Кобальт-60

Кобальт-60
Схема распада кобальта-60
Название, символ	Кобальт-60, ^60Co
Альтернативные названия	радиокобальт
Нейтронов	33
Свойства нуклида
Атомная масса	59,9338171(7)[1] а. е. м.
Дефект массы	−61 649,0(6)[1] кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон)	8 746,745(10)[1] кэВ
Период полураспада	5,2713(8)[2] года
Продукты распада	^60Ni
Родительские изотопы	^60Fe
Спин и чётность ядра	5^+[2]
Канал распада Энергия распада β^− 2,82307(21)[1] МэВ
Таблица нуклидов
Медиафайлы на Викискладе

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[3].

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

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

Промышленный радиоисточник с изотопом ^60Co. Относительно небольшая активность (370 кБк или 10 мкКи) позволяет безопасно держать его в руках. Однако выпускаются источники с этим изотопом и с гораздо большей активностью, не позволяющие работать с ним без защиты

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 2,6⋅10^6 лет[2]):

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

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

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

Основное состояние ядра ^60Co имеет спин и чётность J^π = 5^+, а основное состояние дочернего ядра ^60Ni 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 ^60Co происходят лишь в возбуждённые состояния ^60Ni, 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 или 0,665 МэВ (в последнем случае вероятность составляет всего лишь 0,022 %)[4]. 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 энергий гамма-излучения) или передавая энергию конверсионным электронам. Наиболее вероятным является каскадное испускание гамма-квантов с энергией 1,1732 МэВ и 1,3325 МэВ. Полная энергия распада кобальта-60 составляет 2,823 МэВ.

Изомеры

Известен единственный изомер ^60mCo со следующими характеристиками[2]:

• 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 ^59Co бомбардировке тепловыми нейтронами (в ядерном реакторе или с помощью нейтронного генератора). Наиболее рентабельным является производство кобальта-60 на реакторах РБМК, так как в этом случае не требуется никакого дополнительного оборудования или мероприятий, а просто вместо штатных дополнительных поглотителей с карбидом бора устанавливаются сроком на 5 лет кобальтовые поглотители, включающие 1152 таблетки никелированного природного кобальта-59.[5][6]

Применение

Кобальт-60 используется в производстве источников гамма-излучения с энергией около 1,3 МэВ, которые применяются для[7]:

• стерилизации пищевых продуктов, медицинских инструментов и материалов;
• 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);
• дистанционной и внутриполостной гамма-терапии;
• гамма-дефектоскопии;
• определения консистенции (плотности) перекачиваемых по трубопроводам жидких смесей в составе приборов-консистометров (измерителей плотности)[8];
• в системах контроля уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке стали.

Является одним из изотопов, применяющихся в радиоизотопных источниках энергии (РИТЭГах и т. п.).

Кобальт-60 в культуре

• В фильме «Город страха» (1959) сюжет развёртывается вокруг похищения контейнера с кобальтом-60 в количестве, достаточном для уничтожения всего населения Лос-Анджелеса.
• Французская пост-индастриал группа «Cobalt 60» названа в честь данного изотопа.
• Реактор на кобальте-60 (хотя ядерный реактор, работающий на этом изотопе, в принципе невозможен, поскольку кобальт-60 не является делящимся изотопом, как и широко известные рутений-106, цезий-137 и стронций-90) служил объектом религиозного поклонения в романе «Всемогущий атом» американского писателя-фантаста Роберта Силверберга.
• У компании DC Comics есть комикс «Кобальт-60» (первый выпуск — 1968) с одноимённым главным героем. Он носит маску и хочет отомстить своему врагу по имени Стронций-90. По его мотивам и под таким же названием снимается фильм Зака Снайдера.
• В сериале «Касл» (3 сезон, 16-17 серии) главные герои подверглись облучению кобальта-60 и предотвратили взрыв бомбы с ним. Под угрозой находился Нью-Йорк.
• В сериале «9-1-1» (3 сезон, 9 серия) главные герои устраняли последствия аварии с участием грузовика, незаконно перевозившего кобальт-60.
• В видеоигре «Detroit: Become Human» кобальт-60 мог быть использован в качестве «грязной бомбы».
• В серии романов Виктора Пелевина "Transhumanism Inc." присутствовал "Кобальтовый гейзер", являвшийся оружием Судного дня для уничтожения жизни на Земле в случае падения государства Сердоболов.

См. также

• Радиационная авария в бухте Чажма
• Проект «Тайга»
• Изотопы кобальта
• Радиологическое оружие
• Кобальтовая бомба

Примечания

1. Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
2. Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 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.) (9 февраля 2009). Дата обращения: 28 августа 2010. Архивировано 8 мая 2012 года.
4. WWW Table of Radioactive Isotopes (англ.). — Энергетические уровни ^60Co. Дата обращения: 28 августа 2010. Архивировано 8 мая 2012 года.
5. гл. ред. П. А. Яковлев : На третьем энергоблоке Смоленской АЭС впервые приступили к производству промышленного радиоизотопа кобальта  (рус.). Атомная энергия 2.0 С. 95807. Росатом (1 июля 2019). Дата обращения: 26 мая 2022. Архивировано 26 мая 2022 года.
6. гл. ред. П. А. Яковлев : Росэнергоатом начал наработку уникального изотопа кобальта-60 на третьем энергоблоке Курской АЭС  (рус.). Атомная энергия 2.0 С. 125070. Росатом (26 мая 2022). Дата обращения: 26 мая 2022. Архивировано 26 мая 2022 года.
7. Радиационные технологии на Ленинградской атомной станции.  (рус.) — Раздел: производство изотопа кобальта-60. Дата обращения: 28 августа 2010. Архивировано из оригинала 30 июля 2009 года.
8. http://dp.vniims.ru/TSI/899008F5ABA99A434.pdf (недоступная ссылка)