Кобальт-60 - Cobalt-60

Кобальт-60,  60 Co
Радиоактивный источник Co-60, активность 370 кБк.jpg
Общий
Условное обозначение 60 Co
Имена кобальт-60, Co-60
Протоны 27
Нейтронов 33
Данные о нуклидах
Природное изобилие след
Период полураспада 5,27 года
Изотопная масса 59.9338222 ед.
Вращаться 5+
Режимы распада
Режим распада Энергия распада ( МэВ )
β ( бета-распад ) 0,317
γ ( гамма-лучи ) 1.1732,1.3325
Изотопы кобальта
Полная таблица нуклидов
γ-спектр кобальта-60

Кобальт-60 ( 60 Co) - это синтетический радиоактивный изотоп кобальта с периодом полураспада 5,2713 года. Его производят искусственно в ядерных реакторах . Целенаправленное промышленное производство зависит от нейтронной активации массивных образцов моноизотопного и мононуклидного изотопа кобальта. 59
Co
. Измеримые количества также производятся как побочный продукт типичной эксплуатации атомной электростанции и могут быть обнаружены извне при возникновении утечек. В последнем случае (при отсутствии добавленного кобальта ) случайно полученные60
Co
во многом является результатом нескольких стадий нейтронной активации изотопов железа в стальных конструкциях реактора за счет создания его59
Co
предшественник. Самый простой случай последнего был бы результатом активации58
Fe
. 60
Co
подвергается бета-распаду до стабильного изотопа никель-60 (60
Ni
). Активированное ядро ​​никеля испускает два гамма-кванта с энергиями 1,17 и 1,33 МэВ , следовательно, общее уравнение ядерной реакции (активация и распад) выглядит следующим образом:

59
27
Co
+ п → 60
27
Co
60
28
Ni
+ е - +
ν
е
+ гамма-лучи.

Деятельность

В соответствии с его периодом полураспада, то радиоактивная активность одного грамма в60
Co
составляет 44  Тл Бк (около 1100 кюри ). Константа поглощенной дозы связана с энергией и временем распада. Для60
Co
он равен 0,35  мЗв / (ГБк · ч) на расстоянии одного метра от источника. Это позволяет рассчитать эквивалентную дозу , которая зависит от расстояния и активности.

Например, 60
Co
источник с активностью 2,8 ГБк, что эквивалентно 60 мкг чистого 60
Co
, генерирует дозу 1 мЗв на расстоянии одного метра в течение одного часа. Проглатывание60
Co
уменьшает расстояние до нескольких миллиметров, и та же доза достигается за секунды.

Источники тестирования, такие как те, которые используются для школьных экспериментов, имеют активность <100 кБк. В приборах неразрушающего контроля материалов используются источники с активностью 1 ТБк и более.

Высокие γ-энергии приводят к значительной разнице масс между 60
Ni
а также 60
Co
0,003  ед . Это составляет почти 20 Вт на грамм, что почти в 30 раз больше, чем у238
Пу
.

Разлагаться

Схема распада из60
Co
а также 60м
Co
.

На схеме показана (упрощенная) схема распада из60
Co
а также 60м
Co
. Показаны основные переходы β-распада. Вероятность заселения среднего уровня энергии 2,1 МэВ посредством β-распада составляет 0,0022% с максимальной энергией 665,26 кэВ. Передача энергии между тремя уровнями генерирует шесть различных частот гамма-излучения. На схеме отмечены два важных. Энергии внутреннего преобразования намного ниже основных уровней энергии.

60м
Co
является ядерный изомер из60
Co
с периодом полураспада 10,467 минут. Он распадается при внутреннем переходе к60
Co
, испускающих гамма-лучи 58,6 кэВ, или с малой вероятностью (0,22%) β-распадом на 60
Ni
.

Приложения

Досмотр автомобилей на Super Bowl XLI с использованием60
Co
гамма-сканер (2007)
Прототип облучателя для облучения пищевых продуктов с целью предотвращения порчи, 1984 г.60
Co
находится в центральных трубах

Главное преимущество 60
Co
заключается в том, что это излучатель гамма-излучения высокой интенсивности с относительно большим периодом полураспада, 5,27 года, по сравнению с другими источниками гамма-излучения аналогичной интенсивности. Энергия β-распада мала и легко экранируется; однако линии гамма-излучения имеют энергию около 1,3 МэВ и обладают высокой проникающей способностью. Физические свойства кобальта, такие как устойчивость к массовому окислению и низкая растворимость в воде, дают некоторые преимущества с точки зрения безопасности в случае нарушения защитной оболочки по сравнению с некоторыми другими источниками гамма-излучения, такими как цезий-137 . Основные области применения60
Co
находятся:

Кобальт обсуждался как элемент « соления », добавляемый к ядерному оружию , чтобы произвести кобальтовую бомбу , чрезвычайно «грязное» оружие, которое могло бы заразить большие территории. 60
Co
ядерные осадки , сделавшие их непригодными для жизни. Согласно одной из гипотетических схем, тампер оружия будет сделан из59
Co
. Когда бомба взорвалась, избыточные нейтроны от ядерного деления облучили кобальт и превратили его в60
Co
. Известно, что ни одна нация не занималась серьезными разработками этого типа оружия.

60
Co
игла, имплантированная в опухоли для лучевой терапии, около 1955 года.
60
Co
телетерапевтический аппарат для лучевой терапии рака, начало 1950-х годов.
Эксперимент по мутации растений Брукхейвена с использованием 60
Co
источник в трубе, центр.
60
Co
источник стерилизации мух в Программе искоренения мух 1959 г.

Вхождение

Нет естественного 60
Co
существует на земле; таким образом, синтетический60
Co
создается путем бомбардировки 59
Co
мишень с источником медленных нейтронов . Для этой цели можно использовать калифорний-252 , замедляемый водой, а также поток нейтронов в ядерном реакторе . В CANDU реакторах может быть использован для активации59
Co
, заменив стержни управления из нержавеющей стали на стержни из кобальта. В Соединенных Штатах он сейчас производится в BWR на АЭС Хоуп-Крик . Здесь вместо небольшого количества тепловыделяющих сборок заменены кобальтовые мишени.

59
Co
+ п → 60
Co

Безопасность

После попадания в живое млекопитающее (например, человека) некоторые из 60
Co
выводится с калом . Остальное поглощается тканями, в основном печенью , почками и костями , где длительное воздействие гамма-излучения может вызвать рак. Со временем абсорбированный кобальт выводится с мочой.

Загрязнение стали

Кобальт - это элемент, используемый для производства стали . Неконтролируемая утилизация60
Co
в металлоломе ответственен за радиоактивность, обнаруженную в некоторых продуктах на основе железа.

Приблизительно в 1983 году было завершено строительство 1700 квартир на Тайване, построенных из стали, загрязненной кобальтом-60. В течение 9–20 лет в этих зданиях проживало около 10 000 человек. В среднем эти люди по незнанию получили дозу облучения 0,4 Зв. Эта большая группа не страдала более высокой смертностью от рака, как предсказывала бы линейная беспороговая модель , но страдала более низкой смертностью от рака, чем население Тайваня в целом. Эти наблюдения кажутся совместимыми с моделью радиационного гормезиса .

В августе 2012 года Petco отозвала несколько моделей стальных мисок для корма для домашних животных после того, как таможня и пограничная служба США определили, что они излучают низкий уровень радиации. Источник излучения был определен как60
Co
что загрязнило сталь.

В мае 2013 года партия ремней с металлическими шипами, проданная интернет-магазином ASOS, была конфискована и помещена в хранилище радиоактивных материалов в США после положительного результата теста на60
Co
.

Инциденты с медицинскими источниками излучения

Во время радиационной аварии в Самутпракане в 2000 году вышедшая из употребления головка лучевой терапии, содержащая60
Co
источник хранился в незащищенном месте в Бангкоке , Таиланд, а затем случайно продан сборщикам металлолома. Не подозревая об опасности, сотрудник свалки демонтировал головку и извлек источник, который в течение нескольких дней оставался незащищенным на свалке. Десять человек, включая сборщиков металлолома и рабочих на свалке, подверглись воздействию высоких уровней радиации и заболели. Впоследствии трое рабочих со свалки погибли в результате облучения, которое оценивалось в более чем 6  Гр . После этого источник был благополучно обнаружен тайскими властями.

В декабре 2013 года грузовик, перевозивший вышедший из употребления источник телетерапии на 111 ТБк 60 Co из больницы в Тихуане в центр хранения радиоактивных отходов, был угнан на заправочной станции недалеко от Мехико . Вскоре грузовик был обнаружен, но было обнаружено, что воры сняли источник с его защиты. Он был найден заброшенным и нетронутым в поле неподалеку. Несмотря на ранние сообщения с мрачными заголовками, в которых утверждалось, что воры «вероятно обречены», лучевая болезнь была достаточно легкой, чтобы подозреваемые были быстро отпущены под стражу полиции, и, как известно, никто не умер в результате инцидента.

Паритет

В 1957 году Chien-Shiung Wu et al. обнаружил, что процесс β-распада нарушил четность , подразумевая, что природа имеет хиральность.

В эксперименте Ву ее группа выявила радиоактивный60
Co
ядер путем охлаждения источника до низких температур в магнитном поле. По наблюдениям Ву, большее количество β-лучей испускалось в направлении, противоположном ядерному спину. Эта асимметрия нарушает сохранение четности.

Поставщики

Аргентина , Канада и Россия являются крупнейшими поставщиками кобальта-60 в мире.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки


Зажигалка:
кобальт-59
Кобальт-60 является
изотопом из кобальта
Тяжелее:
кобальт-61
Продукт распада :
железо-60
Цепочка распада
кобальта-60
Распадается на:
никель-60