扱いは[[アルゴン]]や[[窒素]]などの[[不活性ガス]]の下で行わなければならない。真空で密閉された[[ホウケイ酸ガラス]]の[[アンプル]]で保存できる。100 g以上のセシウムは、ステンレス製の容器に密閉されて輸送される<ref name="USGS" />。

セシウムの化学的性質は他のアルカリ金属、特に[[周期表]]で直上にある[[ルビジウム]]と似ており<ref name="greenwood">{{citation|last1 = Greenwood|first1 = N.N.|last2 = Earnshaw|first2 = A.|title = Chemistry of the Elements|publisher = Pergamon Press|place = Oxford, UK|year = 1984|isbn = 0-08-022057-6}}</ref>、全ての金属陽イオンがそうであるように、セシウムイオンは溶液中でルイス塩基と反応して[[錯体]]を形成する。ほかの（放射性でない）アルカリ金属に比べて、原子量が大きく電気的に陽性なので、性質にわずかな違いが生ずる<ref name="HollemanAF">{{citation|publisher = Walter de Gruyter|year = 1985|edition = 91–100|pages = 953–955|isbn = 3-11-007511-3|title = Lehrbuch der Anorganischen Chemie|first1 = Arnold F.|last1 = Holleman|last2 = Wiberg|first2 = Egon |last3 =Wiberg|first3 = Nils|chapter = Vergleichende Übersicht über die Gruppe der Alkalimetalle| language = German}}</ref>。セシウムは、安定同位体の中では最も電気的に[[電気陰性度|陽性]]なものである{{#tag:ref|[[フランシウム]]はさらに陽性であるだろうが、放射性崩壊が速すぎて純粋なフランシウムの試料が得られないので、電気陰性度を測定できない。フランシウムの第一[[イオン化エネルギー]]の測定値から示唆されることは、[[相対論効果]]が反応性を下げ、[[周期律]]から予想される値より電気陰性度を上げていることである<ref>{{citation|last1 = Andreev|first1 = S. V.|last2 = Letokhov|first2 =V. S. |last3 =Mishin|first3 =V. I.|title = Laser resonance photoionization spectroscopy of Rydberg levels in Fr|journal = [[Physical Review Letters]]|year = 1987|volume = 59|pages = 1274–76|doi = 10.1103/PhysRevLett.59.1274|pmid=10035190}}</ref>。|group="注"}}<ref name="autogenerated1" /> セシウムイオンはより軽いアルカリ金属のイオンに比べて、より大きく、[[HSAB則|軟らかい]]。そのイオン半径の大きさに起因して、他のアルカリ金属元素より多い配位数を取る傾向がある<ref name="HollemanAF"/>。このような、セシウムイオンの高い配位数を取る傾向とHSAB則における酸としての軟らかさは、セシウムイオンを他の陽イオンから分離するために利用される。この特性を応用して、放射性の <sup>137</sup>Cs<sup>+</sup> を大量の非放射性のカリウムイオン中から分離するために用いられるなど、核廃棄物の改善において研究が重ねられている<ref>{{citation|last1=Moyer |first1=Bruce A. |last2=Birdwell |first2=Joseph F. |last3=Bonnesen |first3=Peter V. |last4=Delmau |first4=Laetitia H. |title=Use of Macrocycles in Nuclear-Waste Cleanup: A Realworld Application of a Calixcrown in Cesium Separation Technology |pages=383–405 |year=2005 |doi=10.1007/1-4020-3687-6_24}}.</ref>。このようにセシウムは基本的にイオン結合性の化合物を形成するが、気体状態では共有結合性の二原子分子であるCs<sub>2</sub>を形成し、Cs<sub>11</sub>O<sub>3</sub>のような一部の亜酸化物においてもCs-Csの共有結合が見られる<ref>[[#CW1987|コットン、ウィルキンソン (1987)]] 249頁。</ref>。

=== 構造 ===
[[File:Cubic-body-centered.png|thumb|right|150px|セシウムの結晶構造。格子定数 ''a'' = 614 pm]]
他のアルカリ金属と同様、金属セシウムは[[標準状態]]において[[体心立方格子]]構造を取る[[立方晶]]であり(α-Cs）、[[格子定数]]は ''a'' = 614 pm、[[空間群]]は ''Im''{{overline|3}}''m'' である。41 k[[バール (単位)|bar]]の圧力下で[[面心立方格子]]構造へと[[相転移]]し（β-Cs）、その際の格子定数は ''a'' = 598 pm となる<ref>{{citation|author=K. Schubert|title=Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente|journal=Acta Crystallographica Section B|year=1974|volume=30|pages=pp.193–204|doi=10.1107/S0567740874002469}}.</ref>。更に温度と圧力を上げると、菱面体晶系のγ-セシウムになる。

セシウムの[[イオン半径]]は非常に大きいため、イオン半径の小さい他のアルカリ金属元素よりも多い配位数を取る。この傾向は、他のアルカリ金属の塩化物が6配位の塩化ナトリウム型構造を取るのとは対照的に、セシウムの塩化物が8配位の塩化セシウム型構造を取ることに象徴される<ref name="HollemanAF"/>。塩化セシウム型構造は、塩素原子が立方格子の角の部分に位置し、セシウム原子が立方格子の中央のホールに位置するような、二種の原子からなる8配位の単純な[[体心立方格子]]から成っている。臭化セシウム (CsBr) やヨウ化セシウム (CsI)、その他多くのセシウムを含まない化合物もこの塩化セシウム型構造を取る。塩化セシウム型構造は、Cs<sup>+</sup> のイオン半径が174 pm、Cl<sup>-</sup> のイオン半径が181 pmと大きさが近いために形成される<ref>{{citation|last=Wells|first = A.F.| year=1984| title=Structural Inorganic Chemistry| edition=5|publisher=Oxford Science Publications|isbn=0-19-855370-6}}</ref>。

=== 化合物 ===
{{see also|Category:セシウムの化合物}}
[[File:CsCl polyhedra.png|thumb|left|150px|CsCl 中の Cs と Cl の立方配位の球棒モデル]]

ほとんどすべてセシウム化合物は、セシウムを Cs<sup>+</sup> [[カチオン]]として持っており、これがさまざまな[[アニオン]]と[[イオン結合]]している。例外として、[[アルカリド]]である Cs<sup>-</sup> アニオンを含むものがある<ref>{{citation|journal = [[Angewandte Chemie|Angewandte Chemie International Edition]]|year = 1979|first = J. L.|last = Dye|title = Compounds of Alkali Metal Anions|volume = 18|issue = 8|pages = 587–598|doi = 10.1002/anie.197905871}}</ref>。他の例外は亜酸化物で見られる。

Cs<sup>+</sup> の塩は、アニオンが有色でない限りほとんど無色である。[[吸湿性]]であるものが多いが、他の軽いアルカリ金属よりはその度合いは弱い。セシウムの[[酢酸塩]]、[[炭酸塩]]、[[酸化物]]、[[硝酸塩]]、[[硫酸塩]]は水に可溶である。[[複塩]]の多くはあまり水に溶けないので、硫酸アルミニウムセシウムは鉱石からセシウムを精製するのに利用される。[[アンチモン]]、[[ビスマス]]、[[カドミウム]]、[[銅]]、[[鉄]]、[[鉛]]との複塩（たとえば CsSbCl<sub>4</sub>）も難溶性である<ref name="USGS" />。

[[水酸化セシウム]]は吸湿性の強[[塩基]]性物質である<ref name="greenwood" />。これは[[ケイ素]]などの[[半導体]]の表面をすみやかに[[エッチング]]する作用を持つ<ref>{{citation|url = https://books.google.com/?id=F-8SltAKSF8C&pg=PA90&lpg=PA90&dq=caesium+hydroxide+etch+quartz&q=cesium|title = Etching in microsystem technology|author = Köhler, Michael J.|page = 90|publisher = Wiley-VCH|isbn = 3-527-29561-5|year = 1999|format=}}</ref>。以前は、Cs<sup>+</sup> と OH<sup>-</sup> の相互作用が小さいことから、CsOH は最も強い塩基であると考えられていた<ref name="CRC74" />。しかし、21世紀に入り、[[N-ブチルリチウム|''N''-ブチルリチウム]]や[[ナトリウムアミド]]をはじめ、CsOH より塩基性が強い化合物は数多く見いだされるに至った<ref name="greenwood" />。

[[ヨウ化セシウム]] (CsI) は、エックス線蛍光倍増管・ガンマ線検出用単結晶に用いられる。

==== 酸化物 ====
[[File:Cs11O3 cluster.png|thumb|right|140px|Cs<sub>11</sub>O<sub>3</sub>の[[球棒モデル]]。頂点の紫の球はセシウムを表し、三つの赤い球は酸素を表す]]
アルカリ金属元素は酸素との二元化合物を多く形成するが<ref name=CW255>[[#CW1987|コットン、ウィルキンソン (1987)]] 255頁。</ref>、セシウムはさらに多くの酸素との二元化合物を形成する。セシウムが空気中で燃焼する際、[[超酸化物]]の CsO<sub>2</sub> が主に生成する<ref name=cotton >{{citation|last = Cotton|first = F. Albert |coauthors=Wilkinson, G.|title =Advanced Inorganic Chemistry|year =1962 |publisher = John Wiley & Sons, Inc.|page = 318|isbn = 0-471-84997-9}}</ref>。これは、超酸化物イオン (O<sub>2</sub><sup>-</sup>) のような不安定な陰イオンが、イオン半径の大きなセシウムの格子エネルギー効果によって安定化されるためである<ref name=CW255/>。
: <chem>Cs + O2 -> CsO2</chem>
「通常の」セシウム[[酸化物]]である Cs<sub>2</sub>O は黄色からオレンジ色をした六方晶であり<ref name="CRC">{{citation | editor-last = Lide | editor-first = David R. | title = CRC Handbook of Chemistry and Physics | edition = 87th | location = Boca Raton, FL | publisher = CRC Press | date = 2006 | isbn = 0-8493-0487-3 | pages =451,514}}</ref>、唯一の逆塩化カドミウム型構造を取る酸化物である<ref name=CW255/><ref name="ReferenceA">{{citation|doi = 10.1021/j150537a022|year = 1956|last1 = Tsai|first1 = Khi-Ruey|last2 = Harris|first2 = P. M.|last3 = Lassettre|first3 = E. N.|journal = Journal of Physical Chemistry|volume = 60|pages = 338–344|title = The Crystal Structure of Cesium Monoxide}}</ref>。250 {{℃}}で蒸発し、400 {{℃}}で金属セシウムと[[過酸化物]] Cs<sub>2</sub>O<sub>2</sub> に分解する<ref name="autogenerated2">{{cite web|url=http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/770945-AFCMWR/webviewable/770945.pdf |format=PDF|title=Information Bridge: DOE Scientific and Technical Information |publisher=Office of Scientific and Technical Information — U.S. Department of Energy|date=2009-11-23 |accessdate=2011-5-11}}</ref>。過酸化物および[[オゾン化物]] CsO<sub>3</sub><ref>{{citation|doi =10.1007/BF00845494|title =Synthesis of cesium ozonide through cesium superoxide|year =1963|last1 =Vol'nov|first1 =I. I.|last2 =Matveev|first2 =V. V.|journal =Bulletin of the Academy of Sciences, USSR Division of Chemical Science|volume =12|pages =1040–1043}}</ref><ref>{{citation|doi =10.1070/RC1971v040n02ABEH001903|title =Alkali and Alkaline Earth Metal Ozonides|year =1971|last1 =Tokareva|first1 =S. A.|journal =Russian Chemical Reviews|volume =40|pages =165–174}}</ref> 以外にも、いくつかの明るい色をした亜酸化物について研究されている<ref name=Simon>{{citation|last = Simon|first = A.|title = Group 1 and 2 Suboxides and Subnitrides — Metals with Atomic Size Holes and Tunnels|journal = Coordination Chemistry Reviews |year = 1997|volume = 163|pages = 253–270|doi = 10.1016/S0010-8545(97)00013-1}}</ref>。これらは Cs<sub>7</sub>O、Cs<sub>4</sub>O、Cs<sub>11</sub>O<sub>3</sub>、Cs<sub>3</sub>O（暗緑色<ref>{{citation|doi =10.1021/j150537a023|year =1956|last1 =Tsai|first1 =Khi-Ruey|last2 =Harris|first2 =P. M.|last3 =Lassettre|first3 =E. N.|journal =Journal of Physical Chemistry|volume =60|pages =345–347|title=The Crystal Structure of Tricesium Monoxide}}</ref>）、CsO、Cs<sub>3</sub>O<sub>2</sub><ref>{{citation|doi =10.1007/s11669-009-9636-5|title =Cs-O (Cesium-Oxygen)|year =2009|last1 =Okamoto|first1 =H.|journal =Journal of Phase Equilibria and Diffusion|volume =31|page =86}}</ref> ならびに Cs<sub>7</sub>O<sub>2</sub> が含まれる<ref>{{citation|doi = 10.1021/jp036432o|title = Characterization of Oxides of Cesium|year = 2004|last1 = Band|first1 = A.|last2 = Albu-Yaron|first2 = A.|last3 = Livneh|first3 = T.|last4 = Cohen|first4 = H.|last5 = Feldman|first5 = Y.|last6 = Shimon|first6 = L.|last7 = Popovitz-Biro|first7 = R.|last8 = Lyahovitskaya|first8 = V.|last9 = Tenne|first9 = R.|journal = The Journal of Physical Chemistry B|volume = 108|pages = 12360–12367}}</ref><ref>{{citation|doi =10.1002/zaac.19472550110|title =Untersuchungen ber das System Csium-Sauerstoff|year =1947|last1 =Brauer|first1 =G.|journal =Zeitschrift fr anorganische Chemie|volume =255|page =101}}</ref>。これらの酸化物に対応した[[硫化物]]、[[セレン化物]]および[[テルル化物]]も存在する<ref name="USGS"/>。

=== 合金 ===
セシウムは他のアルカリ金属や[[金]]と[[合金]]をつくり、水銀と[[アマルガム]]をつくる。650 {{℃}}以下では、[[コバルト]]、[[鉄]]、[[モリブデン]]、[[白金]]、[[タンタル]]、[[タングステン]]とも合金をつくる。[[アンチモン]]、[[ガリウム]]、[[インジウム]]、[[トリウム]]とは、明瞭な[[金属間化合物]]をつくり、これらは{{仮リンク|感光性|en|photosensitive}}がある<ref name="USGS">{{citation|url = http://pubs.usgs.gov/of/2004/1432/2004-1432.pdf|format = PDF|publisher = United States Geological Survey|accessdate = 2009-12-27|title = Mineral Commodity Profile: Cesium|first1 = William C.|last1 = Butterman|first2 = William E.|last2 = Brooks|first3 = Robert G.|last3 = Reese, Jr.|year=2004}}</ref>。リチウム以外の他のアルカリ金属と混ざり、[[モル濃度]]で41%のセシウム、47%のカリウム、12%のナトリウムからなる合金は、すべての合金の中で最低の融点 (-78 ℃) を持つ<ref name="autogenerated1" /><ref>{{Cite web|url=http://symp15.nist.gov/pdf/p564.pdf|format=PDF|title=Density of melts of alkali metals and their Na-K-Cs and Na-K-Rb ternary systems|author=Taova, T. M. ''et al.''|work=Fifteenth symposium on thermophysical properties, Boulder, CO, USA|date=2003-06-22|accessdate=2010-09-26|archiveurl=https://web.archive.org/web/20061009133313/http://symp15.nist.gov/pdf/p564.pdf|archivedate=2006-10-09|url-status=dead|url-status-date=2017-09}}</ref>。いくつかのアマルガムが研究されていて、CsHg<sub>2</sub> は紫色の金属光沢をもつ黒色物質で、CsHg は同様に金属光沢を持つ金色の物質である<ref>{{citation|doi=10.1016/S0079-6786(97)81004-7|journal = Progress in Solid State Chemistry|volume = 25|year = 1997|pages = 73–123|title = Alkali metal amalgams, a group of unusual alloys|first = H. J.|last = Deiseroth|issue = 1–2}}</ref>。

=== 同位体 ===
{{main|セシウムの同位体}}
セシウムは112から151までの幅の質量数（すなわち、[[原子核]]中の[[核子]]数）を持つ39種の既知の同位体を有する。これらの内のいくつかは、古い星の中での遅い[[中性子捕獲]]プロセス（[[s過程]]）<ref>{{citation| doi=10.1146/annurev.astro.37.1.239 | author=Busso, M.; Gallino, R.; Wasserburg, G. J. | title=Nucleosynthesis in Asymptotic Giant Branch Stars: Relevance for Galactic Enrichment and Solar System Formation | journal=Annula Review of Astronomy and Astrophysics | volume=37 | year=1999 | pages=239–309 | url=http://authors.library.caltech.edu/1194/1/BUSaraa99.pdf | format=PDF|accessdate=2011-5-11 | bibcode=1999ARA&A..37..239B}}</ref> ならびに[[超新星爆発]]時（[[r過程]]）に軽い元素から合成される<ref>{{citation| first=David | last=Arnett | year=1996 | title=Supernovae and Nucleosynthesis: An Investigation of the History of Matter, from the Big Bang to the Present | publisher=Princeton University Press | page=527 | isbn=0-691-01147-8 }}</ref>。しかしながら、唯一の安定同位体は78個の中性子を持つセシウム133のみである。セシウム133は+7/2と大きな[[スピン角運動量]]を持っており、この同位体を利用して[[核磁気共鳴|NMR測定]]による構造解析が行われる（磁場強度11.74 Tのとき共鳴周波数65.6&nbsp;MHz）<ref name=NMR>{{cite journal|doi=10.1021/ja970248x|title=A Self-Assembled Ionophore with Remarkable Cs<sup>+</sup> Selectivity|year=1997|author=Davis, Jeffery T.; Tirumala, Sampath K.; Marlow, Allison L.|journal=Journal of the American Chemical Society|volume=119|pages=5271–5272}}</ref>。
[[ファイル:Cs-137-decay.svg|thumb|250px|<sup>137</sup>Cs の崩壊|alt=セシウム137の崩壊におけるエネルギー図（核スピン ''I'' = +7/2、半減期約30年）。94.6%の確率で崩壊し、512 keV のエネルギーを持つβ線を放出しながらバリウム137mとなる（''I'' = -11/2、''t'' = 2.55分）。これは85.1%の確率でさらに崩壊して 662 keV のγ線を放出しながらバリウム137 (''I'' = +3/2) となる。ほかに、0.4%の確率でおそらくはβ崩壊により、セシウム137から直接バリウム137となる経路も存在する]]

放射性同位体であるセシウム135は230万年という非常に長い半減期を有しており、セシウム137およびセシウム134はそれぞれ30年および2年という半減期である。セシウム137は[[ベータ崩壊]]によって短命なバリウム137mに壊変し、その後非放射性のバリウムとなる。セシウム134は直接バリウム134に壊変する。質量数129、131、132および136の同位体は、半減期が1日から2週間の間であり、他の大部分の同位体の半減期は2–3秒から数分の1秒である。少なくとも21種類の準安定な[[核異性体]]が存在する。3時間未満の半減期を持つセシウム134m以外は非常に不安定で、2–3分以下の半減期で崩壊する<ref>{{citation|doi = 10.1016/0022-1902(55)80027-9|title = The half-life of Cs137|year = 1955|last1 = Brown|first1 = F.|last2 = Hall|first2 = G.R.|last3 = Walter|first3 = A.J.|journal = Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry|volume = 1|pages = 241–247}}</ref><ref name=nuclidetable>{{cite web|url=http://www.nndc.bnl.gov/chart/|title=Interactive Chart of Nuclides|publisher=Brookhaven National Laboratory|author=Sonzogni, Alejandro|location=National Nuclear Data Center|accessdate=2011-5-11}}</ref>。

同位体元素のセシウム135は、ウランの核反応によって生成する[[長寿命核分裂生成物]]の一つである<ref>{{cite conference| conference = Seventh Information Exchange Meeting on Actinide and Fission Product Partitioning and Transmutation|date = 14–16 October 2002|place = Jeju, Korea|first1 = Shigeo|last1 = Ohki|first2 = Naoyuki|last2= Takaki|title =Transmutation of Cesium-135 with Fast Reactors|url = http://www.nea.fr/html/pt/docs/iem/jeju02/session6/SessionVI-08.pdf|format = PDF|accessdate=2011-5-11}}</ref>。しかしながら、セシウム135の前駆体のキセノン135は非常に中性子を吸収しやすく、また、しばしばセシウム135に壊変する前に安定同位体であるキセノン136に変わるため、たいていの原子炉においてその核分裂収量は減少する<ref>{{cite report|url=http://canteach.candu.org/library/20040720.pdf|title=CANDU Fundamentals|format=PDF|publisher=CANDU Owners Group Inc.|chapter=20 Xenon: A Fission Product Poison|accessdate=2011-5-11|archiveurl=https://web.archive.org/web/20110723231319/http://canteach.candu.org/library/20040720.pdf|archivedate=2011-07-23|url-status=dead}}</ref><ref>{{citation|journal = Journal of Environmental Radioactivity|title = Preliminary evaluation of 135Cs/137Cs as a forensic tool for identifying source of radioactive contamination|first1 = V. F.|last1= Taylor|first2 = R. D.|last2 = Evans|first3 = R. J.|last3= Cornett|doi = 10.1016/j.jenvrad.2007.07.006 |volume = 99 |issue = 1|year = 2008|pages = 109–118|pmid = 17869392}}</ref>。

セシウム137はバリウム137mへとベータ崩壊するため、[[ガンマ線]]の強い発生源である<ref>{{Cite web|url=http://www.epa.gov/rpdweb00/radionuclides/cesium.html|title=Cesium &#124; Radiation Protection|publisher=U.S. Environmental Protection Agency|date=2006-06-28|accessdate=2011-05-11|archiveurl=https://web.archive.org/web/20110315034747/http://www.epa.gov/rpdweb00/radionuclides/cesium.html|archivedate=2011-03-15|url-status=dead|url-status-date=2017-09}}</ref>。セシウム137はストロンチウム90と同様に主要な中寿命核分裂生成物となる。これらは使用済み核燃料の放射能の原因となり、使用後、数年から最高で数百年間の冷却を必要とする<ref>{{cite report|url=http://www.ieer.org/reports/transm/hisham.html |title=IEER Report: Transmutation – Nuclear Alchemy Gamble |publisher=Institute for Energy and Environmental Research |date=2000-05-24 |accessdate=2011-5-11|first=Hisham|last=Zerriffi}}</ref>。例えば、セシウム137とストロンチウム90は現在、[[チェルノブイリ原子力発電所事故]]の周囲の地域で発生している放射能の発生源の大部分を占めている<ref>{{cite report |url=http://www.iaea.org/Publications/Booklets/Chernobyl/chernobyl.pdf |title=Chernobyl's Legacy: Health, Environmental and Socia-Economic Impacts and Recommendations to the Governments of Belarus, Russian Federation and Ukraine |publisher=International Atomic Energy Agency |format=PDF |accessdate=2011-5-11 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20100215212227/http://www.iaea.org/Publications/Booklets/Chernobyl/chernobyl.pdf |archivedate=2010-02-15 |url-status=dead}}</ref>。セシウム137は中性子の捕獲率が低いため、中性子捕獲によるセシウム137の処理ができず、自然に崩壊するのを待たねばならない<ref>{{citation|doi=10.3327/jnst.30.911| title = Transmutation of Cesium-137 Using Proton Accelerator|first1 = Takeshi|last1= Kase|first2 = Kenji|last2= Konashi|first3 = Hiroshi|last3 = Takahashi|first4 = Yasuo|last4= Hirao|volume = 30|issue = 9|year = 1993|pages = 911–918|journal = Journal of Nuclear Science and Technology}}</ref>。

ほとんど全てのセシウムは、ベータ[[崩壊系列]]によって生成した中性子/陽子比の高いヨウ素とキセノンのベータ崩壊を通じて生成する<ref>{{citation|isbn = 978-1-56032-088-3|publisher = Taylor & Francis|year = 1992|first = Ronald Allen|last = Knief|url = https://books.google.co.jp/books?id=EpuaUEQaeoUC&pg=PA43&redir_esc=y&hl=ja|page= 42|chapter = Fission Fragments|title = Nuclear engineering: theory and technology of commercial nuclear power|accessdate=2011-5-11}}</ref>。ヨウ素やキセノンは揮発性であるため、核燃料や空気を通じて拡散し、放射性セシウムはしばしば初めに核分裂した場所から離れたところで生成する<ref>{{citation|title = 730. NSRRのパルス中性子照射によるUO<sub>2</sub>ペレットからのXe-137とI-137の放出| last = 石渡|first = 名澄|last2 = 永井|first2 = 斉|pages = 843–850|volume = 23|issue = 11|journal = 日本原子力学会誌|url =https://doi.org/10.3327/jaesj.23.843 |accessdate=2022-11-07}}</ref>。およそ[[1945年]]頃から始まった核実験によってセシウム137は空気中に放出され、[[放射性降下物]]の構成物質として地表に降り注いだ<ref name="USGS"/>。

人工的に作られる（[[ウラン]]の核分裂により生ずる）[[セシウム137]]は、[[半減期]]30.07年の放射性同位体である。
: <chem>^{235}_{92}U\ + ^1\mathit{n} -> ^{236}_{92}U -> ^{137}_{55}Cs\ + ^{96}_{37}Rb\ + 3^1\mathit{n}</chem>
体内に入ると血液の流れに乗って腸や肝臓にベータ線とガンマ線を放射し、[[カリウム]]と置き換わって筋肉に蓄積したのち、腎臓を経て体外に排出される。セシウム137は、体内に取り込まれてから体外に排出されるまでの100日から200日にわたってベータ線とガンマ線を放射し体内被曝の原因となるため、危険性が指摘されている。セシウム137に汚染された空気や飲食物を摂取することで、体内に取り込まれる。なお、[[ヨウ素剤]]を服用してもセシウム137の体内被曝を防ぐことはできない。セシウム137は医療用の放射線源に使われているが、[[1987年]]には、[[ブラジル]]の[[ゴイアニア]]で廃病院からセシウム137が盗難に遭った上、光るセシウム137の塊に魔力を感じた住民が体に塗ったり飲んだりしたことで250人が[[被曝]]、4人が死亡する大規模な被曝事件が発生している（[[ゴイアニア被曝事故]]）。

=== 生物濃縮 ===
植物（農作物）での移行係数 (TF) は、農作物中濃度 (Bq) ÷ 土壌中濃度 (Bq) で表される。カリウム (K) と似た挙動を示すとされているが、動物と植物での挙動は異なる。なお、観測されている「濃縮」は環境中と細胞内での電解質濃度の差に由来するものであり、Kに対して際だってCsを濃縮する様な生物種は観測されていない。代謝に伴って常に生体内のアルカリ金属、アルカリ土類金属は細胞を出入りしており、重金属の場合のような蓄積に起因する「濃縮」は生じないとされる。

==== 植物 ====
植物の種類および核種により移行係数は異なる。[[イネ]]、[[ジャガイモ]]、[[キャベツ]]を試料とした研究によれば、安定同位体のセシウム133と比較すると放射性のセシウム137は植物に移行しやすい。イネでは移行したセシウム元素の大部分が非可食部である[[わら]]などに含まれ、キャベツでは非可食部である外縁部のセシウムおよび[[ストロンチウム]]の濃度が高くなることが報告されている<ref name="Cs16107">{{citation|url=https://hdl.handle.net/10097/16107|title=環境中における放射性および安定同位体の移行と動態に関する研究|author=塚田 祥文|accessdate=2011-5-30}}</ref>。

==== 菌類 ====
降下した放射性物質が土壌の表層に多く存在するため、表層の物質を主な栄養源とする菌類の種では植物と比較すると、特異的に高い濃縮度を示すものがあり、屋外で人工栽培される[[シイタケ]]や[[マイタケ]]でも濃度が高くなる傾向があることが報告されている<ref>{{citation|url=https://doi.org/10.3769/radioisotopes.57.753 |publisher=埼玉県衛生研究所、埼玉県農林総合研究センター、埼玉県保健医療部|title=-栽培キノコ及び培地中における放射性セシウム濃度-|journal=RADIOISOTOPES|volume=Vol.57|year=2008|issue=No.12|pages=pp.753-757|accessdate=2011-5-30}}</ref>。

==== 魚類 ====
主に軟組織に広く取り込まれて分布し、生物濃縮により魚食性の高い魚種（[[カツオ]]、[[マグロ]]、[[タラ]]、[[スズキ (魚)|スズキ]]など）での高い濃縮度を示すデータが得られているが、底生生物を主な餌とする魚種（カレイ、ハタハタ、[[甲殻類]]、[[頭足類]]、貝類）では比較的濃縮度は低い。また大型の魚種ほど、濃縮度が高くなることが示唆されている。若い魚や高水温域に生息する魚ほど、代謝が良く排出量が多くなるため蓄積量は少ないと考えられている。体内に取り込まれる経路は、餌がほとんどであるが、鰓を通じて直接取り込まれる経路もあり、それぞれの経路の比率についてのデータは不足している<ref>{{citation|url=https://doi.org/10.3769/radioisotopes.48.266|title=海産生物と放射能 ―特に海産魚中の<sup>137</sup>Cs濃度に影響を与える要因について|author=笠松 不二男|publisher=(財) [[海洋生物環境研究所]]|accessdate=2011-5-30}}</ref>。メスのコモンカスベの体重と、体内に含まれる、137Cs/134Cs の比の間に、相関関係があるとの報告がある<ref>{{citation|url=http://www.asianjournalofchemistry.co.in/user/journal/viewarticle.aspx?ArticleID=25_14_121|title=Accumulation of a Specific Nuclide by Feminam Okamejei kenojei spp.|author=Katsura Hidemitsu|publisher=Asian Journal of Chemistry|accessdate=2014-11-06}}</ref>。

== 用途 ==
=== 石油開発 ===
現代でのセシウムの主要な用途のうちの一つは、石油採掘産業におけるギ酸セシウムを使った{{仮リンク|掘穿泥水|en|Drilling fluid}}である<ref>{{Cite web|title=NATIONAL INDUSTRIAL CHEMICALS NOTIFICATION AND ASSESSMENT SCHEME|url=http://www.formatebrines.com/Portals/2/Reports/CsF_AustraliaRA-2001.pdf|format=pdf|pages=p. 7|publisher=Cabot Corporation|date=17 October, 2001|accessdate=2011-5-4}}</ref>。ギ酸セシウム水溶液 (HCOO<sup>-</sup>Cs<sup>+</sup>) は水酸化セシウムと[[ギ酸]]との反応によって作られ、[[1990年代]]半ばに[[油井]]を掘削する際の仕上流体として開発された。掘穿泥水は油井を掘る際に用いられる溶液であり、これを掘削ドリルから噴出させて地表へと循環させることで地層を掘り進める際に発生する土砂を地表へと運びだし、常に掘削ドリルから噴出させることで、刃先の冷却と潤滑を行なって掘削効率を向上させる。同時に、採掘抗がこの溶液で満たされることによって適度な内圧が保たれ、採掘抗の[[落盤|崩落]]を防ぐとともに[[地下水]]の混入を防ぐなど、油井の掘削に欠かせない様々な機能が要求される<ref name=USGS/><ref>{{Cite book|和書|title=知ってますか「石油の話」|year=1990|publisher=化学工業日報社|pages=40-41|isbn=4873260701}}</ref>。ギ酸セシウム溶液はこのような特性要求を十分に満たしている<ref name=USGS/>。

ギ酸セシウム溶液の密度は最高 2.3 g/cm<sup>3</sup> と高い<ref name="Down">{{cite conference|df = ja|conference = IADC/SPE Drilling Conference|date = February 2006|location = Miami, Florida, USASociety of Petroleum Engineers|first1 = J. D.|last1 = Downs|first2 = M.|last2 = Blaszczynski|first3 = J.|last3 = Turner|first4 = M.|last4 = Harris|doi = 10.2118/99068-MS|url = http://www.spe.org/elibinfo/eLibrary_Papers/spe/2006/06DC/SPE-99068-MS/SPE-99068-MS.htm|archiveurl = https://web.archive.org/web/20071012122901/http://spe.org/elibinfo/eLibrary_Papers/spe/2006/06DC/SPE-99068-MS/SPE-99068-MS.htm|archivedate = 2007-10-12|title = Drilling and Completing Difficult HP/HT Wells With the Aid of Cesium Formate Brines-A Performance Review|url-status=dead}}</ref>。また、[[ギ酸カリウム]]もしくは[[ギ酸ナトリウム]]と混ぜ合わせることで、密度を 1 g/cm<sup>3</sup> まで低下させることができる。他の多くの高密度な溶液に用いられる物質と違い、ギ酸セシウムは相対的に[[環境負荷]]が小さい<ref name="Down"/>。高密度であるために掘削流体中の有毒な[[浮遊物質]]の使用量を低減でき、また、多くのセシウム化合物がそうであるようにギ酸セシウムの反応性は比較的穏やかであるなど、環境的に大きな利点を有する。さらに生分解性であり、使用後にそのまま埋め立てることもできる。ギ酸セシウムはコストが高い点（1[[バレル]]およそ4,000ドル、2001年<ref>{{citation|last = Flatern|first = Rick|year = 2001|title = Keeping cool in the HPHT environment|journal = Offshore Engineer|issue = February|pages = 33–37}}</ref>）が欠点であるが、[[リサイクル]]の可能性も検討されている。また、[[臭化亜鉛]] (ZnBr<sub>2</sub>) のような腐食性の高密度塩溶液と比較して、アルカリ金属のギ酸塩は扱いが安全であり、その腐食性の低さに起因して設備などの生産編成や採掘抗の金属素材に損傷を与えない。それらの要素はまた、使用後の洗浄と処分のコストがより少なく済むことも意味している<ref name="USGS"/>。

=== 原子時計 ===
[[File:Usno-mc.jpg|thumb|250px|原子時計の集合体（[[アメリカ海軍天文台]]）|alt=部屋の手前に黒い箱があり、6個の操作盤が5から6個のラックのスペースにそれぞれある。全てではないが、ほとんど棚は白い箱で埋まっている]]
セシウム133はセシウム[[原子時計]]の基準点に使われる。その時間は、セシウム133の超微細準位における電磁気的な遷移の観測によって決定される。最初の精密なセシウム原子時計は、1955年に[[イギリス国立物理学研究所]]において{{仮リンク|ルイ・エッセン|en|Louis Essen}}によって作られた<ref>{{citation|first1=L.|last=Essen|first2=J.V.L.|last2=Parry |year=1955 |title=An Atomic Standard of Frequency and Time Interval: A Cesium Resonator |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=176 |pages=280 |doi=10.1038/176280a0}}</ref>。それ以降、原子時計は半世紀の間繰り返し改善され、周波数測定に準拠した時間の規格の基本となっている。このような原子時計には10<sup>14</sup>分の2から3ほどの精度があり、これは1日に2ナノ秒もしくは140万年に1秒の時間のずれに一致する。最新のものでは10<sup>15</sup>分の1と、より改善された精度を有し、これは恐竜の絶滅した6500万年前以降の期間でおよそ2秒のずれしか生じない事を意味しており<ref name="USGS"/>、「人類が達成した中で最も高精度な単位」であると考えられている<ref name=USNO/>。

セシウム時計は、携帯電話における送信の計時や、インターネットにおける情報の流れの監視にも用いられる<ref>{{cite news|first = Monte|last = Reel|title = Where timing truly is everything|newspaper = Washington Post|page = B1|url = https://www.washingtonpost.com/ac2/wp-dyn/A25431-2003Jul21|accessdate = 2011-5-11 | date=2003-07-22}}</ref>。

=== 電力および電子機器 ===
セシウム蒸気を用いた熱電子発電は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する低出力の装置である。真空管のコンバーターを正極と陰極の間に置くことで、陰極の近くで蓄積される空間電荷を無効にすることができ、その際に電流の流れが強化される<ref>{{citation| last1 = Rasor| first1 = Ned S.| first2 = Charles|last2 =Warner| title = Correlation of Emission Processes for Adsorbed Alkali Films on Metal Surfaces| journal = Journal of Applied Physics| volume = 35| issue = 9| pages = 2589–2600| date = September 1964|doi = 10.1063/1.1713806}}</ref>。

光エネルギーを電流に変換する[[光電効果|光電特性]]の意味でもまた、セシウムは重要である。金属間化合物である K<sub>2</sub>CsRb のようなセシウムベースの陰極は電子の放出のための立上がり電圧が低いため、セシウムは光電セルに用いられる<ref>{{cite web|url=http://www.americanelements.com/cs.html |title=Cesium Supplier & Technical Information |publisher=American Elements |accessdate=2011-5-11}}</ref>。セシウムを用いた光電デバイスの範囲は、光学的な文字認識システムや電気光電子増倍管、撮像管にまでおよぶ<ref>{{citation|doi=10.1063/1.3215593|title = K <sub>2</sub>CsSb Cathode Development| journal = American Institute of Physics Conference Proceedings |year = 2009|volume = 1149| pages = 1062–1066 | first1 =John|last1 = Smedley| first2 =Triveni|last2 = Rao| first3 =Erdong|last3 = Wang |last4=Crabb |first4=Donald G. |last5=Prok |first5=Yelena |last6=Poelker |first6=Matt |last7=Liuti |first7=Simonetta |last8=Day |first8=Donal B. |last9=Zheng |first9=Xiaochao}}</ref><ref>{{citation|first = P.|last = Görlich|title = Über zusammengesetzte, durchsichtige Photokathoden|journal = Zeitschrift für Physik|volume = 101|pages = 335–342|year =1936|doi =10.1007/BF01342330}}</ref>。とはいえ、感光性材料の用途には、[[ゲルマニウム]]やルビジウム、[[セレン]]、[[ケイ素]]、[[テルル]]および他の元素をセシウムの代替とすることができる<ref name="USGS"/>。

ヨウ化セシウム (CsI)、臭化セシウム (CsBr)、フッ化セシウム (CsF) の結晶は、ガンマ線および[[エックス線]]の検出に適したものとして、鉱物の調査や[[素粒子物理学]]の研究において広範囲に用いられ、[[シンチレーション検出器]]におけるシンチレーターに使われる。セシウムは重い元素であるため[[阻止能]]が向上でき、優れた検出感度を発揮させることができる。セシウムの化合物はまた、より早い応答能 (CsF) や、より低い吸湿性 (CsI) にも寄与する。

セシウムの蒸気は、多くの一般的な[[磁気センサ]]に用いられる<ref>{{citation|doi = 10.1007/s00340-005-1773-x|title = Comparison of discharge lamp and laser pumped cesium magnetometers|year = 2005|last1 = Groeger|first1 = S.|first2 = A. S.|first3 = A.|journal = Applied Physics B|volume = 80|pages = 645–654|last2 = Pazgalev|last3 = Weis}}</ref>。セシウムはまた、[[分光測色法|分光測色計]]の内部標準にも用いられる<ref>{{citation|url = https://books.google.co.jp/books?id=z9SzvsSCHv4C&pg=PA108&redir_esc=y&hl=ja|page = 108|isbn = 978-0-471-28572-4|chapter = Internal Standards|year = 1994|first1=Mary C.|last1=Haven|first2=Gregory A.|last2=Tetrault|first3=Jerald R.|last3=Schenken|publisher = John Wiley and Sons|location = New York|title = Laboratory instrumentation|accessdate=2011-5-11}}</ref>。他のアルカリ金属のようにセシウムは酸素に対する強い親和性を有し、真空管における「ゲッター」として用いられる<ref>{{citation|url=https://books.google.co.jp/books?id=1o1WECNJkscC&pg=PA391&lpg=391&redir_esc=y&hl=ja |title=Photo-electronic image devices: proceedings of the fourth symposium held at Imperial College, London, September 16–20, 1968|volume = 1|publisher = Academic Press|year = 1969|first = James D.|last = McGee|accessdate=2011-5-11|page = 391|work = 9780120145287|isbn=978-0-12-014528-7}}</ref>。金属セシウムの他の用途としては、高エネルギー[[レーザー]]、[[蛍光灯]]におけるグローランプのガス、セシウム蒸気[[整流器]]などが含まれる<ref name="USGS"/>。

=== 遠心分離 ===
塩化物 (CsCl) や硫酸塩 (Cs<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>)、[[トリフルオロ酢酸]]塩 (Cs(OCOCF<sub>3</sub>)) 溶液の高比重を利用して、一般的に[[分子生物学]]の分野において密度勾配超遠心法に用いられる<ref>Manfred Bick, Horst Prinz, "Cesium and Cesium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2005, Wiley-VCH, Weinheim. {{DOI|10.1002/14356007.a06 153}}.</ref>。この技術は主に、微量の[[ウイルス]]や[[細胞]]内の[[細胞小器官]]および断片、そして生体サンプルからの[[核酸]]などの分離に利用される<ref>{{citation|url = https://books.google.co.jp/books?id=1kn89nI2gUsC&pg=PA61&redir_esc=y&hl=ja|pages = 61–62|isbn = 978-0-89603-564-5|chapter = Gradient Materials|editor =Desai, Mohamed A.|year = 2000|publisher = Humana Press|location = Totowa, N.J.|title = Downstream processing methods|accessdate=2011-5-11}}</ref>。

=== 化学的用途 ===
[[File:Caesium chloride.jpg|thumb|alt=時計皿の上にのせられた白色粉末|塩化セシウム]]
セシウムの化学的用途は比較的少ない<ref>{{citation|last = Burt|first =R. O.|year = 1993|chapter= Cesium and cesium compounds|title = Kirk-Othmer encyclopedia of chemical technology|edition = 4th|place = New York|publisher = John Wiley & Sons|volume = 5|page =759|isbn = 978-0-471-15158-6}}</ref>。セシウム化合物によるドープ処理は、[[アクリル酸]]や[[アントラキノン]]、[[メタノール]]、[[無水フタル酸]]、[[スチレン]]、[[メタクリル酸メチル]]の[[モノマー]]および様々な[[オレフィン]]といった化合物の生産において、いくつかの金属イオン触媒の効果を強化するために用いられる。セシウムはまた、接触法による[[硫酸]]の生産において、触媒として用いられる[[五酸化バナジウム]]に添加される<ref>{{Cite web|和書|title=硫酸辞典|url=http://www.ryusan-kyokai.org/dic/dic.html|publisher=硫酸協会|accessdate=2011-5-4}}</ref>。

フッ化セシウムは、[[有機化学]]において[[塩基]]としてまれに用いられる<ref name="greenwood">{{citation|last1 = Greenwood|first1 = N.N.|last2 = Earnshaw|first2 = A.|title = Chemistry of the Elements|publisher = Pergamon Press|place = Oxford, UK|year = 1984|isbn = 0-08-022057-6}}</ref>。また、水を含まないフッ化物イオン源としても用いられる<ref>Gregory K. Friestad, Bruce P. Branchaud, Walter Navarrini, Maurizio Sansotera "Cesium Fluoride" in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis 2007, John Wiley & Sons. {{DOI|10.1002/047084289X.rc050.pub2}}</ref>。有機合成において、セシウム塩は時折カリウム塩やナトリウム塩の代替として、[[環化反応]]や[[エステル化]]反応、[[重合反応]]に用いられる。

=== 原子力および同位体の用途 ===
[[放射性同位体]]の[[セシウム137]]は[[コバルト60]]と同様に強い[[ガンマ線]]を発するので、産業用のガンマ線照射用の線源として用いられる重要な[[放射性同位体]]である。その利点として、およそ30年という半減期、核燃料サイクル由来のセシウム137を利用できること、そして最終的に安定なバリウム137となることが挙げられる。水溶性が高いため食物および医薬品への照射には適さないという欠点もある<ref name="Takeshi">{{cite web|url =http://earth1.epa.gov/radiation/docs/source-management/csfinallongtakeshi.pdf|title = The material flow of radioactive cesium-137 in the U.S. 2000|first = Takeshi|last = Okumura|date=2003-10-21|format=PDF| accessdate = 2011-5-11|publisher = United States Environmental Protection Agency}}</ref>。セシウム137は[[農業]]や[[放射線療法|癌治療]]、また、食品や下水汚泥、医療器具の殺菌などに使われている<ref name="USGS"/><ref>{{citation|last = Jensen|first = N. L.|year = 1985|title = Cesium, in Mineral facts and problems|publisher = U.S. Bureau of Mines|volume = Bulletin 675|pages = 133–138}}</ref>。放射線装置におけるセシウムの放射性同位元素は、特定の種類の癌を治療するために医療分野で用いられていた<ref>{{cite web|url=http://www.medicalnewstoday.com/articles/91994.php |title=IsoRay's Cesium-131 Medical Isotope Used In Milestone Procedure Treating Eye Cancers At Tufts-New England Medical Center|date= 2007-12-17 |publisher=Medicalnewstoday.com |accessdate=2011-5-11}}</ref> が、よりよい代替手段が出現したことと、セシウム源として使われていた塩化セシウムがその水溶性によって広範囲に及ぶ汚染を引き起こすことから、徐々にこれらのセシウム源は使われなくなっていった<ref>{{citation|url = https://books.google.co.jp/books?id=bk0go_-FO5QC&pg=PA22&redir_esc=y&hl=ja|isbn = 978-0-07-005115-7|chapter = Cesium-137 Machines|title = Radiation therapy planning|first = Gunilla Carleson|last = Bentel|publisher = McGraw-Hill Professional|year = 1996|page =22|accessdate=2011-5-11|pages = 22–23}}</ref><ref>{{citation|isbn = 978-0-309-11014-3| url =https://books.google.co.jp/books?id=3cT2REdXJ98C&redir_esc=y&hl=ja|title = Radiation source use and replacement: abbreviated version|author = National Research Council (U.S.). Committee on Radiation Source Use and Replacement|publisher = National Academies Press|year = 2008|accessdate=2011-5-11}}</ref>。セシウム137は、湿度や密度、水準測量、[[すきまゲージ]]を含む、様々な産業用測定器に用いられている<ref name="gauges">{{citation|chapter = Level and density measurement using non-contact nuclear gauges|isbn = 978-0-412-53400-3|url =https://books.google.co.jp/books?id=RwsoQbHYjvwC&pg=PA82&redir_esc=y&hl=ja|pages = 82–85|editor= Loxton, R., Pope, P.|year = 1995|publisher = Chapman & Hall|location = London|title = Instrumentation : A Reader|accessdate=2011-5-11}}</ref>。また、地質層の容積密度に対応する、岩層の電子密度を測定する検層装置にも用いられる<ref>{{citation|doi = 10.1146/annurev.ea.13.050185.001531|title = Downhole Geophysical Logging|year = 1985|last1 = Timur|first1 = A.|last2 = Toksoz|first2 = M. N.|journal = Annual Review of Earth and Planetary Sciences|volume = 13|page = 315}}</ref>。

セシウム137は、[[水文学]]において[[トリチウム]]と同様に用いられる。セシウム137は[[核兵器]]の爆発および[[原子力発電所]]からの放出物によって生み出される。1945年頃に開始され、1980年代まで続けられた核実験によってセシウム137は[[大気圏]]に放出され、すぐに水に吸収された。その期間における経年変化は、土壌や堆積物層の情報と関係付けることができる。セシウム134、およびより狭い範囲においてセシウム135もまた、原子力産業によるセシウムの放出量の算定に、水文学において用いられている。それらの同位体はセシウム133やセシウム137よりは存在量が多くないが、完全に人工的なものであることが利点である<ref>{{citation|first=Carol|last=Kendall |url=http://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/isoig/period/cs_iig.html |title=Isotope Tracers Project – Resources on Isotopes – Cesium|publisher=National Research Program – U.S. Geological Survey |accessdate=2011-5-11}}</ref><!--https://books.google.co.jp/books?id=pWDQnxd-r1UC&pg=PT360&redir_esc=y&hl=ja &pg=PT12 -->。

=== その他の用途 ===
[[ファイル:Ion engine.gif|thumb|300px|セシウムまたは水銀の用途として開発された静電荷電粒子推進器の概略図]]
惑星間での、あるいは惑星外への超長期間の航行を目的とした[[宇宙船]]のために設計された初期の[[イオンエンジン]]の推進剤として、セシウムおよび水銀が使われていた。電圧を印加した[[タングステン]]電極と接触させ、外殻の電子を奪うという方法でイオン化することにより、推進剤として用いられた。しかし、宇宙船の構成要素としてセシウムには腐食性についての懸念があったため、キセノンのような不活性ガスを推進剤として利用する方向へと開発は進んだ。キセノンは、地上でのテストにおいて取り扱いが簡単で、宇宙船に対する干渉がより少ない可能性がある<ref name="USGS"/>。結局、1998年から始まった実験的な宇宙船[[ディープ・スペース1号]]にはキセノンが使われた<ref>{{citation|doi =10.1063/1.1150468|title =NSTAR Xenon Ion Thruster on Deep Space 1: Ground and flight tests (invited)|year =2000|last1 =Marcucci|first1 =M. G.|last2 =Polk|first2 =J. E.|journal =Review of Scientific Instruments|volume =71|pages =1389–1400}}</ref><ref>{{citation|url = http://gltrs.grc.nasa.gov/reports/1999/TM-1999-209439.pdf|format = PDF|title = A Synopsis of Ion Propulsion Development Projects in the United States: SERT I to Deep Space I|first1 = James S.|last1 = Sovey|first2 = Vincent K.|last2 = Rawlin|first3 = Michael J|last3 = Patterson|publisher = NASA|accessdate = 2011-5-11|archiveurl = https://web.archive.org/web/20090629225625/http://gltrs.grc.nasa.gov/reports/1999/TM-1999-209439.pdf|archivedate = 2009-06-29|url-status=dead}}</ref>。しかしながら、推進力を得るためにセシウムのような液体金属イオンを加速する単純なシステムを使う電界放射式電気推進エンジンも作られている<ref>{{cite conference|df = ja|url=http://sgc.engin.umich.edu/erps/IEPC_2001/290_1.PDF |title=In-FEEP Thruster Ion Beam Neutralization with Thermionic and Field Emission Cathodes |format=PDF |accessdate=2011-5-11|conference = 27th International Electric Propulsion Conference| place = Pasadena, California|date= October 2001|pages=1–15}}</ref>。

[[硝酸セシウム]]は近赤外スペクトルにおいて強い光を発するため<ref>{{citation|doi = 10.1016/j.tca.2006.04.002|title = Determination of the temperature and enthalpy of the solid–solid phase transition of cesium nitrate by differential scanning calorimetry|year = 2006|last1 = Charrier|first1 = E.|first2 = E.L.|first3 = P.G.|first4 = H.M.|first5 = B.|first6 = T.T.|journal = Thermochimica Acta|volume = 445|pages = 36–39 |last2 = Charsley|last3 = Laye|last4 = Markham|last5 = Berger|last6 = Griffiths}}</ref>、LUU-19照明弾<ref>{{cite web|url = http://www.fas.org/man/dod-101/sys/dumb/luu19.htm|title = LUU-19 Flare|publisher = Federation of American Scientists|date = 2000-04-23|accessdate = 2011-5-11}}</ref> のような赤外線[[発炎筒|照明弾]]においてケイ素を燃焼させるための酸化剤・炎色発光剤として用いられる<ref>{{cite web|url=http://www.freepatentsonline.com/6230628.html |work=United States Patent 6230628|title=Infrared illumination compositions and articles containing the same |publisher=Freepatentsonline.com |accessdate=2011-5-11}}</ref>。セシウムはまた、[[SR-71 (航空機)|SR-71]]軍用機における[[排気ガス]]の[[レーダー反射断面積]]を減らすために用いられる<ref>{{citation|isbn = 978-1-84176-098-8|page = 47|title=Lockheed SR-71: the secret missions exposed|last=Crickmore|first = Paul F.|publisher=Osprey|year=2000}}</ref>。セシウムやルビジウムは[[電気伝導度]]を減少させるので、[[光ファイバー]]や[[ナイトビジョン|暗視装置]]の安定性と耐久性を向上させるため、炭酸塩として[[ガラス]]に添加される。フッ化セシウムやフッ化セシウムアルミニウムは、[[マグネシウム]]を含有した[[アルミニウム]]合金を[[ろう付け]]するために配合された[[融剤]]に用いられる<ref name="USGS"/>。

=== 開発段階の用途 ===
[[MHD発電]]システムは研究されているが、広く受け入れられることに失敗している<ref>{{citation|author = National Research Council (U.S.)| publisher = National Academy Press| year = 2001|title = Energy research at DOE—Was it worth it?|accessdate=2011-5-11|url = http://books.nap.edu/openbook.php?isbn=0309074487&page=52|isbn =978-0-309-07448-3|pages = 190–194}}</ref>。セシウム金属はまた、高温[[ランキンサイクル]]ターボ発電機の作動流体としての候補にも挙がっている<ref>{{citation|title =Economics of Cesium and Rubidium (Reports on Metals & Minerals)|publisher = Roskill Information Services|year = 1984|place = London, United Kingdom|author = Roskill Information Services |page = 51|isbn = 978-0-86214-250-6}}</ref>。セシウム塩はまた、ヒ素剤投与後の抗ショック剤としても検討されている。心臓の拍動に影響を与えるため、カリウム塩やルビジウム塩よりは使われる見込みが少ない。それらはまた、[[てんかん]]の治療にも用いられた<ref name="USGS"/>。

== 歴史 ==
[[File:Kirchhoff Bunsen Roscoe.jpg|thumb|セシウムを分光器で発見したグスタフ・キルヒホフ（左）とロベルト・ブンゼン（中央）| alt= 三人の中年男性。中央の一人は座っている。皆長い上着を着ており、左の背の低い男は髭が生えている。]]
[[File:CesiumRaiesSpectrales.jpg|thumb|left|180px|セシウムの発光スペクトル。この青色の輝線からセシウムと名付けられた。]]
[[1860年]]、ドイツの化学者[[グスタフ・キルヒホフ]]と[[ロベルト・ブンゼン|ロベルト・ヴィルヘルム・ブンゼン]]が[[バート・デュルクハイム]]([[:en:Bad Dürkheim]])の鉱泉の水から発見した<ref group="注">ブンゼンは[[アウルス・ゲッリウス]]の『アッティカの夜』2巻26章に書かれた[[ニギディウス・フィグルス]]による言葉 “Nostris autem veteribus caesia dicts est quae Graecis, ut Nigidus ait, de colore coeli quasi coelia.” より引用した。</ref><ref name="BuKi1861">{{citation|title = Chemische Analyse durch Spectralbeobachtungen |pages = 337–381 |first1 = G.|last1 = Kirchhoff |first2 = R.|last2 = Bunsen|authorlink1 = グスタフ・キルヒホフ|authorlink2 =ロベルト・ブンゼン|doi = 10.1002/andp.18611890702 |journal = [[Annalen der Physik|Annalen der Physik und Chemie]] |volume = 189 |issue = 7|year = 1861}}</ref><ref name="Weeks">{{citation|title = The discovery of the elements. XIII. Some spectroscopic discoveries |pages = 1413–1434|last = Weeks|first = Mary Elvira |doi=10.1021/ed009p1413|journal = [[Journal of Chemical Education]] |volume =9 |issue =8 |year = 1932}}</ref>。セシウムはキルヒホフとブンゼンが分光器を発明してからわずか1年後に発見された初めての元素であった<ref name="autogenerated1"/>。

セシウムの純粋な試料を得るためには、44,000 Lの鉱水を蒸発させて240 kgの濃縮塩溶液を作らなければならなかった。分離過程は以下のようなものである。まず[[アルカリ土類金属]]は[[硫酸塩]]もしくは[[シュウ酸塩]]として沈殿分離され、溶液中にはアルカリ金属類が残された。次に[[硝酸塩]]へと変換して[[エタノール]]で抽出することで、ナトリウムを含まない混合物が得られた。この混合液から、[[リチウム]]は[[炭酸アンモニウム]]によって沈殿させて分離された。カリウム、ルビジウムおよびセシウムは[[ヘキサクロリド白金(IV)酸]]によって不溶性塩を形成させた。これらのヘキサクロリド白金酸塩は、温水に対してわずかに溶解性の差異を示す。したがって、溶解性の低いセシウムおよびルビジウムのヘキサクロリド白金(IV)酸塩 ((Cs,Rb)<sub>2</sub>PtCl<sub>6</sub>) が分別晶出によってわずかに得られた。[[水素]]によるヘキサクロリド白金酸塩の還元の後、セシウムとルビジウムは炭酸塩のアルコールに対する溶解度の違いによって分離された。この過程によって、44,000 Lの鉱水から、9.2 gの[[塩化ルビジウム]]と7.3 gの塩化セシウムが得られた<ref name="BuKi1861"/>。

キルヒホフとブンゼンの二人は、このようにして得られた塩化セシウムを用いてこの新しい元素の原子量が123.35であると推定した（現在一般に認められている値は132.9である）<ref name="BuKi1861"/>。彼らは塩化セシウムの[[電気分解]]によって[[単体]]のセシウムを作ろうとしたが、金属の代わりに、肉眼での観察においても顕微鏡での観察においても金属物質であるというわずかな痕跡も示さない、青色の均一な物質が得られた。その結果、彼らはこれを亜塩化物 (Cs<sub>2</sub>Cl) であるとしたが、実際には恐らく[[コロイド]]状の金属と塩化セシウムの混合物であった<ref>{{citation|last=Zsigmondy|first=Richard |title=Colloids and the Ultra Microscope|publisher=Read books|year=2007|isbn=978-1-4067-5938-9|page=69|url=https://books.google.co.jp/books?id=Ac2mGhqjgUkC&pg=PAPA69&redir_esc=y&hl=ja#v=onepage&q&f=false|accessdate=2011-5-11}}</ref>。水銀[[アノード]]電極を用いた塩化物溶液の電気分解では、水の存在下ですぐさま分解するセシウムアマルガムが生じた<ref name="BuKi1861"/>。純粋な金属は結局、[[アウグスト・ケクレ]]とブンゼンのもとで博士号のための研究をしていたドイツの化学者カール・セッテルベルグによって単離された<ref name="Weeks"/>。1882年、セッテルベルグはシアン化セシウムの電気分解によって金属セシウムを作り出し、塩化物を原因とする問題を回避した<ref name="Sett">{{citation|title =Ueber die Darstellung von Rubidium- und Cäsiumverbindungen und über die Gewinnung der Metalle selbst|doi =10.1002/jlac.18822110105 |year =1882 |last1 =Setterberg |first1 =Carl |journal =Justus Liebig's Annalen der Chemie |volume =211 |pages =100–116}}</ref>。

歴史的に最も重要なセシウムの用途は、主に化学および電気の分野における研究開発向けであった。セシウムの極めて少ない用途としては、1920年代まではラジオの[[真空管]]に用いられていた。それには、真空管製造後の管内の余分な酸素を除去するゲッターとしての役目と、熱せられたカソードの[[電気伝導度]]を向上させるためのコーティング剤としての役目の二つの機能があった。セシウムは1950年代までは高性能な工業用金属として認められていなかった<ref>{{citation|last = Strod|first = A.J.|year = 1957|title = Cesium—A new industrial metal|journal = American Ceramic Bulletin|volume = 36|issue = 6| pages = 212–213}}</ref>。非放射性セシウムの用途には光電材料、[[光電子増倍管]]、赤外分光光度計の光学部品、いくつかの有機反応における[[触媒]]、[[シンチレーション検出器]]用の結晶、[[MHD発電]]などが含まれる<ref name=USGS/>。

1967年以降、[[国際単位系]]は時間の[[秒]]の単位の基準にセシウムの性質を用いた基準を採用している。国際単位系は、セシウム133原子の二つの[[基底状態]]における超微細準位間の移行と一致する、放射の9,192,631,770サイクルの長さを1秒と定義した<ref name=USNO>{{cite web|title = Cesium Atoms at Work|publisher=Time Service Department—U.S. Naval Observatory—Department of the Navy|url = http://tycho.usno.navy.mil/cesium.html|accessdate = 2011-5-11}}</ref>。1967年の第13回[[国際度量衡総会]]において、1秒の長さは「外部から疎外されない基底状態におけるセシウム133の超微細準位の移行によって発生もしくは吸収されるマイクロ波光線の9,192,631,770サイクルの時間」と定義された。

セシウムの放射性同位体であるセシウム137は、[[原子爆弾]]が投下された[[広島市]]と[[長崎市]]の両方で記録が残っている「[[黒い雨]]」（原子爆弾投下後に地上に「降下する」[[放射性降下物]]の一形態）に含まれていたと考えられていて、原子爆弾が投下後の広島における降雨範囲を特定するために土壌中のセシウム137の測定結果が利用されている。

また、[[文部科学省]]において放射性セシウム分析法が[[1963年]]に制定され、[[1976年]]に改訂されている<ref>{{Cite web|和書|date=1976 |url=http://www.kankyo-hoshano.go.jp/series/main_pdf_series_3.html |title=No.3 放射性セシウム分析法 |publisher=[[文部科学省]] |accessdate=2015-04-04}}</ref>。

== 産出 ==
[[File:Pollucite-RoyalOntarioMuseum-Jan18-09.jpg|thumb|セシウム鉱石のポルサイト|alt=A white mineral, from which white and pale pink crystals protrude]]
セシウムは[[地殻]]中に平均およそ3 ppmの濃度で存在していると見積もられており、比較的珍しい元素である<ref>{{citation|last1=Turekian|first1=K.K.|last2=Wedepohl|first2=K. H.|year=1961|title=Distribution of the elements in some major units of the Earth’s crust|journal=Geological Society of America Bulletin|volume=72|issue=2|pages=175–192|doi=10.1130/0016-7606(1961)72[175:DOTEIS]2.0.CO;2}}</ref>。これは、全ての元素の中で45番目の存在量であり、全ての金属の中では36番目である。それでもセシウムは、[[アンチモン]]や[[カドミウム]]、[[スズ]]、[[タングステン]]のような元素よりは豊富であり、[[水銀]]や[[銀]]よりは2桁多く存在するが、セシウムと化学的に密接に関連する[[ルビジウム]]はさらに30倍ほど多い<ref name=USGS/>。

その大きなイオン半径のため、セシウムは「[[不適合元素]]」の一つである<ref>{{cite web|url=http://www.asi.org/adb/02/13/02/cesium-occurrence-uses.html|title=Cesium as a Raw Material: Occurrence and Uses|first=Simon|last=Rowland|publisher=Artemis Society International|date=1998-07-04|accessdate=2011-5-11}}</ref>。[[マグマ]]が結晶化する過程で、セシウムは液相で濃縮され最後に結晶化する。したがってセシウムは、これらの濃縮過程によって形成される[[ペグマタイト鉱物]]に最も大きく[[堆積]]する。ルビジウムはカリウムと置換する性質があるが、セシウムはルビジウムほどすぐには置換しないため、アルカリ[[蒸発岩]]の[[カリ岩塩]]（シルビン、KCl）や[[カーナライト]] (KMgCl<sub>3</sub>•6H<sub>2</sub>O) には0.002%程度のセシウムのみしか含まれない。したがって、セシウムは[[鉱物]]ではほとんど見られない。パーセント単位のセシウムは[[緑柱石]] (Be<sub>3</sub>Al<sub>2</sub>(SiO<sub>3</sub>)<sub>6</sub>) および[[アボガドロ石]] ((K,Cs)BF<sub>4</sub>) で見られることがある。また、最高15重量パーセントの Cs<sub>2</sub>O を含むものとして密接に関連した鉱物[[ペツォッタイト]] (Cs(Be<sub>2</sub>Li)Al<sub>2</sub>Si<sub>6</sub>O<sub>18</sub>) が、最高8.4重量%の Cs<sub>2</sub>O を含むものとして希少鉱物の{{仮リンク|ロンドン石|en|Londonite}} ((Cs,K)Al<sub>4</sub>Be<sub>4</sub>(B,Be)<sub>12</sub>O<sub>28</sub>) が、セシウム濃度がより少なく広範囲にわたるものとして{{仮リンク|ローディズ石|en|rhodizite}}がある<ref name="USGS"/>。唯一の経済的に重要なセシウム源の鉱物は[[ポルサイト]] (Cs(AlSi<sub>2</sub>O<sub>6</sub>)) である。これらは、世界中において数か所しかないベグマタイト地帯でのみ見つかり、より商業的に重要な[[リチウム鉱石]]である[[リシア雲母]]および[[ペタライト]]と関連している。ペグマタイトの内部では、粒度が大きく、鉱物成分が強く分離していることで、採鉱のための良質な鉱物が形成されている<ref name="Cerny">{{citation|title=The Tanco Pegmatite at Bernic Lake, Manitoba: X. Pollucite|first1=Petr|last1=Černý|first2=F. M.|last2=Simpson|journal=Canadian Mineralogist|volume=16|pages=325–333|year=1978|url=https://rruff.geo.arizona.edu/doclib/cm/vol38/CM38_877.pdf|format=PDF|accessdate=2011-5-11}}</ref>。

世界で最も豊富なセシウム源の一つは、[[カナダ]]の[[マニトバ州]]のベルニク湖にある[[タンコ鉱山]]である。その鉱床には350,000[[トン]]のポルサイト鉱石が埋蔵されていると見積られており、これは世界の埋蔵量の2/3を占めているといわれている<ref name="Cerny"/><ref name="USGS-Cs2"/>。しかし、ポルサイトに含まれるセシウムの化学量論的容量は42.6%であるが、この鉱床から採掘された純粋なポルサイト試料ではおおよそ34%のセシウムしか含まれず、平均容量は24 重量%でしかない<ref name="USGS-Cs2">{{cite web|title=Cesium|last=Polyak|first=Désirée E.|url=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/cesium/mcs-2009-cesiu.pdf|format=PDF|publisher=U.S. Geological Survey|accessdate = 2011-5-11}}</ref>。商用のポルサイトでは19%を超えるセシウムを含む<ref>{{citation|last=Norton|first=J. J.|year=1973|chapter=Lithium, cesium, and rubidium—The rare alkali metals|editor=Brobst, D. A., and Pratt, W. P.|title=United States mineral resources|publisher=U.S. Geological Survey Professional|volume=Paper 820|pages=365–378|url=http://pubs.er.usgs.gov/usgspubs/pp/pp820|accessdate=2011-5-11}}</ref>。[[ジンバブエ]]の{{仮リンク|ビキタ|en|Bikita District}}におけるペグマタイト鉱床ではペタライトのために採掘されるが、かなりの量のポルサイトも含んでいる。注目に値する量のポルサイトは、[[ナミビア]]の[[エロンゴ州]]でも採掘されている<ref name="USGS-Cs2"/>。現在のセシウムの世界の鉱山からの採掘量は年間5から10トンであり、可採年数は数千年にもなる<ref name=USGS/>。

== 生産 ==
ポルサイト鉱石の採掘は選択的な過程であり、大部分の金属鉱山の操業と比較して小規模である。鉱石は砕かれたあと手作業で[[選鉱]]されるが、通常は濃縮工程を経ずそのまま磨り潰される。セシウムは主に酸による分解、アルカリによる分解、直接還元の三つの方法でポルサイトから抽出される<ref name=USGS/><ref name=Burt>{{citation|last = Burt|first = R. O.|year = 1993|chapter = Cesium and cesium compounds|title = Kirk-Othmer encyclopedia of chemical technology|edition = 4th|place = New York|publisher = John Wiley & Sons, Inc.|volume = 5|pages = 749–764|isbn = 978-0-471-48494-3}}</ref>。

酸分解において、ポルサイト中の[[ケイ酸塩]]は[[塩酸]] (HCl) や[[硫酸]] (H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>)、[[臭化水素|臭化水素酸]] (HBr)、[[フッ化水素|フッ化水素酸]] (HF) のような強酸によって溶解される。塩酸によって可溶性塩化物の混合物が作られ、不溶性の塩化セシウムの複塩はアンチモンとの複塩 (Cs<sub>4</sub>SbCl<sub>7</sub>) やヨウ素との複塩 (Cs<sub>2</sub>ICl)、[[セリウム]]との複塩 (Cs<sub>2</sub>(CeCl<sub>6</sub>) として沈殿する。これらを分離したのち、沈殿物として得られた純粋な複塩は分解され、水分を蒸発させることで純粋な塩化セシウムが得られる。硫酸を用いた方法では、セシウムミョウバン (CsAl(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>•12H<sub>2</sub>O) として直接不溶性の複塩が得られる。セシウムミョウバン中の[[硫酸アルミニウム]]は、ミョウバンを炭素と共に焼成することで不溶性の[[酸化アルミニウム]]に変化させ、可溶性の [[硫酸セシウム]] (Cs<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>) を水で抽出して水溶液とすることで分離される<ref name=USGS/>。

[[炭酸カルシウム]]および[[塩化カルシウム]]とともにポルサイトを焼成させることで不溶性のケイ酸カルシウムと可溶性の塩化セシウムが得られる。これを水もしくは希[[アンモニア水]] (NH<sub>4</sub>OH) で溶出させることで塩化セシウム溶液が得られる。この溶液を蒸発させることで塩化セシウムを得ることができ、反応させることでセシウムミョウバンもしくは炭酸セシウムを得ることもできる。商業的に採算の合う方法ではないが、真空中でカリウムまたはナトリウムもしくはカルシウムを用いて鉱石の直接還元させることで、直接金属セシウムを生産することができる<ref name=USGS/>。

塩類として採掘されたセシウムは、大部分が石油掘削などに利用するためギ酸セシウム (HCOOCs) に直接変換される。発展途上な市場へと供給するため、キャボット社 ([[:en:Cabot Corporation|Cabot Corporation]]) は1997年にカナダのマニトバ州ベルニク湖近郊のタンコ鉱山で、年間12,000[[バレル]]のギ酸セシウム溶液を生産する能力を有する工場を建設した<ref>{{citation|last1 = Benton|first1 = William|last2 = Turner| first2 = Jim|year = 2000|title = Cesium formate fluid succeeds in North Sea HPHT field trials|journal = Drilling Contractor|issue = May/June|pages = 38–41|url = http://www.iadc.org/dcpi/dc-mayjun00/m-cabot.pdf|format=PDF|accessdate=2011-5-11}}</ref>。セシウムの小規模生産物として主要なものは塩化セシウムおよび[[硝酸セシウム]]である<ref name=CEC>{{citation|isbn = 978-3-11-011451-5|url = https://books.google.co.jp/books?id=Owuv-c9L_IMC&pg=PA198&redir_esc=y&hl=ja|page = 198|author = transl. and rev. by Eagleson, Mary |year = 1994|publisher = de Gruyter|location = Berlin|title = Concise encyclopedia chemistry|accessdate=2011-5-11}}</ref>。

あるいは、鉱石から精製したセシウム化合物から金属セシウムが製造されることもある。塩化セシウムおよびその他のセシウムハロゲン化物はカルシウムもしくはバリウムによって700 {{℃}}から800 {{℃}}で還元され、次いで蒸留することによって金属セシウムが得られる。
: <chem>2CsCl + Ca -> 2Cs (^) + CaCl2</chem>
同様に、アルミン酸塩や炭酸塩、水酸化物も、[[マグネシウム]]によって還元することができる<ref name=USGS/>。金属セシウムはまた、溶融させたシアン化セシウム (CsCN) の[[電気分解]]によって単離することもできる。特に純粋でガスを含まないセシウムは、水溶性の硫酸セシウムとアジ化バリウムから作られるアジ化セシウム (CsN<sub>3</sub>) を390 {{℃}}で熱分解することによって得られる<ref name=Burt/>。真空下での利用では、二クロム酸セシウムを[[ジルコニウム]]と反応させることによって気体を副生させずに純粋なセシウム金属が生成する<ref name=CEC/>。
: <chem>Cs2Cr2O7 + 2 Zr -> 2 Cs + 2 ZrO2 + Cr2O3</chem>

[[2009年]]の純度99.8%の金属セシウムの価格は、メタルベースで1 g当たり10[[USドル|ドル]]（1オンス当たり280ドル）であるが、化合物はかなり安価である<ref name="USGS-Cs2"/>。

== 健康と安全性に対する危険性 ==
[[File:AirDoseChernobylVector.svg|thumb|300px|チェルノブイリ原発事故後における、空気中の総放射線量の時間変化と各々の同位体元素の割合。事故のおよそ200日後には、セシウム137は放射線源の最大の発生源となっている<ref>Data from the [http://atom.kaeri.re.kr/ OECD report] and ''The radiochemical Manual'' (2nd ed.) B.J. Wilson (1966).</ref>|alt=これは、チェルノブイリ原発事故後の経過時間の対数を横軸、放射性降下物由来のそれぞれの核種による放射線放出の割合を縦軸に取ったグラフである。様々な色の線で各時間における支配的な放射線源が示される。最初の5日間ほどはテルル132およびヨウ素132が、次の5日間はヨウ素131が、その後しばらくはバリウム140およびランタン140が、10日目から200日目まではジルコニウム95およびニオブ95が、そして最終的にはセシウム137が支配的になる。他の放射能を発生させている各種は主要な発生源とはなっていないが、50日後にピークに達する[[ルテニウム]]および、600日ほどでピークに達するセシウム134がある。]]

セシウム化合物は普通の人にとっては滅多に触れることがない物質だが、大部分のセシウム化合物はカリウムとセシウムの化学的類似性に由来するわずかな毒性がある。大量のセシウム化合物への曝露は刺激と痙攣を引き起こすが、それほどの量の自然中におけるセシウム源とは通常遭遇せず、環境化学においてセシウムは主要な汚染物質ではない<ref>{{citation|doi = 10.1080/10934528109375003|title = Cesium in mammals: Acute toxicity, organ changes and tissue accumulation|year = 1981|last1 = Pinsky|first1 = Carl|first2 = Ranjan|first3 = J. R.|first4 = Jasper|first5 = Claude|first6 = James|journal = Journal of Environmental Science and Health, Part A|volume = 16|pages = 549– 567 |last2 = Bose|last3 = Taylor|last4 = McKee|last5 = Lapointe|last6 = Birchall}}</ref>。[[ハツカネズミ属|マウス]]における塩化セシウムの[[半数致死量]] (LD<sub>50</sub>) の値は体重1 kgあたり2.3 gであり、これは[[塩化カリウム]]および[[塩化ナトリウム]]の値にほぼ等しい<ref>{{citation|doi = 10.1016/0041-008X(75)90216-1|title = Acute toxicity of cesium and rubidium compounds|year = 1975|last1 = Johnson|first1 = Garland T.|journal = Toxicology and Applied Pharmacology|volume = 32|pages = 239–245|pmid = 1154391|first2 = Trent R.|first3 = D. Wagner|issue = 2|last2 = Lewis|last3 = Wagner}}</ref>。

金属セシウムはもっとも反応性の高い元素のひとつであり、水との接触に際して非常に高い爆発性を有する。金属セシウムと水との反応によって生成する水素ガスは、その反応と共に放出される熱エネルギーによって加熱され、発火と激しい爆発を引き起こす。
: <chem>2 Cs + 2 H2O -> 2 CsOH + H2 (^)</chem>
{| class="wikitable floatleft"
! style="background:#f90"|NFPA 704
|-
| align="center"|{{NFPA 704|Health = 3|Flammability = 3|Reactivity = 2|Other = <s>W</s>}}
|-
| style="width:80pt"|金属セシウムに対する[[NFPA 704|ファイア・ダイアモンド]]表示
|}
そのような反応は他のアルカリ金属においても起こるが、セシウムにおいては、この爆発が冷水によっても十分引き金となり得るほどに強力である<ref name=USGS/>。金属セシウムは非常に強い自然発火性を持ち、空気中において自然に発火して水酸化物やさまざまな酸化物を形成する。水酸化セシウムは非常に強い塩基であり、[[ガラス]]は速やかに腐食される<ref name=RSC2>{{cite web|url=http://www.rsc.org/chemsoc/visualelements/pages/data/caesium_data.html |accessdate=2011-5-11|publisher=Royal Society of Chemistry|title=Chemical Data – Cesium – Cs|date=}}</ref>。

放射性物質の漏洩に由来して、同位体元素のセシウム134およびセシウム137は少量が生物圏に存在しているが、場所によって異なる放射能負荷の指標となる。放射性セシウムは放射性ヨウ素や放射性ストロンチウムなどの他の多くの核分裂生成物と比較すると人体に蓄積しにくい。他のアルカリ金属と同様に、放射性セシウムは[[尿]]と[[汗]]によって比較的早く排出される。一方で、放射性セシウムはカリウムとともに、[[果物]]や[[野菜]]などの植物の細胞に蓄積する傾向がある<ref>{{citation|doi = 10.1007/BF01376226|title = Accumulation of Cs and K and growth of bean plants in nutrient solution and soils|year = 1962|last1 = Nishita|first1 = H.|last2 = Dixon|first2 = D.|last3 = Larson|first3 = K. H.|journal = Plant and Soil|volume = 17|pages = 221–242}}</ref><ref>{{citation|doi = 10.1016/0265-931X(96)89276-9|title = Fate of cesium in the environment: Distribution between the abiotic and biotic components of aquatic and terrestrial ecosystems|year = 1996|last1 = Avery|first1 = S.|journal = Journal of Environmental Radioactivity|volume = 30|pages = 139–171 }}</ref><ref>{{citation|doi=10.1039/AN9921700487|title = Availability of cesium isotopes in vegetation estimated from incubation and extraction experiments|journal = Analyst|year = 1992| volume = 117|pages = 487–491|first1 =Brit |last1 =Salbu|first2 =Georg |last2 =Østby|first3 =Torstein H. |last3 =Garmo|first4 =Knut |last4 =Hove|pmid=1580386|issue=3}}</ref>。汚染された森で放射性のセシウム137を[[キノコ]]が[[子実体]]に蓄積することも示されている<ref>M Vinichuk, A F S Taylor, K Rosén, K J Johanson. Accumulation of potassium, rubidium and cesium ((133)Cs and (137)Cs) in various fractions of soil and fungi in a Swedish forest. ''Science of the total envrironment'' 03: 2010 [http://www.researchgate.net/publication/42541094_Accumulation_of_potassium_rubidium_and_caesium_((133)Cs_and_(137)Cs)_in_various_fractions_of_soil_and_fungi_in_a_Swedish_forest DOI: 10.1016/j.scitotenv.2010.02.024]</ref>。湖へのセシウム137の蓄積は[[チェルノブイリ原子力発電所事故]]後に強く懸念されていた<ref name=smithber05>{{citation|first1 = Jim T.|last1 = Smith| first2 = Nicholas A.|last2 = Beresford|title = Chernobyl: Catastrophe and Consequences|publisher = Springer|place = Berlin|isbn = 3-540-23866-2}}</ref><ref>{{citation|doi=10.1007/BF02197418|title =Radioactive isotopes of cesium in the waters and near-water atmospheric layer of the Black Sea|first1 =V. N. |last1 = Eremeev|first2 =T. V. |last2 =Chudinovskikh|first3 =G. F. |last3 =Batrakov|first4 =T. M. |last4 =Ivanova|volume = 2|issue = 1|year = 1991|journal = Physical Oceanography |pages = 57–64}}</ref>。[[国際原子力機関]]などは、セシウム137のような放射性物質は[[放射能兵器]]もしくは「[[汚い爆弾]]」に用いることが可能であると警告した<ref>{{citation|last = Charbonneau|first =Louis|date 2003-03-12|title = IAEA director warns of “dirty bomb” risk|newspaper = Washington Post|page = A15|url = https://www.washingtonpost.com/ac2/wp-dyn/A12629-2003Mar11|publisher=Reuters | date=2003-03-12 | accessdate=2011-5-11}}</ref>。[[チェルノブイリ原子力発電所事故]]で放出された放射性セシウムによる健康リスク調査でも、危険性の程度に関して様々な主張がある<ref>ユーリー・バンダジェフスキー著・久保田護訳『放射性セシウムが人体に与える 医学的生物学的影響:チェルノブイリ原発事故・被曝の病理データ 』合同出版・2011</ref><ref>[https://medical.nikkeibp.co.jp/leaf/all/hotnews/int/201104/519274.html チェルノブイリ事故調査結果を基に長崎大の山下俊一教授が明言「放射性セシウム汚染で疾患は増えない」] - 日経メディカル</ref><ref>[http://business.nikkeibp.co.jp/article/manage/20110323/219112/ 今の放射線は本当に危険レベルか、ズバリ解説しよう] - 日経ビジネス</ref>。

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
=== 注釈 ===
{{Reflist|group="注"}}
=== 出典 ===
{{Reflist|2}}

== 参考文献 ==
* {{Cite book|和書|author=F.A. コットン, G. ウィルキンソン|others=中原 勝儼|title=コットン・ウィルキンソン無機化学（上）|publisher=培風館|year=1987|edition=原書第4版|isbn=4-563-04192-0|ref=CW1987}}
* {{Cite book|和書|author=千谷利三|year=1959|title=新版 無機化学（上巻）|publisher=産業図書|ref=千谷1959}}

== 関連項目 ==
{{Sisterlinks
 | v = no
}}
* [[元素]]
* [[セシウムさん問題]] - 2011年8月に発生した、テレビ番組の不祥事。

== 外部リンク ==
* {{YouTube|Ft4E1eCUItI|Alkali metals in water ( Not the braniac version )}}{{en icon}} - セシウムと水の爆発反応
* {{Kotobank}}

{{元素周期表}}
{{セシウムの化合物}}
{{Normdaten}}
{{Good article}}

{{DEFAULTSORT:せしうむ}}
[[Category:セシウム|*]]
[[Category:元素]]
[[Category:アルカリ金属]]
[[Category:第6周期元素]]