Kobalt-60

Kobalt-60 (⁶⁰Co) je radioizotop kobaltu s poločasem přeměny 5,2713 roků.^[3]

Radon-222
{{{elektronová konfigurace}}}   Co
Obecné
Název, značka, číslo	Radon-222, Co, {{{protonové číslo}}}
Chemická skupina	neznámé
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P 60Co {{{výskyt}}} 5+ 1925,28(14) d[1] β−[1] 1,31089(6)[2] 60Ni γ {{{energie2}}} 60Co
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Co

Gama spektrum kobaltu-60

⁶⁰Co se vyrábí uměle v jaderných reaktorech. Výroba spočívá v neutronové aktivaci ⁵⁹Co, jediného přírodního izotopu kobaltu.^[4]

Měřitelná množství tohoto izotopu se také vytvářejí jako vedlejší produkty běžného provozu jaderných elektráren a lze je detekovat při nehodách. Jeho tvorba je způsobována několikanásobnou neutronovou aktivací izotopů železa v ocelovém obalu reaktoru^[5] přes 59^Co; nejjednodušší z těchto reakcí je aktivace ⁵⁸Fe. ⁶⁰Co se přeměňuje beta minus přeměnou na nikl-60 (⁶⁰Ni). Aktivovaný nikl vyzáří dva gama fotony o energiích 1,17 a 1,33 MeV, celková rovnice tedy vypadá takto:

⁵⁹Co + n → ⁶⁰Co → ⁶⁰Ni + e⁻ + elektronové antineutrino + γ

Aktivita

Měrná aktivita ⁶⁰Co činí 44 TBq/g. Konstanta absorbované dávky má hodnotu 0,35 mSv/(GBq h) 1 metr od zdroje. Ekvivalentní dávka závisí na vzdálenosti od zdroje a jeho aktivitě; například ⁶⁰Co o aktivitě 2,8 GBq, tedy 60 μg čistého ⁶⁰Co, vytváří ve vzdálenosti 1 m příkon efektivní dávky 1 mSv/h. Pozření ⁶⁰Co omezuje vzdálenost na několik milimetrů a stejné dávky je dosaženo v několika sekundách.

Testovací zdroje, používané například při školních experimentech, mívají aktivity pod 100 kBq. Zařízení pro nedestruktivní zkoumání materiálu mají obvykle zdroje o aktivitě 1 TBq nebo vyšší.

Vysoké energie záření γ jsou způsobeny velkým rozdílem hmotnosti ⁶⁰Ni a ⁶⁰Co, přibližně 03003 u. Jejich hodnoty jsou kolem 20 W/g, tedy přibližně 30krát vyšší než u ²³⁸Pu.

Přeměna

Schéma rozpadu ⁶⁰Co a ^60mCo

Na obrázku výše je znázorněno zjednodušené schéma rozpadu ⁶⁰Co a ^60mCo a jejich β-přeměny. Pravděpodobnost přeměny β na produkt o energii 2,1 MeV je 0,002 2 %, maximální energie přeměny činí 665,26 keV. Přechody energií mezi třemi úrovněmi vytvářejí paprsky gama o šesti různých frekvencích;^[6] na obrázku jsou vyznačeny dva nejvýznamnější. Energie vnitřních konverzí jsou mnohem nižší než zobrazené hladiny.

^60mCo je jaderným izomerem ⁶⁰Co, s poločasem 10,467 minut,^[1] přeměňující se na ⁶⁰Co s vyzářením gama fotonů o energii 58,6 keV, nebo (s pravděpodobností 0,22 %) β-přeměnou na ⁶⁰Ni.^[6]

Použití

⁶⁰Co je zdrojem vysokoenergetických paprsků gama, který má oproti jiným zdrojům o podobné intenzitě poměrně dlouhý poločas přeměny, 5,27 let. Částice β z tohoto nuklidu mají nízkou energii a lze je snadno odstínit, ovšem gama fotony mají energie kolem 1,3 MeV a jsou vysoce pronikavé. Vlastnosti kobaltu, jako jsou odolnost vůči oxidaci a nízká rozpustnost, jsou výhodami oproti jiným zdrojům, například cesiu-137.

Hlavními způsoby využití ⁶⁰Co jsou:^[7]

• Značkovač pro kobalt při chemických reakcích
• Sterilizace lékařských nástrojů^[8]
• Zdroj záření v radioterapii^[9] (kobaltová terapie)
• Zdroj záření v průmyslové radiografii^[9]
• Zdroj záření k měření tloušťky^[9]
• Zdroj záření při sterilizaci škodlivého hmyzu^[10]
• Zdroj záření při ozařování potravin a krve^[8]

Tento izotop byl navržen jako složka kobaltových bomb, které mohou kontaminovat rozsáhlá území ⁶⁰Co a učinit je tak neobyvatelnými. Jeden z návrhů spočíval v odražeči neutronů tvořeném stabilním izotopem ⁵⁹Co. Po výbuchu měly přebytečné neutrony z jaderného štěpení tento izotop přeměnit na ⁶⁰Co. Nejsou známé žádné případy výraznějšího zájmu o takovéto zbraně.

Výroba

⁶⁰Co se nevyskytuje v přírodě a je tak třeba jej vyrábět uměle, což se provádí ostřelováním ⁵⁹Co tepelnými neutrony;^[7] jejich zdrojem může být kalifornium-252, kdy jako moderátor neutronů v jaderném reaktoru slouží voda.

⁵⁹Co + n → ⁶⁰Co

Bezpečnost

Po vstupu do organismu se část ⁶⁰Co vyloučí ve stolici a zbytek je přijímán orgány, především játry, ledvinami a kostmi, kde delší vystavení tomuto izotopu může způsobit vznik nádorů. Absorbovaný kobalt se postupem času vylučuje v moči.^[9]

Kontaminace oceli

Kobalt je obsažen v některých ocelích. Nekontrolované ukládání ⁶⁰Co ve šrotu způsobilo přítomnost radioaktivity v několika železných výrobcích.^[11][12]

Kolem roku 1983 bylo na Taiwanu dokončeno 1700 bytů, ve kterých byla přítomna ocel kontaminovaná kobaltem-60. Během následujících 9–20 let tyto budovy obývalo kolem 10 000 lidé; ti obdrželi dávku ionizujícího záření kolem 0,4 Sv, úmrtnost na rakovinu u nich ovšem byla nižší než je průměr v populaci Taiwanu.^[7][13]

Nehody spojené s lékařskými zdroji záření

Při incidentu v Samut Prakan byl v roce 2000 zdroj ionizujícího záření obsahující ⁶⁰Co, používaný v radioterapii, uložen na nezabezpečeném místě v Bangkoku a poté prodán sběračům šrotu. Aniž by si uvědomil nebezpečí, tak jeden ze zaměstnanců skládky odstranil stínění a odhalil zdroj, který poté zůstal několik dnů nechráněný. Deset lidí, mezi nimi sběrači odpadu a zaměstnanci skládky, bylo vystaveno vysokým dávkám radioaktivity a projevila se u nich nemoc z ozáření; v důsledku toho zemřeli tři zaměstnanci, kteří obdrželi dávku odhadovanou na více než 6 Gy. Zdroj byl následně bezpečně zlikvidován.^[14]

V roce 2013 byl nákladní vůz přepravující zdroj záření obsahující 111 TBq ⁶⁰Co z nemocnice v Tijuaně do úložiště radioaktivního odpadu odcizen na čerpací stanici nedaleko Ciudad de México.^[15][16] Vůz byl brzy nalezen, zloději ovšem odstranili stínění zdroje, který zanechali na blízkém poli.^[16][17]

Přestože první zprávy tvrdily, že jsou zloději „pravděpodobně vyřízení“,^[18] tak u nich byla nemoc z ozáření dostatečně mírná, aby mohli být brzy předáni policii,^[19] přičemž není známo, že by některý zemřel v důsledku incidentu.^[20]