Природный кобальт , Co, состоит из одного стабильного изотопа , 59 Co (таким образом, кобальт является мононуклидным элементом). Было охарактеризовано двадцать восемь радиоизотопов ; наиболее стабильными являются 60 Co с периодом полураспада 5,2714 года, 57 Co (271,811 дней), 56 Co (77,236 дней) и 58 Co (70,844 дня). Все остальные изотопы имеют период полураспада менее 18 часов, и большинство из них имеют период полураспада менее 1 секунды. Этот элемент также имеет 19 метасостояний , из которых наиболее стабильным является 58m1 Co с периодом полураспада 8,853 часа.
Изотопы кобальта имеют атомный вес от 50 Co до 78 Co. Основным способом распада изотопов с атомной массой меньше, чем у стабильного изотопа 59 Co, является захват электронов , а основным способом распада изотопов с атомной массой больше 59 единиц атомной массы является бета-распад . Основными продуктами распада до 59 Co являются изотопы железа , а основными продуктами распада после него являются изотопы никеля .
Радиоизотопы могут быть получены различными ядерными реакциями . Например, 57 Co получается при циклотронном облучении железа. Основная реакция - это реакция (d,n) 56 Fe + 2 H → n + 57 Co. [4]
Одна из конечных ядерных реакций в звездах перед сверхновой производит 56 Ni . После его образования 56 Ni распадается на 56 Co, а затем 56 Co впоследствии распадается на 56 Fe . Эти реакции распада питают светимость, отображаемую на кривых распада света . Ожидается, что как кривые распада света, так и кривые радиоактивного распада будут экспоненциальными. Поэтому кривая распада света должна давать представление о ядерных реакциях, питающих ее. Это было подтверждено наблюдением за болометрическими кривыми распада света для SN 1987A . Между 600 и 800 днями после возникновения SN1987A болометрическая кривая света уменьшалась с экспоненциальной скоростью со значениями периода полураспада от τ 1/2 = 68,6 дней до τ 1/2 = 69,6 дней. [6] Скорость уменьшения светимости близко соответствовала экспоненциальному распаду 56Co с периодом полураспада τ 1/2 = 77,233 дня.
Кобальт-57 ( 57 Co или Co-57) используется в медицинских тестах; он используется в качестве радиоактивной метки для определения усвоения витамина B12 . Он полезен для теста Шиллинга . [7]
Кобальт-60 ( 60 Co или Co-60) используется в радиотерапии . Он производит два гамма-луча с энергией 1,17 МэВ и 1,33 МэВ. Источник 60 Co имеет диаметр около 2 см и, как следствие, создает геометрическую полутень , делая край поля излучения нечетким. Металл имеет неприятную привычку производить мелкую пыль, что вызывает проблемы с радиационной защитой. Источник 60 Co полезен в течение примерно 5 лет, но даже после этого момента все еще очень радиоактивен, и поэтому кобальтовые машины вышли из моды в западном мире, где линейные ускорители распространены.
Кобальт-60 ( 60Co ) полезен в качестве источника гамма-излучения, поскольку его можно производить в предсказуемых количествах, а также из-за его высокой радиоактивности , просто подвергая природный кобальт воздействию нейтронов в реакторе. [8] Промышленный кобальт применяется в следующих областях:
57 Co используется в качестве источника в мессбауэровской спектроскопии железосодержащих образцов. Захват электронов 57 Co образует возбужденное состояние ядра 57 Fe, которое в свою очередь распадается до основного состояния с испусканием гамма-излучения. Измерение спектра гамма-излучения дает информацию о химическом состоянии атома железа в образце.