Период полураспада co 60. Как поймать молнию. Открытие великих супругов

Среди всех искусственных радиоактивных изотопов, используемых человечеством наиболее широкое применение нашел кобальт 60. Этот изотоп имеет сочетание высокой удельной активности, высокой энергии гамма-излучения, удобного периода полураспада и наличия всего одного природного стабильного изотопа (что упрощает трансмутацию). Фактически, источники гамма-излучения на базе кобальта 60 являются неким стандартным вариантом везде, где нужны фотоны с энергией больше 1 МэВ. Сегодня я расскажу, как получают и применяют этот изотоп.

Панорамный облучатель из кобальта 60 опущен в бассейн для обслуживания. Подобный облучатель способен создать мощность дозы до 2 млн рентген в час на расстоянии 20 см от поверхности.

Производство

Кобальт 60 является активационным изотопом, т.е. его получают в результате поглощения нейтронов природным кобальтом 59. Этот процесс имеет максимальную эффективность (37 барн) на тепловых нейтронах, поэтому в целом, для производства подходит практически любой реактор.

Крупнейшими производителями 60 Co в мире являются канальные реакторы - тяжеловодные CANDU (Канадская АЭС Bruce, корейская Wolsong и аргентинская Embalse) и водно-графитовые РБМК, установленные на Ленинградской АЭС. Преимущество канальных реакторов - в возможности выгрузки и загрузки облучаемых мишеней независимо от рабочего цикла реактора.

Мишень для облучения кобальта в американском реакторе ATR.

Кстати, одним из последних значимых изменений на рынке кобальта стал проект по производству этого изотопа в бланкетах реактора БН-800, который обеспечивает большой нейтронный поток и позволяет получать продукт с высокой удельной активностью быстрее. Впрочем первый продукт появится не раньше 2019 года.

Сам процесс производства кобальта-60 относительно прост ( , например). Различные формы металлического кобальта (дробь, проволока, цилиндрические элементы) помещаются в мишень из циркония или нержавеющей стали, устанавливаются в облучательное устройство и опускаются в реактор. После выдержки до нужной активности мишени извлекаются, вскрываются в горячей камере кобальт-60 сортируется по активности и переупаковывается в источники, после чего отгружается заказчику.

Общее производство кобальта 60 в мире на сегодня порядка 75 миллиона кюри в год, которое делится на два типа: кобальт с низкой и среднеей активностью (до 100 кюри на грамм) и высокоактивный кобальт (250+ кюри на грамм). Последний считается высокотехнологичным продуктом и используется в основном в медицинских применениях, его выпуск составляет ~2,5 млн кюри в год. При стоимости одного кюри низкоактивного кобальта около 2 долларов за кюри и высокоактивного около 25$ за кюри общий рынок этого изотопа составляет ~200 млн долларов, превосходя по объемам рынки и . Кстати, по стоимости, похоже, это самый дешевый (или один из самых дешевых) радиоактивный гамма-эмиттер - как минимум в несколько раз дешевле 137 Cs и 90 Sr в пересчете на 1 кюри.

Облученные мишени с кобальтом с высокой удельной активностью в бассейне выдержки АЭС Bruce

Почему же 60 Co настолько востребован (и рынок растет темпом 4% в год)? Кобальт 60 распадается в 60 Ni излучая гамма-кванты с энергией ~1,3 МэВ, которые глубоко проникают практически в любые материалы и при этом обладают высокой ионизирующей способностью. При стерилизации это, например, позволяет “засвечивать” сразу большие объемы продукта, а при измерении толщины материала - измерять весьма толстые металлические детали, недоступные рентгеновским установкам.

Скорость роста удельной активности кобальтовых мишеней при облучении в реакторе с потоком 10^14 н/см^2*c

Кроме того кобальт 60 имеет довольно удобный период полураспада - 5,27 года. С одной стороны чем выше период полураспада, тем дольше работает источник, но с другой стороны тем сложнее и дороже процесс его захоронения. В случае 60 Co типичный пенал для панорамного облучателя (о них ниже), содержащий в начале около 6000-8000 Ки (100 грамм кобальта удельной активностью 60-80 Ки/г) через 20 лет использования имеет 431-576 Ки и может быть высвобожден из категории радиоактивных отходов через 120-130 лет, т.е. не требует дорогого , а лишь . В то же время гамма-эмитирующие изотопы с еще более коротким периодом полураспада, например 22 Na с периодом полураспада 2,6 года и 192 Ir с периодом полураспада 78 суток являются уже не такими удобными в плане частоты замены и сопутствующих объемов логистики (натрий кроме того, не находит широкого применения в силу химической активности и распухания источников от продукта распада - неона).

Еще немножко контейнеров для перевозки кобальта 60. Ежегодно в мире совершается около 1000 перевозок подобных контейнеров.

Основным конкурентом 60 Co является небезизвестный осколочный изотоп 137Cs. К плюсам кобальта тут можно отнести:

Более простой процесс получения, не требующий радиохимии




Вдвое большая энергия гамма-излучения




Цезий - крайне химический активный и летучий элемент.




Высвобождение цезия 137 из категории радиоактивных отходов займет сотни лет.

Где же применяется Кобальт 60?

Стерилизация

Основным рынком, где используется 60 Co, является стерилизация медицинских изделий и разнообразных продуктов питания, например специй, морепродуктов и манго. Обычно эти операции производятся на централизованных станциях стерилизации, где установлен панорамный облучатель, содержащий 2-4 миллиона кюри кобальта 60 и конвейер, перемещающий стерилизуемые продукты вокруг этого облучателя.

Гамма-стерилизация имеет две схожие альтернативы - рентгеновская стерилизация и стерилизация электронным лучом. Технологическое отличие последних двух типов в использовании небольшого ускорителя для создания потока электронов (и как вариант - рентгеновского излучения из этого потока электронов). Преимуществом кобальтовой стерилизации тут является более простое устройство и возможность работы с большими объемами облучаемого материала, а недостатком - невозможность “выключить” излучение (хотя это решается погружением облучателей в бассейн с водой), работой с большими количествами радиоактивного материала и более низкие доступные дозы по сравнению с электронным лучем.

Для типичного панорамного стерилизатора время облучения составляет от нескольких секунд (например, столько занимает стерилизация насекомых для подавления их популяции в природе) до 10 часов для фармацевтических наборов для внутривенного вливания или хирургического оборудования. При этом в камере стерилизации на конвейере может находится до нескольких тонн, т.е. общая производительность этого метода весьма высока.

Впрочем, несмотря на недостатки стерилизации электронным лучом (к ним можно отнести еще расходы на электроэнергию и работу только со слоем в 2-3 см), этот метод постепенно отвоевывает рынок у кобальтовой стерилизации из-за возможности поставить ускоритель в принципе в каждый большой госпиталь и не иметь проблем с логистикой.

МАГАТЭ оценивает, что в мире работает порядка 200 больших центров стерилизации с панорамными облучателями.

Промышленное применение.

Существует несколько направлений, где используются источники с кобальтом 60 в промышленности. Самое старое и развитое - это толщинометры и плотномеры. Как понятно из названия, толщина материала с известной плотностью или плотность при известной толщине (например, содержание руды в пульпе) определяется по поглощению гамма-излучения от источника к детектору. В мире используются десятки тысяч подобных устройств, снабженные в основном источниками с 137 Cs и 60 Co, хотя иногда используются и такие изотопы, как 22 Na. При этом, по сравнению с панорамными облучателями содержание радиоактивных изотопов тут невелико - обычно 1...10 кюри.

Наряду с другими использованиями одно из самых активных - измерение плотности и влажности грунта.

Еще более распространенным применением источников с кобальтом 60 является гамма-дефектоскопия - в основном толстых сварных швов (от 20 до 200 мм). Технология схожа с получением рентгеновских изображений, только большая толщина металла требует применения излучения с бОльшей энергией, чем может дать рентгеновская трубка. Гамма-дефектоскопы бывают разной мощности (расчитанные на разную толщину металла) и обычно содержат от 10 до 400 кюри кобальта 60. Так же находят применения более короткоживущие изотопы селен 75 и иридий 192.

Переносные лучи смерти, так же известные как излучающие головки гамма-дефектоскопов

Кроме перечисленного, источники с кобальтом находят применение (правда узкое) в качестве высотомеров, например посадочный аппарат КК “Союз” снабжен подобным устройством, измеряющим поток отраженных от поверхности гамма-квантов и оценивающим расстояние до нее. Подобная технология также используется для измерения высоты жидкости в баках, хотя никаких конкретных примеров производства, где бы был установлен такой измеритель я не нашел.

Наконец, важным применением является облучение пластиковых полимеров для улучшения их свойств. Если судить по этой брошюрке , улучшаются решительно все свойства пластиков за счет образования поперечных химических связей. В основном набор дозы достигается с помощью бета-излучения (т.е. луча электронов из ускорителя), однако примерно 25% таких операций выполняется с помощью панорамных излучателей, схожих с теми, что используются в стерилизации (более того, некоторые центры гамма-стерилизации выполняют и облучение пластиков на том же оборудовании).

Впрочем, в основном облучение пластиков производят на вот таких вот электростатических ускорителях электронов с энергией 0,7-1,5 МэВ, из-за их крайне высокой производительности.

Медицина

В 60х годах коллимированные источники гамма-излучения на основе радиокобальта были основным средством для радиотерапии.

Кобальт 60 активно используется в медицине, в основном в области терапии рака. Хотя этот радиоизотоп на сегодня практически вытеснен из стандартной лучевой терапии ускорительными источниками ионизирующего излучения, он все еще широко находит применение в гамма-ножах и .

Гамма-нож, это устройство для радиохирургии опухолей в головном мозге. Технически, установка состоит из нескольких сотен коллимированных источников гамма-излучения, закрытых поглощающей шторкой, расположенных вокруг головы пациента. Для терапии лучи точечных источников пересекаются на опухоли, тем самым создавая в этом месте необходимую мощность дозы. Именно для гамма-ножа нужен кобальт-60 с высокой удельной активностью. Преимуществом 60 Co тут является высокая энергия гамма-излучения, слабо поглощаемая тканью и практически моноэнергетичность излучения, в отличии от многих других медицинских изотопов.

Еще изображение гамма-ножа и стандартного источника, используемого в нем. Кобальт - это маленькие кусочки материала внизу изображения источника, остальное - это оболочки и коллиматор.

Вторым большим применением радиокобальта в медицине является брахитерапия - ввод в опухоль нескольких капсул с радиоизотопом для внутреннего облучения, особенно для тех случаев, когда нужен источник с гамма-излучением высокой энергии (например, рак груди). Здесь 60 Co имеет преимущества меньшего повреждения излучением окружающих органов и возможности набора бОльших доз.

Радиоактивный источник для брахитерапии рака, устанавливаемый в тело пациента.

Наука

Кобальт является удобным изотопом для создания мощных полей гамма-излучения, которые используются в основном при исследовании изменения свойств материалов и оборудования под воздействием гамма-излучения. Например, улучшения свойств пластиков или определения радиационной стойкости микросхем. Порядка 30 подобных облучательных установок работает в лабораториях по всему миру.

Кроме того, кобальт 60 является одним из метрологических стандартов, на котором калибруется все оборудования для измерения мощности гамма-излучения.

Типичная лаборатория для калибровки измерительной аппаратуры - слева источник в защите (виден электропривод затвора), тележка для перемещения прибора с установленным поверочным радиометром.

Один из стандартных источников, по которым проверяют и калибруют дозиметры и радиометры у нас в стране.

Впрочем ученые могут использовать и другие игрушки, например 400 гигаваттный импульсный источник гамма-излучения HERMES-III

Выводы

Не смотря на то, что последние десятилетия источники ионизирующего излучения на базе 60 Co вытесняются из некоторых ниш ускорительными ИИИ, этот дешевый и удобный изотоп остается широко используемым источником гамма-излучения. Для атомной индустрии, в свою очередь, он является одним из важнейших продуктов, который востребован за пределами самой индустрии. Более широкое применение радиокобальта, впрочем, сдерживается сложностью и дороговизной мер безопасности, которые приходится предпринимать при транспортировке и использовании радиоактивных материалов.

Кобальт 60 – радиоактивный изотоп кобальта с атомным номером 27 при массовом числе в 60. Кобальт 60 открыли в конце 1934 года французские ученые Фредерик и Ирен Жолио-Кюри. В природе с тех пор его почти не находили, поэтому основным источником кобальта-60 являются атомные реакторы многих станций, к примеру .

Кобальт 60 – радиоактивный изотоп

Активность кобальта-60 составляет 41,8 ТБк. По своей мощности всего 17 грамм радиоактивного кобальта эквиваленты 1 килограмму радия. Это усложняет его транспортировку и хранение. Период полураспада кобальта-60 составляет 5,2 лет.

Применение кобальта-60

• Стерилизация медицинских инструментов и материалов, продуктов;
• Стимуляция роста и урожайности зерновых и овощных культур;
• Очистка промышленных стоков, различного рода отходов;
• Радиохирургия (Кобальтовая пушка, гамма-нож);
• Гамма-дефектоскопия – контроль качества путем просвечивания гамма-лучами, гамма-толщиномер;
• Контроль уровня расплавленного металла в плавильных печах.

Кобальтовая пушка

Кобальтовая пушка с частицами радиоактивного кобальта-60 (Гамма установка терапевтическая, сокращенно ГУТ) используется для бомбардировки гамма-лучами злокачественных опухолей, например, горла. В результате приостанавливается размножение и деятельность больных клеток. В кобальтовой пушке ГУТ-400, к примеру, содержится 400 грамм радия, что соответствует 6,8 граммам кобальта-60. Но иногда одной медицины недостаточно, без исцеляющих практик тета хилинг .

Учитывая высокую проникающую мощность кобальта-60, в качестве защитного экрана используют природный уран. А управление аппаратом происходит из соседнего помещения с помощью автоматики.

  Цезий-137, Cs-137
  Цезий-137, известен также как радиоцезий - один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Содержится в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций. Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организме животных и человека.
  В организме животных 137Cs накапливается главным образом в мышцах и печени
  Выброс цезия-137 в окружающую среду происходит в основном в результате ядерных испытаний и аварий на предприятиях атомной энергетики
  Известны случаи загрязнения внешней среды в результате небрежного хранения источников цезия-137 для медицинских и технологических целей.
  Биологическое действие
  Внутрь живых организмов цезий-137 в основном проникает через органы дыхания и пищеварения. Хорошей защитной функцией обладает кожа

Поглощённая доза излучения измеряется энергией ионизирующего излучения, переданного массе облучаемого вещества.
  Единица поглощённой дозы – грей (Гр), равный 1 джоулю, поглощённому 1 кг вещества
  1 Гр = 1Дж/кг = 100 рад.

Способность Cs-137 вызывать мутации в половых клетках, будет являться в будущих поколениях основой для возникновения внутриутробной гибели зародыша, врожденных пороков развития, патологии плода и новорожденного, заболеваний взрослого организма, связанных с недостаточной генной активностью.

Это внутреннее облучение организма также чрезвычайно опасно и тем, что оно сочетается со способностью радионуклидов Cs-137 и продуктов их распада в виде бария, воздействовать на биологические структуры, взаимодействовать с рецепторным аппаратом клеточных мембран, изменять состояние регуляторных процессов.

Выявлена зависимость между частотой нарушений сердечной деятельности у детей и содержанием радионуклидов в их организме. Следует обратить особое внимание на то, что присутствие даже относительно небольших количеств Cs-137 в организме детей 10-30 Бк/кг (при этом, в ткани сердца концентрация данного радионуклида значительно большая) приводит к увеличению в два раза числа детей с электрокардиографическими нарушениями.
  В этой связи, факторы внешней среды, подавляющие функцию систем, регулирующих (стимулирующих) активность генетического аппарата клеток, будут являться индукторами (провокаторами) возникновения многих заболеваний. Cs-137 способен в относительно небольших количествах, подавлять активность регуляторных систем организма, и прежде всего, иммунной системы.
  Период полураспада цезия-137 составляет 30 лет.

  Радий, Ra-226
  радиоактивный изотоп химического элемента радия с атомным номером 88 и массовым числом 226. Принадлежит к радиоактивному семейству урана-238
  Наиболее устойчивым изотопом является радий-226 (226Ra), образующийся при распаде урана. Период полураспада радия-226 составляет 1600 лет, в процессе распада образуется радиоактивный газ радон.
  Радий-226 является источником альфа-излучения и считается потенциально опасным для костной ткани человека.
  В ничтожных концентрациях присутствует в природных водах.
  Применение
  Соли радия используются в медицине как источник радона (см. РАДОН) для приготовления радоновых ванн.

Развиваются опухоли костной ткани и органов, заключённых в костной капсуле (кроветворная ткань, гипофиз) или топографически близких к ней (слизистая ротовой полости, гайморова полость).

  Кобальт-60, Co-60
  Кобальт-60, радиокобальт - 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

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 41,8 ТБк. Период полураспада кобальта-60 составляет 5,2 года
  Применение Кобальт-60 используется в производстве источников гамма-излучения с энергией около 1,3 МэВ, которые применяются для:
  - стерилизации пищевых продуктов, медицинских инструментов и материалов;
  - активации посевного материала (для стимуляции роста и урожайности зерновых и овощных культур);
  - 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);
  - гамма-дефектоскопии.
  Также Кобальт-60 используется в системах контроля уровня металла в кристализаторе при непрерывной разливке стали. Является одним из изотопов, применяющихся в радиоизотопных источниках энергии.
  Его лучи обладают высокой проникающей способностью. По мощности излучения 17 граммов радиоактивного кобальта эквивалентны 1 килограмму радия - самого мощного природного источника радиации. Вот почему при получении, хранении и транспортировке этого изотопа, как, впрочем, и других, тщательно соблюдают строжайшие правила техники безопасности, принимают все необходимые меры, чтобы надежно оградить людей от смертоносных лучей.

У радиоактивного кобальта много «профессий». Все более широкое применение в промышленности находит, например, гамма-дефектоскопия, т.е. контроль качества продукции путем просвечивания ее гамма-лучами, источником которых служит изотоп кобальт-60. Такой метод контроля позволяет с помощью сравнительно недорогой и компактной аппаратуры легко выявлять трещины, поры, свищи и другие внутренние дефекты массивных отливок, сварных швов, узлов и деталей, находящихся в труднодоступных местах. В связи с тем, что гамма-лучи распространяются источником равномерно во все стороны, метод дает возможность контролировать одновременно большое число объектов, а цилиндрические изделия проверять сразу по всему периметру.

Радиоактивный кобальт используют для контроля и регулирования уровня расплавленного металла в плавильных печах, уровня шихтовых материалов в домнах и бункерах, для поддержания уровня жидкой стали в кристаллизаторе установок непрерывной разливки.

Прибор, называемый гамма-толщиномером, быстро и с большой степенью точности определяет толщину обшивки судовых корпусов, стенок труб, паровых котлов и других изделий, когда к их внутренней поверхности невозможно подобраться и поэтому обычные приборы оказываются бессильны.

Находит кобальт применение и в медицине. Крупицы изотопа кобальт-60, помещенные в медицинские «пушки», не причиняя вреда организму человека, бомбардируют гамма-лучами внутренние злокачественные опухоли, губительно влияя на быстро размножающиеся больные клетки, приостанавливая их деятельность и тем самым ликвидируя очаги страшной болезни.
  В аппарате для облучения глубокозалегающих злокачественных опухолей, «кобальтовой пушке» ГУТ-400 (гамма-установка терапевтическая), количество кобальта-60 соответствует по своей активности 400 г радия. Это очень большая величина, такого количества радия нет ни в одной лаборатории. Но именно высокая активность позволяет предпринимать попытки лечения опухолей, расположенных в глубине организма больного.
  Однако, несмотря на свою столь обширную плезность радиация есть радиация и бесконтрольное облучение приводит к описанным выше печальным последствиям.

  Торий-232, Th-232
  Торий-232 - природный радиоактивный нуклид химического элемента тория с атомным номером 90 и массовым числом 232.
  Является наиболее долгоживущим изотопом тория, альфа-радиоактивен с периодом полураспада 1,405·10 10 (14 млрд.) лет.
  Торий-232 является альфа – излучателем
  Активность одного грамма этого нуклида составляет 4 070 Бк.
  В виде препарата торотраста суспензия диоксида тория использовалась в качестве контрастного вещества при ранней рентгенодиагностике. В настоящее время препараты тория-232 классифицируются как канцерогенные
  Поступление тория в желудочно-кишечный тракт (тяжелый металл, к тому же радиоактивный!) не вызывает отравления. Объясняется это тем, что в желудке – кислая среда, и в этих условиях соединения тория гидролизуются. Конечный продукт – нерастворимая гидроокись тория, которая выводится из организма. Острое отравление способна вызвать лишь нереальная доза в 100 г тория...
  Однако чрезвычайно опасно попадание тория в кровь. Следствием этого могут быть заболевания кроветворной системы, образование специфических опухолей.

  Плутоний-239, Pu-239
  Плутоний-239 (англ. plutonium-239) - радиоактивный нуклид химического элемента плутония с атомным номером 94 и массовым числом 239.
  В природе встречается в чрезвычайно малых количествах в урановых рудах.
  Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 2,3 ГБк.
  Плутоний-239 имеет период полураспада 24 100 лет.
  Плутоний-239 используют:
  - в качестве ядерного топлива в ядерных реакторах на тепловых и особенно на быстрых нейтронах;
  - при изготовлении ядерного оружия;
  - в качестве исходного вещества для получения трансплутониевых элементов.
  Плутоний был открыт в конце 1940 г.
  Хотя плутоний, по-видимому, химически токсичен, как и любой тяжелый металл, этот эффект выражается слабо по сравнению с его радиотоксичностью. Токсические свойства плутония появляются как следствие альфа-радиоактивности. Альфа частицы представляют серьезную опасность только в том случае, если их источник находится в теле (т.е. плутоний должен быть принят внутрь). Хотя плутоний излучает еще и гамма-лучи и нейтроны, которые могут проникать в тело снаружи, уровень их слишком мал, чтобы причинить сильный вред.

Альфа-частицы повреждают только ткани, содержащие плутоний или находящиеся в непосредственном контакте с ним. Значимы два типа действия: острое и хроническое отравления. Если уровень облучения достаточно высок, ткани могут страдать острым отравлением, токсическое действие проявляется быстро. Если уровень низок, создается накопляющийся канцерогенный эффект.

Плутоний очень плохо всасывается желудочно-кишечным трактом, даже когда попадает в виде растворимой соли, впоследствии она все равно связывается содержимым желудка и кишечника. Загрязненная вода, из-за предрасположенности плутония к осаждению из водных растворов и к формированию нерастворимых комплексов с остальными веществами, имеет тенденцию к самоочищению.

КОБАЛЬТ (Со ) - элемент VIII группы периодической системы Д. И. Менделеева, подгруппы железа, является постоянной составной частью растительных и животных организмов и относится к числу важнейших микроэлементов; физиологически активен - влияет на кроветворение и обмен веществ. Изотопы (радионуклиды) К. широко используются в медицине для лучевой терапии, радиационной стерилизации мед. материалов, изделий и лекарственных средств и в радиодиагностических исследованиях. Соли К. применяются в качестве лекарственных средств, способствующих усвоению железа и стимулирующих его обмен в организме. К. входит в состав многих антианемических лекарственных препаратов. К. и его соединения широко используются в электронике, в металлургии при получении сплавов металлов и отдельных марок сталей, в качестве катализаторов при изготовлении красителей, а также для окраски стекла, бумаги и пр. Долгоживущий изотоп 60Со широко используется в науке, технике и сельском хозяйстве в качестве радиоизотопного индикатора и как гамма-излучатель в различных радиоизотопных приборах, установках для гамма-дефектоскопии, в промышленных установках для облучения. Органические соединения К. применяют в качестве сиккатива и ускорителя в производстве полиэфирных пластиков (стеарат К.), тетракарбонил К. используют в качестве катализатора при различных синтезах и для нанесения кобальтовых покрытий.

Порядковый номер К. 27, ат. вес (масса) 58,933 2. К. мало распространен в природе, его содержание в земной коре составляет всего лишь 0,002 вес. %. Он представляет собой блестящий металл серебристого цвета с розовым оттенком, в хим. реакциях проявляет валентность +2, а в большинстве своих более устойчивых комплексных соединений валентность + 3. Его t пл ° 1493°, t кип ° 3100°. В обычных условиях К. химически стоек на воздухе и в воде.

К. содержится в малых количествах в речной, озерной и морской воде, в морских растениях, в организмах рыб и других морских животных. Из пищевых продуктов больше всего К. содержится в горохе (ок. 15,0 мкг%), говяжьей печени (13,53 мкг%), свекле (12,1 мкг%), землянике (9,8 мкг%), кете (5,6 мкг%), голландском сыре (4,32 мкг%).

Суточная потребность человека в К. точно не определена, хотя есть сведения, что она равна 40-70 мкг. В организме человека и животных К. накапливается в печени, почках, лимф, узлах и железистых органах. С мочой у здоровых людей ежесуточно выводится 6,0- 6,2 мкг К.

Влияние К. на обмен веществ у человека чрезвычайно многообразно. В физиол, дозах он стимулирует процессы кроветворения, активизируя образование эритроцитов, ретикулоцитов, лейкоцитов и гемоглобина (большие дозы К., напротив, угнетают эритропоэз). По данным В.Н. Шустова (1967), К. вызывает угнетение тканевого дыхания с последующим образованием эритропоэтических факторов, обеспечивающих нормальный синтез гемоглобина и усиление созревания эритроцитов в костном мозге. Установлено, что в глобине гемоглобина человека содержится до 60-100 мкг% К. Активность связанных с мембранами ферментов (в основном гидролитических), прежде всего фосфатазы кишечника и костной ткани, увеличивается под действием ионов Co 2+ , особенно при одновременном действии на фермент ионов Mg 2+ .

Важнейшая роль принадлежит К. при эндогенном синтезе витамина В 12 (см. Цианокобаламин).

Многие реакции в организме человека и животных катализируются ферментами, в простетическую группу которых входит атом Co (так наз. B 12 -зависимые и CoB 12 -зависимые ферменты). В ряде случаев К. вместо других двухвалентных катионов (Mn 2+ , Mg 2+ , Zn 2+ и др.) берет на себя роль активатора некоторых ферментативных реакций.

Установлено нарушение свертывания крови под действием К. Возможно, что причиной этого является изменение под влиянием К. структуры молекулы фибриногена.

Органические соединения К. оказывают гипотензивное и коронарорасширяющее действие. По экспериментальным данным Н. Г. Леонтьевой (1971), при длительном ингаляционном воздействии паров металлического К. в сыворотке крови увеличивается концентрация общего холестерина, липидного фосфора и уменьшается величина лецитин-холестеринового коэффициента. Окислы К. угнетают активность щитовидной железы, вызывают ее гипоплазию, а также способствуют снижению интенсивности газообмена. Некоторые авторы отмечают связь между содержанием К. в крови и иммунологической реактивностью организма.

Известны заболевания с.-х. животных, обусловленные недостаточностью К. в организме (энзоотический маразм, береговая болезнь, кустарниковая болезнь и др.). Заболевания носят эндемический характер и возникают в местностях, отличающихся низким содержанием К. в почве и в растениях. Введение дополнительных количеств К. в корм животных приводит к их выздоровлению.

Лекарственные препараты, содержащие К., способствуют усвоению железа, стимулируя процессы его преобразования в организме. При использовании солей К. в терапевтических дозах увеличивается содержание гемоглобина, число эритроцитов, ретикулоцитов, лейкоцитов, в костном мозге происходит усиление скорости потребления кислорода, возрастает интенсивность фосфорилирования.

Имеются экспериментальные сведения о способности некоторых соединений К., в частности Co 2 ЭДТА и Na 3 Co(NO 2) 6 , предотвращать токсическое действие цианистого натрия (NaCN).

К. входит в состав многих антианемических средств - коамида (см.), ферковена (см.), цианокобаламина (см.). Препараты, содержащие К., применяют для лечения больных гипохромными анемиями, гипопластической анемией и т. п.

Кобальт радиоактивный

Природный К. состоит из одного стабильного изотопа 59 Co. Известны 12 радиоактивных изотопов К., включая 2 изомера, с массовыми числами от 54 до 64. Из них четыре - ультракороткоживущие, с секундными и минутными периодами полураспада (кобальт-54, 62, 63, 64), четыре - короткоживущие, с часовыми периодами полураспада (кобальт-55, 58м, 60м, 61) и четыре - с более длительными периодами полураспада (кобальт-56, 57, 58, 60). Из искусственно-радио-активных изотопов К. наибольшее практическое значение имеют 60 Co, а также 57 Co и 58 Co. В медицине 60 Co широко применяется при лучевой терапии (см.) и при радиационной стерилизации (см.) мед. материалов, изделий и лекарственных средств; 57 Co и 58 Co используются в радиодиагностических исследованиях.

Кобальт-60 (T 1/2 = 5,26 г.) впервые был получен на циклотроне по ядерной реакции 59 Co (d, р) 60 Co (см. Ядерные реакции). Однако в дальнейшем его стали получать облучением природного К. нейтронами в ядерном реакторе по реакции 59 Co (n,гамма) 60 Co. Кобальт-60 распадается с испусканием сложного спектра бета-излучения, состоящего из двух компонентов, основная составляющая из которых имеет максимальную энергию Е бета = 0,31788 МэВ (99,88%), а слабая составляющая - Е бета = 1,4911 МэВ (0,12%). Распад сопровождается гамма-излучением с E гмма = 1,1732 МэВ (99,88%); 1,3325 МэВ (100%).

Для мед. применения выпускаются разнообразные типы источников 60Со: для зарядки отечественных гамма-терапевтических установок типа «Луч» и «Рокус», предназначенных для телекюритерапии, используют источники активностью в 4000 кюри; для внутриполостной лучевой терапии используют источники в виде стерженьков из кобаника (сплав кобальта с никелем), помещенных в полые нейлоновые или металлические трубки (радиокобальтовые бусы, аппликаторы разных размеров в виде штифтов из кобаниковой проволоки, заключенных в оболочку из нержавеющей стали); для внутритканевой терапии - иглы из нержавеющей стали, содержащие внутри тонкую кобаниковую проволоку с 60 Co, различных размеров и с различным распределением активности по длине игл; для контактной терапии используют плоские и специальной формы (напр., офтальмологические) аппликаторы, пластобальт (пластмасса с содержащимися в ней кобальтовыми шариками) и другие изделия с активностью от долей до десятков милликюри (см. Радиоактивные препараты).

Кобальт-57 (T 1/2 = 270 дней) получают на циклотроне, облучая железные мишени дейтронами по ядерным реакциям 56Fe (d, n) 57Co и 57Fe (d, 2n) 57Co или никелевые мишени протонами по реакции 60 Ni (p, альфа) 57 Co. Кобальт-57 распадается электронным захватом (э. з.= 100%) с испусканием 10 гамма-линий, из которых основные четыре имеют энергии Е гамма (МэВ): 0,0144 (9,5%), 0,122 (85,6%), 0,136 (10,6%) и 0,692 (0,15%). Распад 57 Co сопровождается также характеристическим рентгеновским излучением железа с энергией 6,46 кэВ (54%).

Кобальт-58 (T 1/2 = 71,3 дня) можно получать как в циклотроне, облучая дейтронами мишень из железа по реакции 57 Fe (d, n) 58 Co, так и в ядерном реакторе, облучая никелевую мишень по реакции 58 Ni (n, p) 58 Со, что проще и более производительно. Кобальт-58 распадается путем позитронного излучения с Е бета + = 0,474 МэВ (15%) и электронного захвата (85%) с одновременным испусканием аннигиляционного гамма-излучения с Е гамма =0,511 МэВ (30%) и трех гамма-линий с энергиями (МэВ): 0,8106 (99,44%), 0,8636 (0,69%) и 1,6748 (0,53%). Распад 58 Co сопровождается также характеристическим рентгеновским излучением железа с энергией 6,47 кэВ (25,7%).

Радиофарм. препараты с 57 Co и 58 Co выпускают в виде меченного ими витамина B 12 (цианокобаламина) в пенициллиновых флаконах и применяют перорально или парентерально, вводя пациенту 0,5-5 мккюри препарата на одно исследование. Препараты используются с диагностической целью при выявлении нарушений всасываемости витамина В 12 при анемиях, болезни оперированного желудка, заболеваниях печени и кишечника. 57 Co в виде комплекса с блеомицином применяют для установления локализации опухолей.

Активность препаратов с радиоактивным кобальтом-57, 58, 60 измеряют по их 7-излучению; при относительных измерениях используют образцовые радиоактивные р-ры и спектрометрические гамма-источники (см. Излучатели образцовые). Радиоизотопы К. относятся к группе средней радиотоксичности. На рабочем месте без разрешения сан.-эпид, службы может находиться не более 10 мккюри препарата.

Профессиональные вредности и гигиена труда

Несмотря на то, что К. является биоэлементом, участвующим в осуществлении важных реакций обмена веществ в организме, в повышенных дозах он обладает токсическими свойствами и относится к группе промышленных ядов второго класса опасности (см. Яды промышленные).

В процессе получения и применения К. и его соединений возможно их поступление в организм через органы дыхания (в виде аэрозолей), частично через жел.-киш. тракт, а также через кожу. Содержание К. в воздухе в ряде случаев может превышать предельно допустимую концентрацию, особенно при таких операциях, как разгрузка, выгрузка и просев сыпучих материалов, содержащих К. На предприятиях порошковой металлургии при получении вольфрамово-кобальтовых твердых сплавов может выделяться в воздух пыль смешанного состава, содержащая К. до 3,33 мг/м 3 . Смесь К., вольфрама и титана обладает более выраженной токсичностью, чем каждый из этих металлов в отдельности. Проф. контакт с К. имеют рабочие в асбестоцементной промышленности, штукатуры, бетонщики и другие, работающие с жидким цементом, а также маляры и колерщики при работе с различными красящими веществами. Воздействию К. могут подвергаться и медсестры процедурных кабинетов при инъекциях витамина В 12 . Наиболее выраженным токсическим действием обладают хорошо растворимые в воде и биол, средах соли К. (хлористый К. и др.), а также металлический К. Общетоксическое действие К. проявляется поражением преимущественно органов дыхания, системы кроветворения, тканевого дыхания, нервной системы и органов пищеварения. Имеются данные, что повышенная температура воздуха (выше 30°) усиливает токсическое действие К.

При воздействии К. на организм возможны острые и хрон, отравления. В производственных условиях у рабочих могут наблюдаться преимущественно хрон, отравления К., при этом характерны жалобы на кашель, нарушение аппетита, диспепсические расстройства и нарушение обоняния. Развиваются изменения в верхних дыхательных путях (хрон, риниты, ларингиты, фарингиты). При длительном контакте с соединениями К. отмечаются явления хрон, бронхита, пневмонии и пневмосклероза. Описаны случаи бронхиальной астмы. При воздействии К. и его соединений наблюдали возникновение кардиомиопатии (см.). Обнаруживаются изменения крови: повышение содержания гемоглобина, увеличение количества эритроцитов, ретикулоцитоз, снижение свертываемости, при тяжелых формах - анемия. Выявляются патол, изменения со стороны печени и симптомы раздражения почек. В аварийных ситуациях возможны случаи острых отравлений К. На фоне выраженной вегетативно-сосудистой дисфункции и функц. нарушения состояния ц. н. с. отмечалась рассеянная микроочаговая симптоматика.

Соединения К. обладают выраженными сенсибилизирующими свойствами, они могут быть причиной развития проф. дерматитов, экзем и гиперкератозов; имеются указания на развитие аллергического миокардита. Установлено токсическое влияние соединений К. на течение беременности, родов и на развитие плода и новорожденного.

Методы определения К. в воздухе основаны на взаимодействии иона CO 2+ с нитрозо-R-солью и последующей колориметрии окрашенного комплексного соединения (чувствительность метода 0,5 мкг в анализируемом объеме). Возможно определение К. в моче и крови после их минерализации по реакции К. с нитрозо-R-солью или нитрозонафтолом.

Предельно допустимая концентрация металлического К. и его окиси для рабочей зоны производственных помещений равна 0,5 мг/м 3 ; для тетракарбонила и карбонилгидрида К. и продуктов его распада - 0,01 мг/м 3 (по К.). Для всех неорганических соединений К. в воде водоемов предельно допустимая концентрация равна 1 мг/л. Среднесуточная предельно допустимая концентрация К. для атмосферного воздуха - 0,5 мг/м 3 (К. и его соединения) и 0,01 мг/м 3 (К. гидрокарбонилы).

Меры предупреждения

В связи с высокой токсичностью К. и его соединений при контакте с ними требуется строгое соблюдение сан.-гиг. норм и правил. Необходимо последовательное проведение профилактических мероприятий, направленных на предупреждение попадания К. в воздух помещений. Процессы, сопровождающиеся пылевыделением, необходимо переводить на влажную технологию, а пылящее оборудование герметизировать с устройством фильтров.

Контроль и управление технол. процессом следует проводить с помощью дистанционных устройств. Ручные, трудоемкие и опасные операции должны быть механизированы. Перед ремонтом оборудования необходима его предварительная очистка от К. Особое внимание должно быть уделено санитарно-бытовым устройствам и средствам индивидуальной защиты. Требуется защита органов дыхания и кожных покровов и соблюдение правил личной гигиены.

Противопоказанием к приему на работу с соединениями К. являются: резко выраженные риноларингофарингиты, хрон, бронхит, пневмо-склероз, эмфизема легких, бронхиальная астма, органические заболевания ц. н. с., выраженные эндокринно-вегетативные заболевания, экземы.

При наличии стойкого бронхита с дыхательной недостаточностью, бронхиальной астмы, рецидивирующей экземы, а также выраженных и стойких изменений в легких требуется перевод на работу, исключающую контакт с токсическими соединениями К. (особенно раздражающего действия). Лица, у которых выявляются диспепсические расстройства, легкие явления бронхита, нуждаются в наблюдении и лечении без отстранения от работы. Лечение больных симптоматическое. При поражении верхних дыхательных путей назначают масляные ингаляции, при бронхитах - антиспастические средства, при осложнении вторичной инфекцией - антибиотики. При необходимости - сердечные средства. При анемии применяются препараты восстановленного железа, общеукрепляющие средства.

Большое значение имеют леч.-проф. мероприятия. В целях профилактики профзаболеваний при получении и применении К. и его соединений необходимо проводить медосмотр при поступлении на работу и периодический осмотр 1 раз в 12 мес. В медосмотре необходимо участие врача-терапевта и по показаниям - стоматолога, невропатолога, окулиста и дерматовенеролога. Обязателен анализ крови (гемоглобин, лейкоциты, РОЭ) и рентгенологическое исследование органов грудной клетки.

Библиография: Бриченко В.С. Клинико-электроэнцефалографическая характеристика поражений головного мозга человека при острой интоксикации гидрокарбонилами кобальта, Сб. науч. трудов Ангарск, науч.-исслед, ин-та гиг. труда и проф. заболев., в. 6, с. 41, М., 1975; Вредные вещества в промышленности, под ред. Н. В. Лазарева и И. Д. Гадаскиной, т. 3, с. 531, Л., 1977; Гадаскина И. Д., Г а д а с к и н а Н. Д. и Филов В. А. Определение промышленных неорганических ядов в организме, Л., 1975; Левин В. И. Получение радиоактивных изотопов, с. 152, М., 1972; Лопухова К. А. и Антоньев А. А. О роли кобальта в возникновении профессиональных дерматозов у рабочих асбестоцементной промышленности, в кн.: Вопр, нейроэндокринных дисфункций и аллергологии, под ред. Ю. К. Скрипкина, с. 60, М., 1971; Машковский М. Д. Лекарственные средства, ч. 2, с. 100, М., 1977; Синицын В. И. Радиоактивный кобальт Со60, М., 1967, библиогр.; С п и-ридоноваВ.С. иШабалинаЛ.П. Экспериментальное исследование токсичности тетракарбонила кобальта, Гиг. и сан., № 1, с. 97, 1973; Токсикология редких металлов, под ред. 3. И. Из-раэльсона, с. 164, 227, М., 1963; Шустов В. Я. Микроэлементы в гематологии, с. 13, М., 1967; Экспертиза трудоспособности при профессиональных заболеваниях, под ред. К. П. Молоканова и др., с. 106, М., 1968.

Н. Ю. Тарасенко; В. В. Бочкарев (рад.), В. П. Фисенко (фарм.).

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 .

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

Образование и распад

Кобальт-60 является дочерним продуктом β − -распада нуклида 60 Fe (период полураспада составляет 2.6·10 6 лет ):

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

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

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

Основное состояние ядра 60 Co имеет спин и чётность J π = 5 + , а основное состояние дочернего ядра 60 Ni 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 60 Co происходят лишь в возбуждённые состояния 60 Ni, 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 и 0,665 МэВ (в последнем случае вероятность составляет всего лишь 0,022 %) . После их испускания нуклид 60 Ni 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 испускание квантов с энергией 1,1732 МэВ и 1,3325 МэВ . Полная энергия распада кобальта-60 составляет 2,823 МэВ .

Изомеры

• 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 59 Co бомбардировке тепловыми нейтронами (в атомном реакторе или с помощью нейтронного генератора).

Применение

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

• стерилизации пищевых продуктов, медицинских инструментов и материалов;
• активации посевного материала (для стимуляции роста и урожайности зерновых и овощных культур);
• 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);

Кобальт-60 используется также в системах контроля уровня металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке стали .

Является одним из изотопов, применяющихся в .

Кобальт-60 в культуре

• Французская пост-индастриал группа Cobalt 60 названа в честь данного изотопа.
• Реактор на кобальте-60 служил объектом религиозного поклонения в романе «Всемогущий атом» американского писателя-фантаста Роберта Силверберга .

См. также

Напишите отзыв о статье "Кобальт-60"

Примечания

Отрывок, характеризующий Кобальт-60