stringtranslate.com

Кобальт-60

Спектр γ-лучей кобальта-60

Кобальт-60 ( 60 Co) — синтетический радиоактивный изотоп кобальта с периодом полураспада 5,2714 года. [3] [4] : 39  Производится искусственно в ядерных реакторах . Целенаправленное 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 извне при возникновении утечек. В последнем случае (при отсутствии добавленного кобальта ) случайно образовавшийся60
Ко
во многом является результатом многостадийной нейтронной активации изотопов железа в стальных конструкциях реактора [6] посредством создания его59
Ко
предшественник. Самый простой случай последнего будет результатом активации58Фе.60
Ко
претерпевает бета-распад до стабильного изотопа никель-60 (60
Ни
). Активированное ядро ​​кобальта испускает два гамма-кванта с энергиями 1,17 и 1,33 МэВ , следовательно, общее уравнение ядерной реакции (активации и распада):59
27Ко
+ н →60
27Ко
→60
28Ни
+ е − + 2 γ

Активность

Соответствующая периоду полураспада радиоактивная активность одного грамма60
Ко
составляет 44  ТБк (1200  Ки ). Константа поглощенной дозы связана с энергией и временем распада. Для60
Ко
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,60
Ко
источник с активностью 2,8 ГБк, что эквивалентно 60 мкг чистого60
Ко
, генерирует дозу 1 мЗв на расстоянии одного метра в течение одного часа. Глотание60
Ко
сокращает расстояние до нескольких миллиметров, а та же доза достигается за секунды.

Тестовые источники, например те, которые используются в школьных экспериментах, имеют активность <100 кБк. В устройствах неразрушающего контроля материалов используются источники активностью 1 ТБк и более.

Высокие энергии γ соответствуют значительной разнице масс между60
Ни
и60
Ко
0,003  ед . Это составляет почти 20 Вт на грамм, что почти в 30 раз больше, чем у238
Пу
.

Разлагаться

Схема распада _60
Ко
и60 м
Ко
.

На диаграмме показана (упрощенная) схема распада60
Ко
и60 м
Ко
. Показаны основные переходы β-распада. Вероятность заселения среднего уровня энергии 2,1 МэВ путем β-распада составляет 0,0022% с максимальной энергией 665,26 кэВ. Передача энергии между тремя уровнями генерирует шесть различных частот гамма-излучения. [7] На схеме отмечены два важных. Энергии внутренней конверсии значительно ниже основных энергетических уровней.

60 м
Ко
является ядерным изомером60
Ко
с периодом полураспада 10,467 минут. [4] Распадается путем внутреннего перехода в60
Ко
, испуская гамма-лучи с энергией 58,6 кэВ, или с малой вероятностью (0,22%) путем β-распада на60
Ни
. [7]

Приложения

Основное преимущество60
Ко
заключается в том, что это источник гамма-излучения высокой интенсивности с относительно длительным периодом полураспада, 5,27 года, по сравнению с другими источниками гамма-излучения аналогичной интенсивности. Энергия β-распада мала и легко экранируется; однако линии гамма-излучения имеют энергию около 1,3 МэВ и обладают высокой проникающей способностью. Физические свойства кобальта, такие как стойкость к объемному окислению и низкая растворимость в воде, дают некоторые преимущества в безопасности в случае нарушения защитной оболочки по сравнению с некоторыми другими источниками гамма-излучения, такими как цезий-137 . Основное использование для60
Ко
являются:

Кобальт обсуждался как « соляной » элемент, добавляемый к ядерному оружию для производства кобальтовой бомбы , чрезвычайно «грязного» оружия, которое могло бы заразить большие территории 60
Ко
 ядерные осадки , делающие их непригодными для жизни. В одной гипотетической конструкции тампер оружия будет изготовлен из59
Ко
. Когда бомба взорвется, лишние нейтроны ядерного деления облучат кобальт и превратят его в60
Ко
. Известно, что ни одна страна не вела серьезных разработок этого типа оружия.

Производство

Нет никакого естественного60
Ко
существующий на земле; таким образом, синтетический60
Ко
создается путем бомбардировки59
Ко
мишень с источником медленных нейтронов . Для этой цели можно использовать калифорний-252 , [ необходима ссылка ] на воду, а также поток нейтронов в ядерном реакторе . Реакторы CANDU можно использовать для активации59
Ко
, заменив стержни управления кобальтовыми. [11] В США по состоянию на 2010 год он производится в реакторе BWR на атомной электростанции Хоуп-Крик . Кобальтовые мишени здесь заменяют небольшое количество ТВС. [12] Тем не менее, более 40% всех одноразовых медицинских изделий стерилизуются с использованием60
Co с атомной электростанции Брюс . [13]

59
Ко
+ н →60
Ко

Безопасность

После попадания в живое млекопитающее (например, человека) некоторые из60
Ко
выводится с калом . Остальное поглощается тканями, в основном печенью , почками и костями , где длительное воздействие гамма-излучения может вызвать рак. Со временем абсорбированный кобальт выводится с мочой. [9]

Загрязнение стали

Кобальт – это элемент, используемый для изготовления стали . Бесконтрольная утилизация60
Ко
в металлоломе ответственен за радиоактивность, обнаруженную в некоторых продуктах на основе железа. [14] [15]

Примерно в 1983 году на Тайване было завершено строительство 1700 квартир, построенных из стали, загрязненной кобальтом-60. Около 10 000 человек проживали в этих зданиях в течение 9–20 лет. В среднем эти люди по незнанию получили дозу радиации 0,4 Зв. Эта большая группа не страдала от более высокой смертности от рака, как предсказывает линейная беспороговая модель , но имела более низкую смертность от рака, чем население Тайваня в целом. [ сомнительно – обсудить ] Эти наблюдения кажутся совместимыми с моделью радиационного гормезиса . [16]

В августе 2012 года 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. Установлено, что источником радиации является60
Ко
это загрязнило сталь. [17]

В мае 2013 года партия ремней с металлическими шипами, проданных интернет-магазином ASOS , была конфискована и помещена в хранилище радиоактивных веществ в США после положительного результата теста на вирус.60
Ко
. [18]

Инциденты с медицинскими источниками излучения

Инцидент с радиоактивным загрязнением произошел в 1984 году в Сьюдад-Хуаресе , Мексика, из установки лучевой терапии , незаконно купленной частной медицинской компанией и впоследствии демонтированной из-за нехватки персонала для ее эксплуатации. Радиоактивный материал,60
Ко
, оказался на свалке, где был продан литейным заводам, которые случайно расплавили его с другими металлами и произвели около 6000 тонн загрязненной арматуры . [19] Они были распространены в 17 мексиканских штатах и ​​нескольких городах США. По оценкам, в результате этого инцидента облучению подверглись 4000 человек. [19]

Во время радиационной аварии в Самутпракане в 2000 году вышедшая из употребления радиотерапевтическая головка, содержащая60
Ко
Источник хранился в незащищенном месте в Бангкоке , Таиланд, а затем случайно был продан сборщикам металлолома. Не осознавая опасности, работник свалки разобрал голову и извлек источник, который в течение нескольких дней оставался незащищенным на свалке. Десять человек, в том числе сборщики металлолома и рабочие на свалке, подверглись воздействию высокого уровня радиации и заболели. Трое рабочих свалки впоследствии скончались в результате облучения, которое, по оценкам, превысило 6  Гр . После этого источник был благополучно обнаружен властями Таиланда. [20]

В декабре 2013 года на заправочной станции недалеко от Мехико был угнан грузовик , перевозивший вышедший из употребления источник телетерапии мощностью 111 ТБк 60 Co из больницы в Тихуане в центр хранения радиоактивных отходов . [21] [22] Грузовик вскоре был найден, но воры удалили источник из-под защиты. Его нашли неповрежденным на близлежащем поле. [22] [23] Несмотря на ранние сообщения с мрачными заголовками, в которых утверждалось, что воры «вероятно, обречены», [24] лучевая болезнь была настолько легкой, что подозреваемых быстро отпустили под стражу в полиции, [25] и неизвестно, что никто умерли от инцидента. [26]

Паритет

В 1957 году Чиен-Шиунг Ву и др. обнаружил, что процесс β-распада нарушает четность , подразумевая, что природа обладает рукоприкладством. [27] В эксперименте Ву исследователи выровняли радиоактивные60
Ко
ядер путем охлаждения источника до низких температур в магнитном поле. Наблюдение Ву заключалось в том, что больше β-лучей испускалось в направлении, противоположном спину ядра. Эта асимметрия нарушает сохранение четности.

Поставщики

Аргентина, Канада, Индия и Россия являются крупнейшими поставщиками60
Ко
в мире. [28] И Аргентина, и Канада имеют (по состоянию на 2022 год) парк полностью тяжеловодных реакторов для выработки электроэнергии. Канада имеет CANDU во многих местах по всему Онтарио, а также на атомной электростанции Пойнт-Лепре в Нью-Брансуике, а Аргентина имеет два тяжеловодных реактора, поставленных Германией, на атомной электростанции Атуча и построенный в Канаде CANDU на атомной электростанции Эмбальсе . Индия имеет несколько реакторов CANDU на Атомной электростанции Раджастан, используемых для производства60
Ко
. [29] В Индии мощность составляла более 6  млн Ки .60
Ко
производство в 2021 году; в последующие годы планируется увеличить эту мощность за счет ввода в эксплуатацию новых реакторов CANDU на Атомной электростанции Раджастан. [30] Реакторы на тяжелой воде особенно хорошо подходят для производства60
Ко
из-за их превосходной нейтронной экономии и потому, что их способность к онлайн-дозаправке позволяет вставлять мишени в активную зону реактора и удалять их через заданное время без необходимости холодного останова . Кроме того, тяжелая вода, используемая в качестве замедлителя, обычно поддерживается при более низких температурах, чем теплоноситель в легководных реакторах , что позволяет снизить скорость нейтронов, что увеличивает сечение нейтронов и снижает уровень нежелательных (n,2n)». нокаутные» реакции.

В популярной культуре

60
Ко
— это материал, из которого заключена ядерная боеголовка ракеты в фильме 1970 года « Под планетой обезьян» .

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Измерения периода полураспада радионуклидов». Национальный институт стандартов и технологий . Архивировано из оригинала 12 августа 2016 года . Проверено 7 ноября 2011 г.
  2. ^ «Диаграмма нуклеидов». Национальный центр ядерных данных . Брукхейвенская национальная лаборатория . Архивировано из оригинала 22 мая 2008 года . Проверено 25 октября 2018 г.
  3. ^ Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С.; Ауди, Г. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Китайская физика C . 45 (3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  4. ^ Аб Экерман, К.; Эндо, А. (2008). Приложение А. Радионуклиды коллекции МКРЗ-07 . Публикация МКРЗ 107. Том. 38. Международная комиссия по радиологической защите . стр. 35–96. дои : 10.1016/j.icrp.2008.10.002 . ISBN 978-0-7020-3475-6. ISSN  0146-6453. LCCN  78647961. PMID  19285593. {{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )
  5. ^ Малкоске, Греция; Слэк, Дж.; Нортон, Дж. Л. (2–5 июня 2002 г.). Производство кобальта-60 в энергетических реакторах CANDU. 40 лет ядерной энергетики в Канаде = 40 лет ядерной энергетики в Канаде (Конференция). Том. 34. Канадское ядерное общество . стр. 96Мегабайт. ISBN 978-0919784697. OCLC  59260021 – через Международное агентство по атомной энергии .(PDF также находится на сайте Canadian Nuclear Nuclear FAQ)
  6. ^ Радиационная защита Агентства по охране окружающей среды США : кобальт
  7. ^ ab «Таблица данных о распаде изотопов» . Проверено 16 апреля 2012 г.
  8. ^ ab Гамма-облучатели для радиационной обработки (PDF) . МАГАТЭ . 2005. Архивировано из оригинала (PDF) 27 августа 2018 г. Проверено 16 апреля 2012 г.
  9. ^ abcd «Кобальт | Радиационная защита | Агентство по охране окружающей среды США» . Агентство по охране окружающей среды . Архивировано из оригинала 13 апреля 2015 года . Проверено 16 апреля 2012 г.
  10. ^ «Ядерный «контроль над рождаемостью» помогает хорватским фермерам, выращивающим фрукты, бороться с мухами» . Рейтер . 2 октября 2012 г. – через www.reuters.com.
  11. ^ «Производство изотопов: электростанции двойного назначения - атомная аналитика» . Atomicinsights.com . 1 июня 1996 года.
  12. ^ NJ.com, Билл Галло-младший | За (12 ноября 2010 г.). «Реактор PSEG Nuclear's Hope Creek снова в работе и начинает производство кобальта-60» . Нью-Джерси .{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  13. ^ «Предприятие в области ядерной энергетики: производство медицинских изотопов» . Май 2020.
  14. ^ «Информационное уведомление № 83-16: Загрязнение собственности Auburn Steel Company кобальтом-60» . Веб-сайт НРК .
  15. ^ «Уроки, извлеченные трудным путем» . Бюллетень МАГАТЭ 47-2 . Международное агентство по атомной энергии. Архивировано из оригинала 18 июля 2010 года . Проверено 16 апреля 2010 г.
  16. ^ Чен, WL; Луан, ЮК; Ши, MC; Чен, СТ; Кунг, ХТ; Сунг, КЛ; Да, YC; Чжоу, Т.С.; Монг, Ш.; Ву, Джей Ти; Вс, КП; Дэн, В.П.; Ву, МФ; Шен, МЛ (25 августа 2006 г.). «Влияние воздействия кобальта-60 на здоровье жителей Тайваня предполагает необходимость нового подхода в радиационной защите». Доза-реакция . 5 (1): 63–75. doi :10.2203/доза-ответ.06-105.Чен. ПМЦ 2477708 . ПМИД  18648557. 
  17. ^ «Petco отзывает некоторые миски для домашних животных из нержавеющей стали из-за загрязнения кобальтом-60» . 10 августа 2012 года . Проверено 21 августа 2012 года .
  18. ^ «Ремни Asos изъяты из-за радиоактивных шпилек» . Небесные новости. 28 мая 2013 г. Проверено 5 декабря 2013 г.
  19. ^ Аб Блейксли, Сандра (1 мая 1984 г.). «Ядерный разлив в Хуаресе выглядит как один из худших». Нью-Йорк Таймс . ISSN  0362-4331. Архивировано из оригинала 8 февраля 2015 года . Проверено 10 февраля 2022 г.
  20. ^ Радиологическая авария в Самут Пракарне (PDF) . МАГАТЭ . 2002 . Проверено 14 апреля 2012 г.
  21. ^ «Мексика информирует МАГАТЭ о краже опасного радиоактивного источника» . МАГАТЭ. 4 декабря 2013 года . Проверено 5 декабря 2013 г.
  22. ^ ab «Мексика заявляет, что в поле обнаружен украденный радиоактивный источник» . МАГАТЭ. 05.12.2013 . Проверено 5 декабря 2013 г.
  23. ^ Уилл Грант (5 декабря 2013 г.). «BBC News - В Мексике обнаружен радиоактивный материал, жизни воров «в опасности»» . Би-би-си . Проверено 5 декабря 2013 г.
  24. ↑ Габриэла Мартинес и Джошуа Партлоу (6 декабря 2013 г.). «Воры, укравшие смертоносный радиоактивный кобальт-60 в Мексике, вероятно, обречены». Лос-Анджелес Дейли Ньюс . Проверено 12 марта 2015 г.
  25. ^ М. Алекс Джонсон (6 декабря 2013 г.). «Шесть человек выписаны из мексиканской больницы, но задержаны за кражу кобальта-60». Новости Эн-Би-Си . Проверено 12 марта 2015 г.
  26. ↑ Мэри Кадде (13 ноября 2014 г.). «Что происходит, когда в Мексике ограбят грузовик, перевозящий радиоактивные материалы». БаззФид . Проверено 12 марта 2015 г.
  27. ^ Ву, CS; Эмблер, Э.; Хейворд, RW; Хоппс, Д.Д.; Хадсон, Р.П. (15 февраля 1957 г.). «Экспериментальная проверка сохранения четности при бета-распаде». Физический обзор . 105 (4): 1413–1415. Бибкод : 1957PhRv..105.1413W. дои : 10.1103/PhysRev.105.1413 .
  28. ^ «Канадский город-призрак, который Тесла возвращает к жизни» . Bloomberg.com . 31 октября 2017 г. Проверено 22 мая 2018 г.
  29. ^ «Атомная энергетика в Индии | Индийская ядерная энергетика - Всемирная ядерная ассоциация» . world-nuclear.org .
  30. ^ «Бюллетень 2022» (PDF) . britatom.gov.in . Проверено 12 мая 2023 г.

Внешние ссылки