Кобальт-60

Шаблон:Другие значения Шаблон:Нуклид 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^[1].

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно Шаблон:Nobr.

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

Образование и распад

Кобальт-60 является дочерним продуктом β⁻-распада нуклида ⁶⁰Fe (период полураспада составляет 2,6Шаблон:E лет^[2]):

_{26}^{60} F e \to_{27}^{60} C o + e^{-} + {\bar{ν}}_{e} .

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

^{60}_{27} C o \to^{60}_{28} N i + e^{-} + {\bar{ν}}_{e} .

Основное состояние ядра ⁶⁰Co имеет спин и чётность Шаблон:Math = 5⁺, а основное состояние дочернего ядра ⁶⁰Ni имеет Шаблон:Math = 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: Шаблон:Nobr (2⁺), Шаблон:Nobr (2⁺) и Шаблон:Nobr (4⁺).

Наиболее вероятным является испускание электрона и антинейтрино с суммарной энергией Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr или Шаблон:Nobr (в последнем случае вероятность составляет всего лишь 0,022 %)^[3]. После их испускания нуклид ⁶⁰Ni сразу находится, как правило, на одном из трёх энергетических уровней с энергиями 1,332, 2,158 и Шаблон:Nobr (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 Шаблон:Nobr и Шаблон:Nobr. Полная энергия распада кобальта-60 составляет Шаблон:Nobr.

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.^[4]^[5]

Применение

Кобальт-60 используется в производстве источников гамма-излучения с энергией около Шаблон:Nobr, которые применяются для^[6]:

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)^[7];
в системах контроля уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке стали.

Является одним из изотопов, применяющихся в радиоизотопных источниках энергии (РИТЭГах Шаблон:Nobr).