A kobalt izotópjai

A természetben a kobaltnak (Co) egy stabil izotópja, a ⁵⁹Co létezik. Ezenkívül 28 mesterségesen előállítható radioizotópját írták le. Ezek közül a legstabilabb a ⁶⁰Co, felezési ideje 5,2714 év, a ⁵⁷Co (felezési ideje 271,7 nap), a ⁵⁶Co (77,27 nap) és a ⁵⁸Co (70,86 nap). A többi radioaktív izotóp felezési ideje nem éri el a 18 órát, többségüké 1 másodpercnél is rövidebb. 11 metastabil magizomerje van, ezek felezési ideje 15 percnél rövidebb.

Az ismert kobaltizotópok tömegszáma a 47–75 tartományba esik. A ⁵⁹Co-nél könnyebbek izotópok elsősorban elektronbefogással bomlanak, melynek során vas keletkezik; a nehezebbek főként béta-bomlást szenvednek, és nikkellé alakulnak át.

Radioaktív izotópokat többféle magreakcióval is elő lehet állítani. A ⁵⁷Co-et például vas ciklotronban történő besugárzásával állítják elő. A fő reakció a (d,n) magreakció:

⁵⁶Fe + ²H → n + ⁵⁷Co^[1]

Standard atomtömeg: 58,933195(5) u

A kobalt radioizotópjainak gyógyászati felhasználása

A kobalt-60 (Co-60 vagy ⁶⁰Co) radioaktív fém, melyet a sugárkezelésben alkalmaznak. Két gamma-sugarat bocsát ki, ezek energiája 1,17 és 1,33 MeV. A ⁶⁰Co sugárforrás nem pontszerű – az átmérője mintegy 2 cm –, emiatt a sugárnyaláb széle kissé elkenődött (sugárzási félárnyék). A fém kellemetlen tulajdonsága, hogy finom por képzésére hajlamos, ami megnehezíti a sugárvédelmet. A ⁶⁰Co forrás mintegy 5 évig használható, de még ekkor is rendkívül erősen radioaktív, emiatt nyugaton a kobaltágyúkkal szemben a lineáris gyorsítókat részesítik előnyben.

A kobalt-57-et orvosdiagnosztikai vizsgálatok során alkalmazzák a B₁₂-vitamin nyomjelzésére, melyet a Schilling-tesztben használnak.^[2]

A radioaktív izotópok ipari alkalmazása

A kobalt-60 (Co-60 vagy ⁶⁰Co) jól használható gamma-sugárforrás, mivel – jól tervezhető mennyiségben, nagy aktivitású formában – egyszerűen előállítható, ha a természetes kobaltot reaktorban adott ideig neutronokkal sugározzák be. Felhasználják:

• orvosi eszközök és hulladék sterilizálására
• élelmiszerek gamma-sterilezésére (hideg pasztörizálás)
• ipari radiográfiához (például hegesztések épségének ellenőrzésére)
• sűrűségmérésekhez (például a beton sűrűségének mérésére) és
• tartályok töltöttségi szintjének ellenőrzésére

Táblázat

nuklid jele	Z(p)	N(n)	izotóptömeg (u)	felezési idő	bomlási mód(ok)[3][m 1]	leány- izotóp(ok)[m 2]	magspin	jellemző izotóp- összetétel (móltört)	természetes ingadozás (móltört)
	gerjesztési energia
47Co	27	20	47,01149(54)#				7/2−#
48Co	27	21	48,00176(43)#		p	47Fe	6+#
49Co	27	22	48,98972(28)#	<35 ns	p (>99,9%)	48Fe	7/2−#
					β+ (<0,1%)	49Fe
50Co	27	23	49,98154(18)#	44(4) ms	β+, p (54%)	49Mn	(6+)
					β+ (46%)	50Fe
51Co	27	24	50,97072(16)#	60# ms [>200 ns]	β+	51Fe	7/2−#
52Co	27	25	51,96359(7)#	115(23) ms	β+	52Fe	(6+)
52mCo	380(100)# keV			104(11)# ms	β+	52Fe	2+#
					IT	52Co
53Co	27	26	52,954219(19)	242(8) ms	β+	53Fe	7/2−#
53mCo	3197(29) keV			247(12) ms	β+ (98,5%)	53Fe	(19/2−)
					p (1,5%)	52Fe
54Co	27	27	53,9484596(8)	193,28(7) ms	β+	54Fe	0+
54mCo	197,4(5) keV			1,48(2) perc	β+	54Fe	(7)+
55Co	27	28	54,9419990(8)	17,53(3) óra	β+	55Fe	7/2−
56Co	27	29	55,9398393(23)	77,233(27) nap	β+	56Fe	4+
57Co	27	30	56,9362914(8)	271,74(6) nap	EC	57Fe	7/2−
58Co	27	31	57,9357528(13)	70,86(6) nap	β+	58Fe	2+
58m1Co	24,95(6) keV			9,04(11) óra	IT	58Co	5+
58m2Co	53,15(7) keV			10,4(3) µs			4+
59Co	27	32	58,9331950(7)	Stabil			7/2−	1,0000
60Co	27	33	59,9338171(7)	5,2713(8) év	β−	60Ni	5+
60mCo	58,59(1) keV			10,467(6) perc	IT (99,76%)	60Co	2+
					β- (0,24%)	60Ni
61Co	27	34	60,9324758(10)	1,650(5) óra	β−	61Ni	7/2−
62Co	27	35	61,934051(21)	1,50(4) perc	β−	62Ni	2+
62mCo	22(5) keV			13,91(5) perc	β− (99%)	62Ni	5+
					IT (1%)	62Co
63Co	27	36	62,933612(21)	26,9(4) s	β−	63Ni	7/2−
64Co	27	37	63,935810(21)	0,30(3) s	β−	64Ni	1+
65Co	27	38	64,936478(14)	1,20(6) s	β−	65Ni	(7/2)−
66Co	27	39	65,93976(27)	0,18(1) s	β−	66Ni	(3+)
66m1Co	175(3) keV			1,21(1) µs			(5+)
66m2Co	642(5) keV			>100 µs			(8−)
67Co	27	40	66,94089(34)	0,425(20) s	β−	67Ni	(7/2−)#
68Co	27	41	67,94487(34)	0,199(21) s	β−	68Ni	(7−)
68mCo	150(150)# keV			1,6(3) s			(3+)
69Co	27	42	68,94632(36)	227(13) ms	β− (>99,9%)	69Ni	7/2−#
					β−, n (<0,1%)	68Ni
70Co	27	43	69,9510(9)	119(6) ms	β− (>99,9%)	70Ni	(6−)
					β−, n (<0,1%)	69Ni
70mCo	200(200)# keV			500(180) ms			(3+)
71Co	27	44	70,9529(9)	97(2) ms	β− (>99,9%)	71Ni	7/2−#
					β−, n (<0,1%)	70Ni
72Co	27	45	71,95781(64)#	62(3) ms	β− (>99,9%)	72Ni	(6−,7−)
					β−, n (<0,1%)	71Ni
73Co	27	46	72,96024(75)#	41(4) ms			7/2−#
74Co	27	47	73,96538(86)#	50# ms [>300 ns]			0+
75Co	27	48	74,96833(86)#	40# ms [>300 ns]			7/2−#

1. Rövidítések: EC: Elektronbefogás, IT: Izoméria
2. A stabil izotópok félkövérrel vannak kiemelve

Megjegyzések

• A # jel a nem kizárólag kísérletekből, hanem részben szisztematikus trendekből származó értéket jelöl. A nem kellő megalapozottsággal asszignált spinek zárójelben szerepelnek.
• A bizonytalanságokat rövid formában – a megfelelő utolsó számjegy után zárójelben – adjuk meg. A bizonytalanság értéke egy standard deviációnak felel meg, kivéve, ahol az izotóp-összetételt és standard atomtömeget a IUPAC nagyobb bizonytalansággal adja csak meg.
• A nuklidok tömegének forrása a IUPAP Commission on Symbols, Units, Nomenclature, Atomic Masses and Fundamental Constants (SUNAMCO)
• Az izotópok előfordulási gyakoriságának forrása a IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights