stringtranslate.com

Кобальт-60

γ-спектр кобальта-60

Кобальт-60 ( 60 Co) — синтетический радиоактивный изотоп кобальта с периодом полураспада 5,2714 лет. [3] [4] : 39  Он производится искусственно в ядерных реакторах . Преднамеренное промышленное производство зависит от нейтронной активации объемных образцов моноизотопного и мононуклидного изотопа кобальта . 59Ко. [5] Измеримые количества также производятся как побочный продукт типичной работы атомной электростанции и могут быть обнаружены снаружи, когда происходят утечки. В последнем случае (при отсутствии добавленного кобальта ) случайно произведенные60
Ко
во многом является результатом многоэтапной нейтронной активации изотопов железа в стальных конструкциях реактора [6] путем создания его59
Ко
предшественник. Самый простой случай последнего будет результатом активации58Фе.60
Ко
подвергается бета-распаду до стабильного изотопа никеля-60 (60
Ни
). Активированное ядро ​​кобальта испускает два гамма-луча с энергиями 1,17 и 1,33 МэВ , поэтому общее уравнение ядерной реакции (активации и распада) имеет вид:59
27Ко
+ н →60
27Ко
→60
28Ни
+ е − + 2 γ

Активность

Учитывая период полураспада, радиоактивная активность грамма 60 Co близка к 42  ТБк (1100  Ки ). Константа поглощенной дозы связана с энергией распада и временем. Для 60 Co она равна 0,35  мЗв /(ГБк·ч) на расстоянии одного метра от источника. Это позволяет рассчитать эквивалентную дозу , которая зависит от расстояния и активности.

Например, 2,8 ГБк или 60 мкг 60Co генерируют дозу 1 мЗв на расстоянии 1 метра в течение часа. Проглатывание 60Co сокращает расстояние до нескольких миллиметров, и та же доза достигается в течение нескольких секунд.

Тестовые источники, например, те, что используются для школьных экспериментов, имеют активность <100 кБк. Приборы для неразрушающего контроля материалов используют источники с активностью 1 ТБк и более.

Высокие γ-энергии соответствуют значительной разнице масс между 60 Ni и 60 Co: 0,003  u . Это составляет около 20 Вт на грамм, что почти в 30 раз больше, чем у 238 Pu.

Разлагаться

Схема распада 60Co и 60mCo .​

На диаграмме показана упрощенная схема распада 60Co и 60mCo . Показаны основные переходы β-распада. Вероятность заселения среднего энергетического уровня 2,1 МэВ путем β-распада составляет 0,0022%, при максимальной энергии 665,26 кэВ. Передача энергии между тремя уровнями генерирует шесть различных частот гамма-излучения. [7] На диаграмме отмечены две важные из них. Энергии внутреннего преобразования значительно ниже основных энергетических уровней.

60m Co является ядерным изомером 60 Co с периодом полураспада 10,467 минут. [4] Он распадается путем внутреннего перехода в 60 Co, испуская гамма-лучи 58,6 кэВ, или с низкой вероятностью (0,22%) путем β-распада в 60 Ni. [7]

Приложения

Главное преимущество 60Co заключается в том, что он является высокоинтенсивным гамма-излучателем с относительно большим периодом полураспада, 5,27 года, по сравнению с другими источниками гамма-излучения аналогичной интенсивности. Энергия β-распада низкая 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 объемному окислению и низкая растворимость в воде, дают некоторые преимущества в плане безопасности в случае нарушения защитной оболочки по сравнению с некоторыми другими источниками гамма-излучения, такими как цезий-137 . Основные области применения 60Co :

Кобальт обсуждался как « солевой » элемент для добавления в ядерное оружие , чтобы создать кобальтовую бомбу , чрезвычайно «грязное» оружие, которое загрязнит большие территории радиоактивными осадками 60Co , сделав их непригодными для проживания. В одном из проектов тампер оружия будет сделан из 59Co . Когда бомба взорвется, нейтроны от ядерного деления облучат кобальт и превратят его в 60Co . Ни одна страна не занимается серьезной разработкой этого типа оружия.

Производство

60 Co не встречается в природе на Земле в значительных количествах, поэтому 60 Co синтезируется путем бомбардировки мишени 59 Co источником медленных нейтронов . Калифорний-252 , [ требуется ссылка ] замедленный водой, может быть использован для этой цели, как и поток нейтронов в ядерном реакторе . Реакторы CANDU могут быть использованы для активации 59 Co, путем замены стержней управления на кобальтовые стержни. [11] В Соединенных Штатах, по состоянию на 2010 год, он производится в кипящем реакторе на атомной электростанции Hope Creek . Кобальтовые мишени заменяются здесь для небольшого количества топливных сборок. [12] Тем не менее, более 40% всех одноразовых медицинских устройств стерилизуются с использованием60
Co с атомной электростанции Брюс . [13]

59 Со + н → 60 Со

Безопасность

Воздействие 60Co смертельно для человека и может привести к смерти (потенциально менее чем через час после острого воздействия). [14]

После попадания в живое млекопитающее (например, человека), при условии, что субъект не умирает вскоре после воздействия (как это может произойти в случаях острого воздействия), часть 60 Co выводится с калом . Остальная часть поглощается тканями, в основном печенью , почками и костями , где длительное воздействие гамма-излучения может вызвать рак. Со временем поглощенный кобальт выводится с мочой. [9]

Загрязнение стали

Кобальт содержится в стали . Неконтролируемая утилизация 60 Co в металлоломе является причиной радиоактивности некоторых железных изделий. [15] [16]

Около 1983 года было завершено строительство 1700 квартир на Тайване , которые были построены из стали, загрязненной кобальтом-60. Около 10 000 человек занимали эти здания в течение 9–20 лет. В среднем эти люди неосознанно получили дозу облучения 0,4 Зв. Некоторые исследования показали, что эта большая группа не страдала от более высокой смертности от рака, как предсказывала бы линейная беспороговая модель , но страдала от более низкой смертности от рака, чем население Тайваня в целом. Эти наблюдения подтверждают модель радиационного гормезиса [17] , однако другие исследования обнаружили воздействие на здоровье , которое искажает результаты .

В августе 2012 года компания Petco отозвала несколько моделей стальных мисок для корма для домашних животных после того, как Таможенная и пограничная служба США установила, что они излучают низкий уровень радиации, причиной которого, как было установлено, является 60Co , загрязнивший сталь. [18]

В мае 2013 года партия ремней с металлическими заклепками, продаваемых интернет-магазином ASOS, была конфискована и помещена в радиоактивное хранилище в США после положительного результата теста на 60Co . [19]

Инциденты с источниками медицинского излучения

Инцидент с радиоактивным загрязнением произошел в 1984 году в Сьюдад-Хуарес , Чиуауа , Мексика , из-за того, что частная медицинская компания незаконно приобрела установку лучевой терапии , а затем демонтировала ее из-за нехватки персонала для ее эксплуатации. Радиоактивный материал, 60 Co, оказался на свалке, где был продан литейным заводам, которые непреднамеренно сплавили его с другими металлами и произвели около 6000 тонн загрязненной арматуры . [20] Они были распределены по 17 мексиканским штатам и нескольким городам в Соединенных Штатах. По оценкам, в результате этого инцидента 4000 человек подверглись воздействию радиации. [20]

В радиационной аварии в Самут Пракане в 2000 году выведенная из эксплуатации головка радиотерапевтической установки, содержащая источник 60 Co, хранилась в неохраняемом месте в Бангкоке , Таиланд, а затем была случайно продана сборщикам металлолома. Не подозревая об опасности, работник свалки разобрал головку и извлек источник, который оставался незащищенным в течение нескольких дней на свалке. Десять человек, включая сборщиков металлолома и рабочих свалки, подверглись воздействию высоких уровней радиации и заболели. Трое рабочих свалки позже умерли от облучения, которое, по оценкам, составило более 6  Гр . После этого источник был благополучно извлечен тайскими властями. [21]

В декабре 2013 года грузовик, перевозивший вышедший из употребления источник телетерапии 111 ТБк 60 Co из больницы в Тихуане в центр хранения радиоактивных отходов , был угнан на заправочной станции недалеко от Мехико . [22] [23] Грузовик вскоре был найден, но воры вытащили источник из-под защиты. Он был найден нетронутым в соседнем поле. [23] [24] Несмотря на ранние сообщения с кричащими заголовками, утверждавшими, что воры «вероятно обречены», [25] лучевая болезнь была достаточно легкой, поэтому подозреваемых быстро отпустили под стражу, [26] и, как известно, никто не умер в результате инцидента. [27]

Другие инциденты

13 сентября 1999 года шесть человек попытались украсть 60 стержней Co с химического завода в городе Грозный , Чеченская Республика. [28] Во время кражи подозреваемые открыли контейнер с радиоактивным материалом и взяли его в руки, в результате чего погибли трое подозреваемых и трое остальных получили ранения. Подозреваемый, который держал материал прямо в руках, умер от радиационного облучения через 30 минут. Этот инцидент описывается как попытка кражи, но, как сообщается, некоторые стержни до сих пор отсутствуют. [29]

Паритет

В 1957 году Цзянь-Шюн Ву и др. обнаружили, что β-распад нарушает четность , что подразумевает, что природа имеет левосторонность. [30] В эксперименте Ву исследователи выровняли ядра 60 Co, охладив источник до низких температур в магнитном поле. Наблюдение Ву состояло в том, что больше β-лучей испускалось в направлении, противоположном ядерному спину. Эта асимметрия нарушает сохранение четности .

Поставщики

Аргентина, Канада, Индия и Россия являются крупнейшими поставщиками 60Co в мире. [31] И Аргентина, и Канада имеют (по состоянию на 2022 год) флот полностью тяжеловодных реакторов для выработки электроэнергии. Канада имеет CANDU во многих местах по всему Онтарио, а также на АЭС Point Lepreau в Нью-Брансуике, в то время как Аргентина имеет два поставленных Германией тяжеловодных реактора на АЭС Atucha и построенный Канадой CANDU на АЭС Embalse . У Индии есть несколько реакторов CANDU на Раджастханской атомной электростанции, используемых для производства 60Co . [32] В 2021 году мощность производства 60Co в Индии составила более 6  MCi ; эта мощность должна увеличиться с вводом в эксплуатацию большего количества реакторов CANDU на Раджастханской атомной электростанции. [33] Тяжеловодные реакторы особенно хорошо подходят для производства 60Co из-за их превосходной нейтронной экономичности и из-за того, что их способность к оперативной дозаправке позволяет вставлять мишени в активную зону реактора и удалять их по истечении заданного времени без необходимости холодного отключения . Кроме того, тяжелая вода, используемая в качестве замедлителя, обычно поддерживается при более низких температурах, чем теплоноситель в легководных реакторах , что позволяет использовать более низкую скорость нейтронов, что увеличивает нейтронное поперечное сечение и снижает скорость нежелательных (n,2n) «выбивных» реакций.

В популярной культуре

60 Co — материал, из которого изготовлена ​​ядерная боеголовка ракеты в фильме 1970 года «Под планетой обезьян» .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Измерения периода полураспада радионуклидов". Национальный институт стандартов и технологий . Архивировано из оригинала 12 августа 2016 года . Получено 7 ноября 2011 года .
  2. ^ "Chart of Nucleids". Национальный центр ядерных данных . Брукхейвенская национальная лаборатория . Архивировано из оригинала 22 мая 2008 года . Получено 25 октября 2018 года .
  3. ^ Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  4. ^ ab Экерман, К.; Эндо, А. (2008). Приложение А. Радионуклиды коллекции МКРЗ-07 . Публикация МКРЗ 107. Том 38. Международная комиссия по радиологической защите . С. 35–96. doi : 10.1016/j.icrp.2008.10.002 . ISBN 978-0-7020-3475-6. ISSN  0146-6453. LCCN  78647961. PMID  19285593. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  5. ^ Malkoske, GR; Slack, J.; Norton, JL (2–5 июня 2002 г.). Производство кобальта-60 в энергетических реакторах CANDU. 40 лет ядерной энергетики в Канаде = 40 annes d'e´nergie nucle´aire au Canada (конференция). Том 34. Канадское ядерное общество . С. 96 Мегабайт. ISBN 978-0919784697OCLC 59260021  – через Международное агентство по атомной энергии .(PDF-файл также находится в разделе FAQ по канадской ядерной тематике)
  6. ^ Радиационная защита Агентства по охране окружающей среды США : кобальт
  7. ^ ab "Таблица данных распада изотопов" . Получено 16 апреля 2012 г.
  8. ^ ab Гамма-излучатели для радиационной обработки (PDF) . МАГАТЭ . 2005. Архивировано из оригинала (PDF) 2018-08-27 . Получено 2012-04-16 .
  9. ^ abcd "Cobalt | Radiation Protection | US EPA". EPA . Архивировано из оригинала 13 апреля 2015 г. Получено 16 апреля 2012 г.
  10. ^ «Ядерный «контроль рождаемости» помогает хорватским фермерам, выращивающим фрукты, бороться с мухами». Reuters . 2 октября 2012 г. – через www.reuters.com.
  11. ^ «Производство изотопов: электростанции двойного назначения — Atomic Insights». atomicinsights.com . 1 июня 1996 г.
  12. ^ NJ.com, Билл Галло-младший | Для (12 ноября 2010 г.). «Реактор Hope Creek компании PSEG Nuclear снова в строю, начинается производство кобальта-60». nj .{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  13. ^ «Побочное предприятие в области ядерной энергетики: производство медицинских изотопов». Май 2020 г.
  14. ^ "Источник-сирота Грозного, 1999". www.johnstonsarchive.net . Получено 2024-05-27 .
  15. ^ "Информационное уведомление № 83-16: Загрязнение собственности компании Auburn Steel Company кобальтом-60". NRC Web .
  16. ^ "Lessons Learned The Hard Way". Бюллетень МАГАТЭ 47-2 . Международное агентство по атомной энергии. Архивировано из оригинала 18 июля 2010 года . Получено 16 апреля 2010 года .
  17. ^ Chen, WL; Luan, YC; Shieh, MC; Chen, ST; Kung, HT; Soong, KL; Yeh, YC; Chou, TS; Mong, SH; Wu, JT; Sun, CP; Deng, WP; Wu, MF; Shen, ML (25 августа 2006 г.). «Влияние воздействия кобальта-60 на здоровье жителей Тайваня предлагает новый подход, необходимый в радиационной защите». Dose-Response . 5 (1): 63–75. doi :10.2203/dose-response.06-105.Chen. PMC 2477708 . PMID  18648557. 
  18. ^ "Petco отзывает некоторые миски для домашних животных из нержавеющей стали из-за загрязнения кобальтом-60". 10 августа 2012 г. Получено 21 августа 2012 г.
  19. ^ "Asos Belts Seized Over Radioactive Studs". Sky News. 28 мая 2013 г. Архивировано из оригинала 7 июня 2013 г. Получено 5 декабря 2013 г.
  20. ^ ab Blakeslee, Sandra (1984-05-01). «Ядерный разлив в Хуаресе выглядит как один из худших». The New York Times . ISSN  0362-4331. Архивировано из оригинала 8 февраля 2015 года . Получено 10 февраля 2022 года .
  21. ^ Радиационная авария в Самут Пракарне (PDF) . МАГАТЭ . 2002. Получено 14 апреля 2012 г.
  22. ^ "Мексика информирует МАГАТЭ о краже опасного радиоактивного источника". МАГАТЭ. 4 декабря 2013 г. Получено 2013-12-05 .
  23. ^ ab "Мексика заявляет, что в полевых условиях обнаружен украденный радиоактивный источник". МАГАТЭ. 2013-12-05 . Получено 2013-12-05 .
  24. ^ Уилл Грант (2013-12-05). "BBC News - В Мексике обнаружен радиоактивный материал, жизни воров "в опасности"". BBC . Получено 2013-12-05 .
  25. ↑ Габриэла Мартинес и Джошуа Партлоу (6 декабря 2013 г.). «Воры, укравшие смертельный радиоактивный кобальт-60 в Мексике, вероятно, обречены». Los Angeles Daily News . Получено 12 марта 2015 г.
  26. ↑ М. Алекс Джонсон (6 декабря 2013 г.). «Шестеро выписаны из мексиканской больницы, но задержаны за кражу кобальта-60». NBC News . Получено 12 марта 2015 г.
  27. ^ Мэри Каддехе (13 ноября 2014 г.). «Что происходит, когда в Мексике грабят грузовик, перевозящий радиоактивные материалы». BuzzFeed . Получено 12 марта 2015 г.
  28. ↑ Wm. Robert Johnston (8 апреля 2005 г.). "Gronzy orphaned source, 1999" . Получено 16 марта 2024 г.
  29. ^ "Преступник погиб, украв радиоактивный материал". Центр исследований нераспространения им. Джеймса Мартина при Монтерейском институте международных исследований. 14 сентября 1999 г. Архивировано из оригинала 6 октября 2021 г. Получено 6 октября 2021 г.{{cite web}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  30. ^ Wu, CS; Ambler, E.; Hayward, RW; Hoppes, DD; Hudson, RP (15 февраля 1957 г.). «Экспериментальная проверка сохранения четности при бета-распаде». Physical Review . 105 (4): 1413–1415. Bibcode :1957PhRv..105.1413W. doi : 10.1103/PhysRev.105.1413 .
  31. ^ «Канадский город-призрак, который Тесла возвращает к жизни». Bloomberg.com . 2017-10-31 . Получено 2018-05-22 .
  32. ^ "Ядерная энергетика в Индии | Индийская ядерная энергетика - Всемирная ядерная ассоциация". world-nuclear.org .
  33. ^ "Bulletin 2022" (PDF) . britatom.gov.in . Получено 12 мая 2023 г. .

Внешние ссылки