Thăm dò dầu khí

Có lẽ ứng dụng phổ biến nhất của xêsi hiện nay là trong các dung dịch khoan dựa trên xesi format (Cs(HCOO)) trong công nghiệp khai thác dầu mỏ.[10] Dung dịch gốc nước của xêsi format (HCOO−Cs+)—được tạo ra từ phản ứng của xêsi hydroxit với Axit formic—được phát triển giữa thập niên 1990 được sử dụng trong khoan giếng dầu và dung dịch hoàn thiện giếng. Chức năng của dung dịch khoan là bôi trơn mũi khoan, mang mùn khoan lên trên bề mặt, và duy trì áp suất thành hệ trong quá trình khoan giếng. Các dung dịch hoàn thiện hỗ trợ cho việc lắp đặt các thiết bị điều khiển (phần cứng) sau khi khoan nhưng phải trước khi khai thác để duy trì áp suất.[10] Tỷ trọng cao của format xêsi (tới 2,3 sg),[72] cùng với tính tương đối lành tính của các hợp chất Cs, làm giảm các yêu cầu đối với các chất rắn huyền phù tỷ trọng cao và có độc trong dung dịch khoan, làm cho nó có một số ưu thế đáng kể về mặt công nghệ, môi trường và công trình,[73][74]. Xêsi format có thể được trộn với kali và natri format để giảm tỉ trọng dung dịch xuống bằng với tỉ trọng của nước (1.0 g·cm−3). Hơn nữa, nó có thể tự phân hủy và tái sử dụng, và có thể được tái chế, đây là một điểm quan trọng vì chi phí cao của nó (khoảng $4.000  một Barrel năm 2001).[75] Các format kiềm thì an toàn trong vận chuyển và không phá hỏng thành hệ hoặc các kim loại chìm xuống lỗ khoan như những muối tỉ trọng cao ăn mòn thay thế (như dung dịch kẽm bromua ZnBr2); chúng cũng ít cần làm sạch hơn và giảm chi phí đổ thải.[10]

Đồng hồ nguyên tử

Xêsi cũng đáng chú ý vì các sử dụng trong đồng hồ nguyên tử, với độ chính xác ở mức giây trong hàng nghìn năm. Kể từ năm 1967, đơn vị đo lường thời gian của Hệ đo lường quốc tế (SI), giây, là dựa trên các thuộc tính của nguyên tử xêsi. SI định nghĩa giây bằng 9.192.631.770 chu kỳ bức xạ, tương ứng với sự chuyển trạng thái của hai mức năng lượng spin điện tử trong trạng thái tĩnh của nguyên tử Cs133. Đồng hồ xêsi chính xác đầu tiên được Louis Essen tạo ra năm 1955 ở National Physical Laboratory ở UK.[76] Các đồng hồ này được cải tiến theo định kỳ cứ mỗi nửa thế kỷ, và hình thành các tiêu chuẩn tuân thủ thời gian và đo đạc tần số, và được xem là "đơn vị chính xác nhất mà còn người từng đạt được."[71] Các đồng hồ này đo đạc tần số với sai số 2 đến 3 phần 1014, tương ứng với độ chính xác thời gian là 2 nano giây mỗi ngày, hoặc 1 giây trong 1,4 triệu năm. Phiên bản mới nhất có độ chính xác hơn 1/1015, tức là chúng lệch 1 giây trong 20 triệu năm.[10] Các đồng hồ xêsi cũng được dùng trong các mạng lưới quan sát thời gian trong truyền tín hiện điện thoại di động và truyền thông tin trên Internet.[77]

Năng lượng điện và điện tử

Các máy phát điện ion nhiệt bằng hơi xêsi là các thiết bị năng lượng thấp chuyển năng lượng nhiệt thành năng lượng điện. Trong bộ chuyển ống chân không hai điện cực, nó trung hòa điện tích trong khoảng không hình thành ở gần ca-tốt, và do vậy nó tăng cường dòng điện.[78]

Xêsi cũng có những đặc điểm quan trọng do tính quang điện của nó, theo đó năng lượng ánh sáng được chuyển thành dòng điện. Nó được dùng trong các tế bào quang điện do các ca-tốt gốc xêsi như hợp chất kim loại K2CsSb, có người điện thế thấp để phát ra electron.[79] Các thiết bị quang điện sử dụng xêsi như các thiết bị nhận dạng ký tự quang học, các đèn nhân quang điện, và các ống video camera.[80][81] Tuy nhiên, germani, rubidi, selen, silicon, telluri, và nhiều nguyên tố khác có thể thay thế xêsi trong các loại vật liệu cảm quang.[10]

Các tinh thể xêsi iodua (CsI), xêsi bromua (CsBr) và xêsi florua (CsF) được ứng dụng làm scintillator trong máy điềm scintillation trong nhiều nghiên cứu khoáng sản và vật lý hạt, vì chúng rất thích hợp để nhận dạng các tia phóng xạ gamma và tia X. Xêsi với vai trò là một nguyên tố nặng cung cấp năng lượng dừng tốt, có khả năng nhận dạng tốt hơn. Các hợp chất của xêsi cũng cung cấp chất phản ứng nhanh (CsF) và ít hút ẩm (CsI).

Hơi xêsi được dùng phổ biến trong từ kế.[82] Nguyên tố cũng được dùng làm chuẩn nội trong quang phổ học.[83] Giống các kim loại kiềm khác, xêsi có ái lực mạnh với ôxy và được sử dụng làm "thắng" (phanh) trong ống chân không.[84] Các ứng dụng khác ở dạng kim loại như tia laser năng lượng cao, đèn huỳnh quang, và chỉnh lưu.[10]

Dung dịch ly tâm

Do có tỉ trọng lớn, các dung dịch xêsi clorua, xêsi sulfat, và xêxi trifluoroacetat (Cs(O2CCF3)) được sử dụng phổ biến trong sinh học phân tử để tách lọc ly tâm.[85] Công nghệ này được ứng dụng chủ yếu trong tách các hạt virus, bào quan và các phần phân đoạn của tế bào, và các axit nucleic từ các mẫu sinh học.[86]

Hóa học và y học

Các ứng dụng về hóa của xêsi tương đối ít.[87] Doping với các hợp chất Xêsi được dùng để nâng cao hiệu quả một số chất xúc tác trong sản xuất chất hóa học như các monome axit acrylic, anthraquinone, etylen oxit, metanol, phthalic anhydrua, styren, metyl methacrylat, và nhiều olefin khác nhau. Nó cũng được sử dụng trong chuyển đổi xúc tác sulfur đioxit thành sulfur trioxit trong sản xuất axit sulfuric.[10]

Xêsi florua sử dụng thích hợp trong hóa vô cơ làm chất bazo,[21] hoặc nguồn anhydrous tạo ra ion florua.[88] Các muối Xêsi đôi khi thay các muối natri và kali trong tổng hợp hữu cơ như chất vòng hóa, ester hóa, và polymer hóa. Nó cũng được dùng trong dosimetry bức xạ thermoluminescent (TLD): Khi tiếp xúc với bức xạ, nó thu được những khuyết tật tinh thể do đó khi được nung nóng, chuyển thành phát ra ánh sáng thích hợp với liều nhậu được. Do vậy, việc đo đạc xung ánh sáng bằng đèn nhân quang điện có thể cho phép liều bức xạ tích tụ để có thể lượng hóa được.

Hạt nhân và đồng vị của nó

Xêsi-137 là một đồng vị phóng xạ rất phổ biến được sử dụng như nguồn phát tia gamma trong các ứng dụng công nghiệp. Ưu điểm của nó là có chu kỳ bán rã gần 30 năm, nó có trong chu trình nhiên liệu hạt nhân, và có 137Ba đồng vị bền cuối. Khả năng hòa tan lớn trong nước là một bất lợi làm cho nó không thích hợp với large pool irradiators trong việc cung ứng cho thực phẩm và dược phẩm.[89] Nó được dùng trong nông nghiệp, điều trị ung thư, và khử trùng vi sinh trong thực phẩm, bùn cống, và thiết bị phẫu thuật.[10][90] Các đồng vị phóng xạ của xêsi trong các thiết bị xạ trị được dùng trong lĩnh vực y học để trị các loại ung thư nhất định,[91] nhưng những thay thế tốt hơn trong trường hợp khẩn cấp và sử dụng xêsi clorua tan trong nước trong các nguồn có thể tạo ra sự ô nhiễm trên diện rộng, từ từ làm cho các xêsi này không thể sử dụng được nữa.[92][93] Xêsi-137 đã được sử dụng trong nhiều thiết bị đo đạc công nghiệp, như đo độ ẩm, tỉ trọng, thủy chuẩn, và đo bề dày.[94] Nó cũng được sử dụng trong các thiết bị đo địa vật lý giếng khoan để đo mật độ electron của các thành hệ đá, giá trị này tương tự như mật độ khối của thành hệ.[95]

Đồng vị 137 cũng được sử dụng trong các nghiên cứu thủy văn tương tự như sử dụng triti.Xêsi-137 là đồng vị con trong phản ứng phân hạch hạt nhân. Với việc bắt đầu thử nghiệm hạt nhân khoảng năm 1945, và tiếp tục những vụ thử sau đó trong suốt giữa thập niên 1980, xêsi-137 đã được giải phóng vào không khí và nó dễ dàng được hấp thụ trong các dung dịch. Việc biết sự thay đổi theo năm trong khoảng thời gian đó cho phép thiết lập mối quan hệ giữa đất và các lớp trầm tích. Xêsi-134, và các đồng vị ít phổ biến hơn là xêsi-135, cũng được sử dụng trong thủy văn bằng cách đo lượng xêsi đầu ra của công nghiệp hạt nhân. Trong khi chúng ít phổ biến hơn cả xêsi-133 hay xêsi-137, các đồng vị này có ưu điểm là được tạo ra độc lập từ các nguồn nhân tạo.[96]

Ứng dụng khác

Xêsi và thủy ngân từng được dùng làm nhiên liệu trong động cơ đẩy của các động cơ ion thời kỳ đầu trên tàu không gian với các chuyến hành trình rất dài. Phương pháp ion hóa là việc tách các electron lớp ngoài cùng từ nhiên liệu khi tiếp xúc với điện cực wolfram có điện thế. Các vấn đề quan tâm như hoạt động ăn mòn của xêsi đối với các bộ phận trên tàu không gian đã chuyển hướng phát triển sang ứng dụng nhiên liệu khí trơ, như xenon; loại này dễ xử lý trong các thí nghiệm ở mặt đất và ít có tiềm năng can thiệp trên phi thuyến không gian.[10] Cuối cùng, xenon đã được sử dụng trên phi thuyền thí nghiệm Deep Space 1 được phóng năm 1998.[97][98] Tuy nhiên, động cơ đẩy Field Emission Electric Propulsion sử dụng một hệ thống sơn giản các ion kim loại lỏng được tăng tốc như trường hợp của xêsi để tạo ra lực đẩy đã được chế tạo.[99]

Xêsi nitrat được sử dụng làm chất ôxy hóa và chất tạo màu để đốt silic trong pháo sáng hồng ngoại,[100] như pháo sáng LUU-19,[101] do nó phát ra nhiều ánh sáng trong quang phổ cận hồng ngoại.[102] Xêsi đã từng được sử dụng để giảm dấu vết khí thải động cơ trên màn hình radar của máy bay quân sự SR-71 Blackbird.[103] Xêsi cùng với rubidi đã được thêm vào dạng carbonat trong thủy tinh do nó giảm độ dẫn điện và tăng độ ổn định và độ bền của sợi quang học và các thiết bị quan sát ban đêm. Xêsi florua hoặc nhôm florua được sử dụng trong chất hỗ trợ cấu trúc hàn hợp kim nhôm có chứa magiê.[10]

Máy phát điện MHD-hệ thống phát điện đã được nghiên cứu nhưng không được chấp nhận rộng rãi.[104] Kim loại xê-si cũng được xem là chất lỏng làm việc trong các chu trình Rankine nhiệt độ cao của các máy phát điện turboelectric.[105] Các muối xê-si được đánh giá là chất chống sốc đã được sử dụng sau khi tiêm do nhiễm độc asen. Do ảnh hưởng của nó lên nhịp tim, tuy nhiên, chúng có vẻ ít được dùng hơn so với các muối kali hay rubidi. Chúng cũng được dùng để trị động kinh.[10]