Кобальт 60 остаточная радиация. Краткая характеристика основных групп радиоактивных веществ и клиническая картина вызываемых ими поражений. Новинка фирмы Хейнеса

Ко́бальт-60 , радиоко́бальт - радиоактивный нуклид химического элемента кобальта с атомным номером 27 и массовым числом 60. В природе практически не встречается из-за малого периода полураспада. Открыт в конце 1930-х годов Г. Сиборгом и Дж. Ливингудом в Калифорнийском университете в Беркли .

Кобальт-60 является наиболее долгоживущим из радиоактивных изотопов кобальта , имеет важные практические применения.

Образование и распад

Кобальт-60 является дочерним продуктом β − -распада нуклида 60 Fe (период полураспада составляет 2.6·10 6 лет ):

$\backslash mathrm\{\{\}^\{60\}\_\{26\}Fe\}\; \backslash rightarrow\; \backslash mathrm\{\{\}^\{60\}\_\{27\}Co\}\; +\; e^-\; +\; \backslash bar\{\backslash nu\}\_e.$

Кобальт-60 также претерпевает бета-распад (период полураспада 5,2713 года ), в результате которого образуется стабильный изотоп никеля 60 Ni :

$\backslash mathrm\{^\{60\}\_\{27\}Co\}\backslash rightarrow\backslash mathrm\{^\{60\}\_\{28\}Ni\}+\; e^-\; +\; \backslash bar\{\backslash nu\}\_e.$

Основное состояние ядра 60 Co имеет спин и чётность J π = 5 + , а основное состояние дочернего ядра 60 Ni имеет J π = 0 + . Поэтому бета-распад в основное состояние очень сильно подавлен в связи с большим изменением спина, которое потребовалось бы для такого перехода. Бета-распады 60 Co происходят лишь в возбуждённые состояния 60 Ni, имеющие большой спин: 1,332 МэВ (2 +), 2,158 МэВ (2 +) и 2,505 МэВ (4 +).

Наиболее вероятным является испускание электрона и антинейтрино с суммарной энергией 0,318 МэВ , 1,491 МэВ и 0,665 МэВ (в последнем случае вероятность составляет всего лишь 0,022 %) . После их испускания нуклид 60 Ni сразу находится, как правило, на одном из трёх энергетических уровней с энергиями 1,332, 2,158 и 2,505 МэВ (в зависимости от того, какую энергию унесла пара электрон/антинейтрино), а затем переходит в основное состояние, испуская гамма-кванты (3 уровня дают в комбинации 6 возможных энергий гамма-излучения) или передавая энергию конверсионным электронам . Наиболее вероятным является испускание квантов с энергией 1,1732 МэВ и 1,3325 МэВ . Полная энергия распада кобальта-60 составляет 2,823 МэВ .

Изомеры

• Избыток массы: −61 590,4(6) кэВ;
• Энергия возбуждения: 58,59(1) кэВ;
• Период полураспада: 10,467(6) мин;
• Спин и чётность ядра: 2 + .

Распад изомерного состояния происходит по следующим каналам:

• изомерный переход в основное состояние (вероятность ~100 %);
• β − -распад (вероятность 0,24(3) %) в никель-60.

Получение

Кобальт-60 получают искусственно, подвергая единственный стабильный изотоп кобальта 59 Co бомбардировке тепловыми нейтронами (в атомном реакторе или с помощью нейтронного генератора).

Применение

Кобальт-60 используется в производстве источников гамма-излучения с энергией около 1,3 МэВ , которые применяются для :

• стерилизации пищевых продуктов, медицинских инструментов и материалов;
• активации посевного материала (для стимуляции роста и урожайности зерновых и овощных культур);
• обеззараживания и очистки промышленных стоков, твёрдых и жидких отходов различных видов производств;
• радиационной модификации свойств полимеров и изделий из них;
• радиохирургии различных патологий (см. «кобальтовая пушка », гамма-нож);

Кобальт-60 используется также в системах контроля уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке стали .

Является одним из изотопов, применяющихся в .

Кобальт-60 в культуре

• Французская пост-индастриал группа Cobalt 60 названа в честь данного изотопа.
• Реактор на кобальте-60 служил объектом религиозного поклонения в романе «Всемогущий атом» американского писателя-фантаста Роберта Силверберга .

См. также

Напишите отзыв о статье "Кобальт-60"

Примечания

Отрывок, характеризующий Кобальт-60

Приехав в Петербург, Пьер никого не известил о своем приезде, никуда не выезжал, и стал целые дни проводить за чтением Фомы Кемпийского, книги, которая неизвестно кем была доставлена ему. Одно и всё одно понимал Пьер, читая эту книгу; он понимал неизведанное еще им наслаждение верить в возможность достижения совершенства и в возможность братской и деятельной любви между людьми, открытую ему Осипом Алексеевичем. Через неделю после его приезда молодой польский граф Вилларский, которого Пьер поверхностно знал по петербургскому свету, вошел вечером в его комнату с тем официальным и торжественным видом, с которым входил к нему секундант Долохова и, затворив за собой дверь и убедившись, что в комнате никого кроме Пьера не было, обратился к нему:
– Я приехал к вам с поручением и предложением, граф, – сказал он ему, не садясь. – Особа, очень высоко поставленная в нашем братстве, ходатайствовала о том, чтобы вы были приняты в братство ранее срока, и предложила мне быть вашим поручителем. Я за священный долг почитаю исполнение воли этого лица. Желаете ли вы вступить за моим поручительством в братство свободных каменьщиков?
Холодный и строгий тон человека, которого Пьер видел почти всегда на балах с любезною улыбкою, в обществе самых блестящих женщин, поразил Пьера.
– Да, я желаю, – сказал Пьер.
Вилларский наклонил голову. – Еще один вопрос, граф, сказал он, на который я вас не как будущего масона, но как честного человека (galant homme) прошу со всею искренностью отвечать мне: отреклись ли вы от своих прежних убеждений, верите ли вы в Бога?
Пьер задумался. – Да… да, я верю в Бога, – сказал он.
– В таком случае… – начал Вилларский, но Пьер перебил его. – Да, я верю в Бога, – сказал он еще раз.
– В таком случае мы можем ехать, – сказал Вилларский. – Карета моя к вашим услугам.
Всю дорогу Вилларский молчал. На вопросы Пьера, что ему нужно делать и как отвечать, Вилларский сказал только, что братья, более его достойные, испытают его, и что Пьеру больше ничего не нужно, как говорить правду.
Въехав в ворота большого дома, где было помещение ложи, и пройдя по темной лестнице, они вошли в освещенную, небольшую прихожую, где без помощи прислуги, сняли шубы. Из передней они прошли в другую комнату. Какой то человек в странном одеянии показался у двери. Вилларский, выйдя к нему навстречу, что то тихо сказал ему по французски и подошел к небольшому шкафу, в котором Пьер заметил невиданные им одеяния. Взяв из шкафа платок, Вилларский наложил его на глаза Пьеру и завязал узлом сзади, больно захватив в узел его волоса. Потом он пригнул его к себе, поцеловал и, взяв за руку, повел куда то. Пьеру было больно от притянутых узлом волос, он морщился от боли и улыбался от стыда чего то. Огромная фигура его с опущенными руками, с сморщенной и улыбающейся физиономией, неверными робкими шагами подвигалась за Вилларским.
Проведя его шагов десять, Вилларский остановился.
– Что бы ни случилось с вами, – сказал он, – вы должны с мужеством переносить всё, ежели вы твердо решились вступить в наше братство. (Пьер утвердительно отвечал наклонением головы.) Когда вы услышите стук в двери, вы развяжете себе глаза, – прибавил Вилларский; – желаю вам мужества и успеха. И, пожав руку Пьеру, Вилларский вышел.
Оставшись один, Пьер продолжал всё так же улыбаться. Раза два он пожимал плечами, подносил руку к платку, как бы желая снять его, и опять опускал ее. Пять минут, которые он пробыл с связанными глазами, показались ему часом. Руки его отекли, ноги подкашивались; ему казалось, что он устал. Он испытывал самые сложные и разнообразные чувства. Ему было и страшно того, что с ним случится, и еще более страшно того, как бы ему не выказать страха. Ему было любопытно узнать, что будет с ним, что откроется ему; но более всего ему было радостно, что наступила минута, когда он наконец вступит на тот путь обновления и деятельно добродетельной жизни, о котором он мечтал со времени своей встречи с Осипом Алексеевичем. В дверь послышались сильные удары. Пьер снял повязку и оглянулся вокруг себя. В комнате было черно – темно: только в одном месте горела лампада, в чем то белом. Пьер подошел ближе и увидал, что лампада стояла на черном столе, на котором лежала одна раскрытая книга. Книга была Евангелие; то белое, в чем горела лампада, был человечий череп с своими дырами и зубами. Прочтя первые слова Евангелия: «Вначале бе слово и слово бе к Богу», Пьер обошел стол и увидал большой, наполненный чем то и открытый ящик. Это был гроб с костями. Его нисколько не удивило то, что он увидал. Надеясь вступить в совершенно новую жизнь, совершенно отличную от прежней, он ожидал всего необыкновенного, еще более необыкновенного чем то, что он видел. Череп, гроб, Евангелие – ему казалось, что он ожидал всего этого, ожидал еще большего. Стараясь вызвать в себе чувство умиленья, он смотрел вокруг себя. – «Бог, смерть, любовь, братство людей», – говорил он себе, связывая с этими словами смутные, но радостные представления чего то. Дверь отворилась, и кто то вошел.
При слабом свете, к которому однако уже успел Пьер приглядеться, вошел невысокий человек. Видимо с света войдя в темноту, человек этот остановился; потом осторожными шагами он подвинулся к столу и положил на него небольшие, закрытые кожаными перчатками, руки.
Невысокий человек этот был одет в белый, кожаный фартук, прикрывавший его грудь и часть ног, на шее было надето что то вроде ожерелья, и из за ожерелья выступал высокий, белый жабо, окаймлявший его продолговатое лицо, освещенное снизу.
– Для чего вы пришли сюда? – спросил вошедший, по шороху, сделанному Пьером, обращаясь в его сторону. – Для чего вы, неверующий в истины света и не видящий света, для чего вы пришли сюда, чего хотите вы от нас? Премудрости, добродетели, просвещения? кобальт 60 minutes, кобальт 60 seconds
Схема распада кобальта-60 Таблица нуклидов

Ко́бальт-60 , радиоко́бальт - радиоактивный нуклид химического элемента кобальта с атомным номером 27 и массовым числом 60. природе практически не встречается из-за малого периода полураспада. Открыт в конце 1930-х годов Г. Сиборгом и Дж. Ливингудом в Калифорнийском университете в Беркли.

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 41,8 ТБк.

• 1 Образование и распад
• 2 Изомеры
• 3 Получение
• 4 Применение
• 5 Кобальт-60 в культуре
• 6 См. также
• 7 Примечания

Образование и распад

Гамма-спектр распада кобальта-60. Видны линии, соответствующие энергиям 1,1732 и 1,3325 МэВ

Кобальт-60 является дочерним продуктом β−-распада нуклида 60Fe (период полураспада составляет 1,5(3)·106 лет):

.

Кобальт-60 также претерпевает бета-распад (период полураспада 5,2713 года), в результате которого образуется стабильный изотоп никеля 60Ni:

.

Наиболее вероятным является испускание электрона и антинейтрино с суммарной энергией 0,318 МэВ, 1,491 и 0,665 МэВ (в последнем случае вероятность составляет всего лишь 0,022 %). После их испускания нуклид 60Ni сразу находится, как правило, на одном из трёх энергетических уровней с энергиями 1,332, 2,158 и 2,505 МэВ (в зависимости от того, какую энергию унесла пара электрон/антинейтрино), а затем переходит в основное состояние, испуская гамма-кванты (3 уровня дают в комбинации 6 возможных частот гамма-излучения). Наиболее вероятным является испускание квантов с энергией 1,1732 МэВ и 1,3325 МэВ. Полная энергия распада кобальта-60 составляет 2,823 МэВ.

Изомеры

Известен единственный изомер 60Com со следующими характеристиками:

• Избыток массы: −61 590,4(6) кэВ;
• Энергия возбуждения: 58,59(1) кэВ;
• Период полураспада: 10,467(6) мин;
• Спин и чётность ядра: 2+.

Распад изомерного состояния происходит по следующим каналам:

• изомерный переход в основное состояние (вероятность ~100 %);
• β−-распад (вероятность 0,24(3) %).

Получение

Кобальт-60 получают искусственно, подвергая единственный стабильный изотоп кобальта 59Co бомбардировке нейтронами (в атомном реакторе, или с помощью нейтронного генератора).

Применение

Кобальт-60 используется в производстве источников гамма-излучения с энергией около 1,3 МэВ, которые применяются для:

• стерилизации пищевых продуктов, медицинских инструментов и материалов;
• активации посевного материала (для стимуляции роста и урожайности зерновых и овощных культур);
• обеззараживания и очистки промышленных стоков, твёрдых и жидких отходов различных видов производств;
• радиационной модификации свойств полимеров и изделий из них;
• радиохирургии различных патологий (см. «кобальтовая пушка», гамма-нож);
• гамма-дефектоскопии.

Также Кобальт-60 используется в системах контроля уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке стали. Является одним из изотопов, применяющихся в радиоизотопных источниках энергии.

Кобальт-60 в культуре

• Французская пост-индастриал группа Cobalt 60 названа в честь данного изотопа.
• Реактор на Кобальте-60 служил объектом религиозного поклонения в романе «Всемогущий атом» американского писателя-фантаста Роберта Силверберга.
• Зак Снайдер собирается снять фильм "Кобальт 60" о герое в маске по имени Кобальт 60, который мстит обидчику своей семьи Стронцию 90 в постапокалиптическом мире, где в основном живут мутанты, но иногда попадаются и удивительные существа.

См. также

• Радиационная авария в бухте Чажма
• Изотопы кобальта
• Радиологическое оружие
• Кобальтовая бомба

Примечания

1. 1 2 3 4 G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.». Nuclear Physics A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
2. 1 2 3 4 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.
3. U. S. environmental protection agency. Who discovered cobalt and cobalt-60? (англ.) (09.02.2009). Проверено 28 августа 2010. Архивировано из первоисточника 9 мая 2012.
4. WWW Table of Radioactive Isotopes (англ.). - Энергетические уровни 60Co. Проверено 28 августа 2010. Архивировано из первоисточника 9 мая 2012.
5. Радиационные технологии на Ленинградской атомной станции. (рус.). - Раздел: производство изотопа кобальта-60. Проверено 28 августа 2010. Архивировано из первоисточника 9 мая 2012.

кобальт 60 minutes, кобальт 60 seconds, кобальт 600, кобальт 602

Среди всех искусственных радиоактивных изотопов, используемых человечеством наиболее широкое применение нашел кобальт 60. Этот изотоп имеет сочетание высокой удельной активности, высокой энергии гамма-излучения, удобного периода полураспада и наличия всего одного природного стабильного изотопа (что упрощает трансмутацию). Фактически, источники гамма-излучения на базе кобальта 60 являются неким стандартным вариантом везде, где нужны фотоны с энергией больше 1 МэВ. Сегодня я расскажу, как получают и применяют этот изотоп.

Панорамный облучатель из кобальта 60 опущен в бассейн для обслуживания. Подобный облучатель способен создать мощность дозы до 2 млн рентген в час на расстоянии 20 см от поверхности.

Производство

Кобальт 60 является активационным изотопом, т.е. его получают в результате поглощения нейтронов природным кобальтом 59. Этот процесс имеет максимальную эффективность (37 барн) на тепловых нейтронах, поэтому в целом, для производства подходит практически любой реактор.

Крупнейшими производителями 60Co в мире являются канальные реакторы - тяжеловодные CANDU (Канадская АЭС Bruce, корейская Wolsong и аргентинская Embalse) и водно-графитовые РБМК, установленные на Ленинградской АЭС. Преимущество канальных реакторов - в возможности выгрузки и загрузки облучаемых мишеней независимо от рабочего цикла реактора.

Мишень для облучения кобальта в американском реакторе ATR.

Кстати, одним из последних значимых изменений на рынке кобальта стал проект по производству этого изотопа в бланкетах реактора БН-800, который обеспечивает большой нейтронный поток и позволяет получать продукт с высокой удельной активностью быстрее. Впрочем первый продукт появится не раньше 2019 года.

Сам процесс производства кобальта-60 относительно прост (относительно 238Pu, например). Различные формы металлического кобальта (дробь, проволока, цилиндрические элементы) помещаются в мишень из циркония или нержавеющей стали, устанавливаются в облучательное устройство и опускаются в реактор. После выдержки до нужной активности мишени извлекаются, вскрываются в горячей камере кобальт-60 сортируется по активности и переупаковывается в источники, после чего отгружается заказчику.

Элементы из природного кобальта, пенал с двойными стенками, устройство для транспортировки пеналов и контейнер с 27 сантиметровыми стенками из свинца и стали для перевозки весом почти 6 тонн.

Общее производство кобальта 60 в мире на сегодня порядка 75 миллиона кюри в год, которое делится на два типа: кобальт с низкой и среднеей активностью (до 100 кюри на грамм) и высокоактивный кобальт (250+ кюри на грамм). Последний считается высокотехнологичным продуктом и используется в основном в медицинских применениях, его выпуск составляет ~2,5 млн кюри в год. При стоимости одного кюри низкоактивного кобальта около 2 долларов за кюри и высокоактивного около 25$ за кюри общий рынок этого изотопа составляет ~200 млн долларов, превосходя по объемам рынки молибдена 99Mo и ядерно-легированного кремния. Кстати, по стоимости, похоже, это самый дешевый (или один из самых дешевых) радиоактивный гамма-эмиттер - как минимум в несколько раз дешевле 137Cs и 90Sr в пересчете на 1 кюри.

Облученные мишени с кобальтом с высокой удельной активностью в бассейне выдержки АЭС Bruce

Почему же 60Co настолько востребован (и рынок растет темпом 4% в год)? Кобальт 60 распадается в 60Ni излучая гамма-кванты с энергией ~1,3 МэВ, которые глубоко проникают практически в любые материалы и при этом обладают высокой ионизирующей способностью. При стерилизации это, например, позволяет “засвечивать” сразу большие объемы продукта, а при измерении толщины материала - измерять весьма толстые металлические детали, недоступные рентгеновским установкам.

Рост удельной активности кобальтовых мишеней при облучении в реакторе с потоком 10^14 н/см^2*c

Кроме того кобальт 60 имеет довольно удобный период полураспада - 5,27 года. С одной стороны чем выше период полураспада, тем дольше работает источник, но с другой стороны тем сложнее и дороже процесс его захоронения. В случае 60Co типичный пенал для панорамного облучателя (о них ниже), содержащий в начале около 6000-8000 Ки (100 грамм кобальта удельной активностью 60-80 Ки/г) через 20 лет использования имеет 431-576 Ки и может быть высвобожден из категории радиоактивных отходов через 120-130 лет, т.е. не требует дорогого подземного захоронения, а лишь хранения. В то же время гамма-эмитирующие изотопы с еще более коротким периодом полураспада, например 22Na с периодом полураспада 2,6 года и 192Ir с периодом полураспада 78 суток являются уже не такими удобными в плане частоты замены и сопутствующих объемов логистики (натрий кроме того, не находит широкого применения в силу химической активности и распухания источников от продукта распада - неона).

Еще немножко контейнеров для перевозки кобальта 60. Ежегодно в мире совершается около 1000 перевозок подобных контейнеров.

Основным конкурентом 60Co является небезизвестный осколочный изотоп 137Cs. К плюсам кобальта тут можно отнести:

• Более простой процесс получения, не требующий радиохимии
• Вдвое большая энергия гамма-излучения
• Цезий - крайне химический активный и летучий элемент.
• Высвобождение цезия 137 из категории радиоактивных отходов займет сотни лет.

Где же применяется Кобальт 60?

Стерилизация

Основным рынком, где используется 60Co, является стерилизация медицинских изделий и разнообразных продуктов питания, например специй, морепродуктов и манго. Обычно эти операции производятся на централизованных станциях стерилизации, где установлен панорамный облучатель, содержащий 2-4 миллиона кюри кобальта 60 и конвейер, перемещающий стерилизуемые продукты вокруг этого облучателя.

Панорамные облучатели набираются из таких пеналов из нержавеющей стали с таблетками кобальта. Пенал обычно имеет двойную стенку и проверяется на герметичность.

Гамма-стерилизация имеет две схожие альтернативы - рентгеновская стерилизация и стерилизация электронным лучом. Технологическое отличие последних двух типов в использовании небольшого ускорителя для создания потока электронов (и как вариант - рентгеновского излучения из этого потока электронов). Преимуществом кобальтовой стерилизации тут является более простое устройство и возможность работы с большими объемами облучаемого материала, а недостатком - невозможность “выключить” излучение (хотя это решается погружением облучателей в бассейн с водой), работой с большими количествами радиоактивного материала и более низкие доступные дозы по сравнению с электронным лучем.

План типичного центра гамма-стерилизации. Вокруг панорамного облучателя движется конвейер с облучаемой продукцией, камера обработки со всех сторон окружена биозащитой, а сам панорамный облучатель можно опустить вниз, в бассейн для работы с оборудованием облучательной камеры. Замена пеналов с кобальтом тоже осуществляется под водой.

Для типичного панорамного стерилизатора время облучения составляет от нескольких секунд (например, столько занимает стерилизация насекомых для подавления их популяции в природе) до 10 часов для фармацевтических наборов для внутривенного вливания или хирургического оборудования. При этом в камере стерилизации на конвейере может находится до нескольких тонн, т.е. общая производительность этого метода весьма высока.

Видео про работу гамма-стерилизационного центра.

Впрочем, несмотря на недостатки стерилизации электронным лучом (к ним можно отнести еще расходы на электроэнергию и работу только со слоем в 2-3 см), этот метод постепенно отвоевывает рынок у кобальтовой стерилизации из-за возможности поставить ускоритель в принципе в каждый большой госпиталь и не иметь проблем с логистикой.

МАГАТЭ оценивает, что в мире работает порядка 200 больших центров стерилизации с панорамными облучателями.

Промышленное применение

Существует несколько направлений, где используются источники с кобальтом 60 в промышленности. Самое старое и развитое - это толщинометры и плотномеры. Как понятно из названия, толщина материала с известной плотностью или плотность при известной толщине (например, содержание руды в пульпе) определяется по поглощению гамма-излучения от источника к детектору. В мире используются десятки тысяч подобных устройств, снабженные в основном источниками с 137Cs и 60Co, хотя иногда используются и такие изотопы, как 22Na. При этом, по сравнению с панорамными облучателями содержание радиоактивных изотопов тут невелико - обычно 1...10 кюри.

Наряду с другими использованиями одно из самых активных - измерение плотности и влажности грунта.

Еще более распространенным применением источников с кобальтом 60 является гамма-дефектоскопия - в основном толстых сварных швов (от 20 до 200 мм). Технология схожа с получением рентгеновских изображений, только большая толщина металла требует применения излучения с бОльшей энергией, чем может дать рентгеновская трубка. Гамма-дефектоскопы бывают разной мощности (расчитанные на разную толщину металла) и обычно содержат от 10 до 400 кюри кобальта 60. Так же находят применения более короткоживущие изотопы селен 75 и иридий 192.

Переносные лучи смерти, так же известные как излучающие головки гамма-дефектоскопов

Кроме перечисленного, источники с кобальтом находят применение (правда узкое) в качестве высотомеров, например посадочный аппарат КК “Союз” снабжен подобным устройством, измеряющим поток отраженных от поверхности гамма-квантов и оценивающим расстояние до нее. Подобная технология также используется для измерения высоты сыпучих веществ в емкостях, хотя никаких конкретных примеров производства, где бы был установлен такой измеритель я не нашел.

Внешне «Кактус» ничем особо не примечателен.

Наконец, важным применением является облучение пластиковых полимеров для улучшения их свойств. Если судить по этой брошюрке, улучшаются решительно все свойства пластиков за счет образования поперечных химических связей. В основном набор дозы достигается с помощью бета-излучения (т.е. луча электронов из ускорителя), однако примерно 25% таких операций выполняется с помощью панорамных излучателей, схожих с теми, что используются в стерилизации (более того, некоторые центры гамма-стерилизации выполняют и облучение пластиков на том же оборудовании).

Впрочем, в основном облучение пластиков производят на вот таких вот электростатических ускорителях электронов с энергией 0,7-1,5 МэВ, из-за их крайне высокой дозовой производительности.

Медицина

В 60х годах коллимированные источники гамма-излучения на основе радиокобальта были основным средством для радиотерапии.

Кобальт 60 активно используется в медицине, в основном в области терапии рака. Хотя этот радиоизотоп на сегодня практически вытеснен из стандартной лучевой терапии ускорительными источниками ионизирующего излучения, он все еще широко находит применение в гамма-ножах и брахитерапии.

Принцип действия и реальный гамма нож. На фотографии, очевидно, макеты источников, иначе бы фотограф получил бы несколько бэр в лучшем случае.

Гамма-нож, это устройство для радиохирургии опухолей в головном мозге. Технически, установка состоит из нескольких сотен коллимированных источников гамма-излучения, закрытых поглощающей шторкой, расположенных вокруг головы пациента. Для терапии лучи точечных источников пересекаются на опухоли, тем самым создавая в этом месте необходимую мощность дозы. Именно для гамма-ножа нужен кобальт-60 с высокой удельной активностью. Преимуществом 60Co тут является высокая энергия гамма-излучения, слабо поглощаемая тканью и практически моноэнергетичность излучения, в отличии от многих других медицинских изотопов.

Еще изображение гамма-ножа и стандартного источника, используемого в нем. Кобальт - это маленькие кусочки материала внизу изображения источника, остальное - это оболочки и коллиматор.

Вторым большим применением радиокобальта в медицине является брахитерапия - ввод в опухоль нескольких капсул с радиоизотопом для внутреннего облучения, особенно для тех случаев, когда нужен источник с гамма-излучением высокой энергии (например, рак груди). Здесь 60Co имеет преимущества меньшего повреждения излучением окружающих органов и возможности набора бОльших доз.

Радиоактивный источник для брахитерапии рака, устанавливаемый в тело пациента.

Наука

Кобальт является удобным изотопом для создания мощных полей гамма-излучения, которые используются в основном при исследовании изменения свойств материалов и оборудования под воздействием гамма-излучения. Например, улучшения свойств пластиков или определения радиационной стойкости микросхем. Порядка 30 подобных облучательных установок работает в лабораториях по всему миру.

Кроме того, кобальт 60 является одним из метрологических стандартов, на котором калибруется все оборудования для измерения мощности гамма-излучения.

Типичная лаборатория для калибровки измерительной аппаратуры - слева источник в защите (виден электропривод затвора), тележка для перемещения прибора с установленным поверочным радиометром.

Один из стандартных источников, по которым проверяют и калибруют дозиметры и радиометры у нас в стране.

Впрочем ученые могут использовать и другие игрушки, например 400 гигаваттный импульсный источник гамма-излучения HERMES-III

Выводы

Не смотря на то, что последние десятилетия источники ионизирующего излучения на базе 60Co вытесняются из некоторых ниш ускорительными ИИИ, этот дешевый и удобный изотоп остается широко используемым источником гамма-излучения. Для атомной индустрии, в свою очередь, он является одним из важнейших продуктов, который востребован за пределами самой индустрии. Более широкое применение радиокобальта, впрочем, сдерживается сложностью и дороговизной мер безопасности, которые приходится предпринимать при транспортировке и использовании радиоактивных материалов.

P.S. И про кобальтовую бомбу. Эта широко разрекламированная идея из 50х годов на деле имеет мало практического смысла. Во-первых в современных ядерных боеприпасах нет большого количества лишних нейтронов, что бы активировать заметные количества кобальта, во-вторых и сам этот процесс активации быстрыми нейтронами не сильно эффективен, в-третьих ядерных боеприпас за счет ступеней деления и так дает большие объемы радионуклидов, причем разных, наконец экспоненциальные профили выпадения осадков ядерного взрыва приводят к тому что, даже увеличив количество радионуклидов в 2-3 раза мы слабо увеличиваем зараженную территорию.

Теги:

• кобальт
• кобальтовая бомба
• радиоактивность
• ядерная медицина

Добавить метки

План:

Введение

• 1 Образование и распад
• 2 Изомеры
• 3 Получение
• 4 Применение
Примечания

Введение

Ко́бальт-60 , радио́кобальт - радиоактивный нуклид химического элемента кобальта с атомным номером 27 и массовым числом 60. В природе практически не встречается из-за малого периода полураспада. Открыт в конце 1930-х годов Г. Сиборгом и Дж. Ливингудом в Калифорнийском университете в Беркли .

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 41,8 ТБк.

1. Образование и распад

Гамма-спектр распада кобальта-60. Видны линии, соответствующие энергиям 1,1732 и 1,3325 МэВ

Кобальт-60 является дочерним продуктом β − -распада нуклида 60 Fe (период полураспада составляет 1,5(3)×10 6 лет):

.

Кобальт-60 также претерпевает бета-распад (период полураспада 5,2713 года), в результате которого образуется стабильный изотоп никеля 60 Ni:

.

Наиболее вероятным является испускание электрона и нейтрино с суммарной энергией 0,318 МэВ, 1,491 и 0,665 МэВ (в последнем случае вероятность составляет всего лишь 0,022 %) . После их испускания нуклид 60 Ni сразу находится, как правило, на одном из трёх энергетических уровней с энергиями 1,332, 2,158 и 2,505 МэВ (в зависимости от того, какую энергию унесла пара электрон/нейтрино), а затем переходит в основное состояние, испуская гамма-кванты (3 уровня дают в комбинации 6 возможных частот гамма-излучения). Наиболее вероятным является испускание квантов с энергией 1,1732 МэВ и 1,3325 МэВ. Полная энергия распада кобальта-60 составляет 2,823 МэВ.

2. Изомеры

Известен единственный изомер 60 Co m со следующими характеристиками :

• Избыток массы: −61 590,4(6) кэВ;
• Энергия возбуждения: 58,59(1) кэВ;
• Период полураспада: 10,467(6) мин;
• Спин и чётность ядра: 2 + .

Распад изомерного состояния происходит по следующим каналам:

• изомерный переход в основное состояние (вероятность ~100 %);
• β − -распад (вероятность 0,24(3) %).

3. Получение

Кобальт-60 получают искусственно, подвергая единственный стабильный изотоп кобальта 59 Co бомбардировке нейтронами (в атомном реакторе, или с помощью нейтронного генератора).

4. Применение

Кобальт-60 используется в производстве источников гамма-излучения с энергией около 1,3 МэВ, которые применяются для :

• стерилизации пищевых продуктов, медицинских инструментов и материалов;
• активации посевного материала (для стимуляции роста и урожайности зерновых и овощных культур);
• обеззараживания и очистки промышленных стоков, твёрдых и жидких отходов различных видов производств;
• радиационной модификации свойств полимеров и изделий из них;
• радиохирургии различных патологий (см. «кобальтовая пушка», гамма-нож);
• гамма-дефектоскопии.

Является одним из изотопов, применяющихся в радиоизотопных источниках энергии.

Примечания

1. 1 2 3 4 G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references. - www.nndc.bnl.gov/amdc/masstables/Ame2003/Ame2003b.pdf». Nuclear Physics A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003 - dx.doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
2. 1 2 3 4 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties - www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf». Nuclear Physics A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 - dx.doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
3. U. S. environmental protection agency Who discovered cobalt and cobalt-60? - www.epa.gov/rpdweb00/radionuclides/cobalt.html#discovered (англ.) (09.02.2009).
4. WWW Table of Radioactive Isotopes - nucleardata.nuclear.lu.se/NuclearData/toi/nuclide.asp?iZA=270060 (англ.) . - Энергетические уровни 60 Co.
5. Радиационные технологии на Ленинградской атомной станции. - www.laes.ru/content/proizv/tehnology/ort/ort.htm#02 . - Раздел: производство изотопа кобальта-60.

Радиоактивные изотопы, используемые при гамма-дефектоскопии .

Наиболее часто с целью гамма-дефектоскопии применяются Со60, Cs137, Cs134, Tu170, Se75 и Ir192. Источники могут быть в виде металлических проволочек и порошкообразных смесей, спрессованных в штифты и блоки различной суммарной активности. Последние более опасны в случае нарушения целости упаковки (алюминиевых, латунных или стальных ампул цилиндрической формы).

Кобальт-60 - гамма-излучатель, период полураспада 5.27 года, энергия гамма-излучения 1,17 и 1,33 Мэв. 1 кюри Со60 эквивалентно 1,57 г Ra.

Помимо применения для целей дефектоскопии, Со60 широко используется в качестве источника лучевой терапии в медицине, а также (наряду с изотопами железа и цинка) в качестве добавок к смесям для изучения свойств металлов и некоторых технологических процессов в машиностроении и металлургии.

Основные сведения по токсикологии кобальта изложены в работах Э. Б. Курляндской с сотрудниками (1963).

Критическими органами для кобальта являются печень и селезенка, в которых сосредоточивается до 30% активности всего тела. Всасывание соединений кобальта из желудочно-кишечного тракта и легких происходит крайне медленно и слабо (десятые и сотые доли процента от поступившего количества). При прохождении изотопа через кишечник и дыхательные пути основное облучение их происходит в ранние сроки, что и определяет клинические проявления этого периода.

Эффективный период полувыведения кобальта из организма человека - 9,5 дня. Выведение кобальта происходит преимущественно с калом, примерно 1/6 часть выделяется с мочой. Эффективная постоянная выведения из организма - λэфф или доля выводимого за сутки количества изотопа равна 7,3·10-2 (день-1).

Изотоп относится к категории средне- или слаботоксичных. Предельно допустимое содержание в организме при хроническом поступлении принимают равным 10 мккюри. Эта величина при однократном поступлении создает суммарную тканевую дозу во всем теле в 0,1 рад до полного распада и выведения из организма и, таким образом, обоснованно может быть признана безопасной. Показания к простейшим лечебным мероприятиям возникают лишь в том случае, если лучевая нагрузка на костную ткань в ближайшие 2 месяца от момента поступления будет равна или превысит 75 рад, что может быть в результате одномоментного поступления более 17 мкюри изотопа. Дозы на желудочно-кишечный тракт в этом случае будут достигать 100 рад за несколько дней. Случаев тяжелых отравлений радиокобальтом у человека не описано.

Радиоактивные изотопы, используемые для контроля и автоматизации технологических процессов (измерение толщин, плотностей, веса, счета предметов) . Источники бета-, гамма-, а также альфа-излучения в этих случаях, как правило, имеют небольшую суммарную активность (не более 100-150 мккюри) и потому потенциальная-опасность поступления их в организм невелика, тем более что они вмонтированы обычно в какие-либо приборы и хорошо герметизированы. Наиболее распространенным гамма-источником является Со60. В качестве бета-источников используются Sr90, TI204 и некоторые другие.