koboltin radioaktiivinen isotooppi From Wikipedia, the free encyclopedia
Koboltti-60 (60Co) on koboltin keinotekoinen radioaktiivinen isotooppi, jonka massaluku on 60. Sen atomin ytimessä on 27 protonia ja 33 neutronia, ja sen puoliintumisaika on 5,27 vuotta. Sitä valmistetaan neutroniaktivoinnilla luonnon koboltista, joka on kokonaan isotooppia koboltti-59 (59Co).[1] Koboltti-60 hajoaa beetahajoamisella nikkelin stabiiliksi isotoopiksi 60Ni, joka kuitenkin lähettää vielä kaksi gammafotonia, joiden energiat ovat 1,17 ja 1,33 MeV; niinpä siihen liittyvät ydinreaktiot voidaan esittää reaktioyhtälöllä
Kun koboltti-60:n puoliintumisaika tunnetaan, voidaan laskea, että yhden koboltti-60-gramman aktiivisuus on 44 TBq tai noin 1 100 curieta. Siitä saatu absorboitunut annos on verrannollinen hajoamisessa vapautuvaan energiaan ja aikaan. Yhdestä gigabecquerelistä puhdasta koboltti-60:tä saatu annos on noin 0,35 mSv tunnissa metrin etäisyydellä säteilylähteestä. Tämän perusteella voidaan laskea myös ekvivalenttiannos, joka riippuu etäisyydestä ja aktiivisuudesta.
Esimerkki: Oletetaan, että koboltti-60:stä on valmistettu näyte, jonka aktiivisuus on 2,8 GBq, mikä vastaa 60 mikrogrammaa puhdasta koboltti-60:tä. Sellainen näyte aikaansaa metrin etäisyydellä 1 mSv:n säteilyannoksen tunnissa. Jos koboltti-60:tä tulee niellyksi, etäisyys pienenee muutamaan millimetriin, ja sama annos saadaan muutamassa sekunnissa.
Opetustarkoituksiin käytetyissä näytteissä koboltti-60:n aktiivisuus on pienempi kuin 100 kBq. Materiaalien testaukseen käytetään näytteitä, joiden aktiivisuus on 1 TBq tai enemmän.
Koboltti-60:stä lähtee varsin suurienergiaista gammasäteilyä, ja näin ollen sen ja nikkeli-60:n atomimassojen erotus on noin 0,003 atomimassayksikköä. Yhden koboltti-60-gramman tuottama säteilyteho on tämän vuoksi noin 20 wattia, lähes 30 kertaa suurempi kuin plutonium-238:n.
Oheinen kaavio osoittaa yksinkertaistetusti koboltti-60:n ja sen metastabiilin muodon Co-60m hajoamistavat. Kaavio osoittaa Co-60:n pääasialliset β-hajoamistavat. Noin 0,0022 %:ssa tapauksista syntyvä Ni-60-atomi päätyy 2,1 MeV:n energiatasolle, jolloin syntyvän β-säteilyn maksimienergia on 665,26 keV. Kolmen energiatason väliset siirtymät saavat aikaan kuutta gammasäteilyn taajuutta.[2]. Kaavioon on merkitty niistä kaksi tärkeintä. Sisäisen konversion energiat ovat selvästi pienempi kuin pääenergiatasot.
Koboltti-60:stä on olemassa myös metastabiili isomeeri Co-60m, joka puoliintumisaika on 10,467 minuuttia. Se hajoaa sisäisellä siirtymällä tavalliseksi koboltti-60:ksi lähettäen 58,6 keV:n gammasäteilyä, tai 0,22 %:n todennäköisyydellä beetahajoamisella suoraan nikkeli-60:ksi.[3]
Koboltti-60:n lähettämän beetasäteilyn energia on pieni ja siltä on helppo suojautua; sitä vastoin sen gammasäteilyn kvanttien energiat ovat noin 1,3 MeV, ja ne ovat hyvin läpitunkevia. Koboltti-60:tä käytetään pääasiassa seuraavien tarkoituksiin:
Koboltti-60:tä on myös suunniteltu käytettävän ydinaseissa, jolloin sen avulla voitaisiin saada aikaan kobolttipommi, äärimmäisen "likainen pommi" eli paljon radioaktiivista laskeumaa levittävä atomipommi, joka tekisi laajat alueet tai mahdollisesti jopa koko maapallon[8] asuinkelvottomaksi. On oletettu, että sellainen voitaisiin tehdä valmistamalla pommin kuori tavallisesta koboltista (Co-59). Pommin räjähtäessä fissiossa vapautuvat neutronit muuttaisivat kuoren suurelta osin koboltti-60:ksi. Minkään valtion ei kuitenkaan tiedetä vakavissaan kehitelleen sellaista asetta.
Koboltti-60:ta ei esiinny luonnossa. Keinotekoisesti sitä valmistamaan pommittamalla luonnon kobolttia eli koboltti-59:tä hitailla neutroneilla. Tähän tarkoitukseen voidaan käyttää kalifornium-252:ta, jonka lähettämiä neutroneja hidastetaan veden avulla, tai myös ydinreaktorista saatavaa neutronivuota. CANDU-reaktoreilla voidaan koboltti-59 aktivoida korvaamalla ruostumattomasta teräksestä valmistetut säätösauvat kobolttisilla.[9] Yhdysvalloissa sitä valmistetaan nykyisin BWR:ssä Hope Creek Nuclear Generating Stationilla. Kobolttiset kohtiot on siitä korvattu pienellä määrällä ydinpolttoainetta.[10]
Jos koboltti-60 joutuu nisäkkääseen, esimerkiksi ihmiseen, osa siitä poistuu ulosteiden mukana. Muu osa siitä päätyy kudoksiin, varsinkin maksaan, munuaisiin ja luihin, joissa pitkäaikainen altistuminen sille voi aiheuttaa syöpää. Ajan mittaan imeytynyt koboltti poistuu elimistöstä virtsan mukana.[5]
Kobolttia käytetään seosaineena useissa teräslaaduissa. Koboltti-60:tä sisältäviä jätteitä on silloin tällöin joutunut metalliromun sekaan, minkä vuoksi kierrätysmateriaaleista valmistetuissa rauta- ja terästuotteissa on joskus esiintynyt radioaktiivisuutta.[11][12]
Vuonna 2000 Bangkokissa, Thaimaassa, eräs käyttämätön radioterapiaan tarkoitettu väline, joka sisälsi koboltti-60:tä, tuli epähuomiossa myydyksi romuliikkeeseen. Sen vaarallisuutta aavistamatta eräs työntekijä avasi sen suojuksen, jolloin sen sisällä ollut radioaktiivinen aine pysyi suojaamattomana useita päiviä. Kymmenen henkilöä, mukaan luettuna romunkerääjät ja yrityksen henkilökunta, altistui suurille säteilyannoksille ja sairastui. Kolme heistä kuoli pian suureen säteilyannokseen, jonka on arvioitu olleen yli 6 Gy. Lopulta Thaimaan viranomaiset saivat kuitenkin suljetuksi säteilylähteen turvallisesti.[13]
Elokuussa 2012 Petco palautti muutamia teräksisiä lemmikkieläinten ruoka-astioita sen jälkeen kun Yhdysvaltain tulli- ja rajavartioviranomaiset olivat todenneet ne heikosti radioaktiivisiksi. Säteilylähteeksi todettiin koboltti-60, jota oli päätynyt niiden valmistukseen käytettyyn teräkseen.[14]
Toukokuussa 2013 Yhdysvalloissa takavarikoitiin erä metallipäällysteitä vöitä, joiden todettiin sisältävän koboltti-60:tä.[15]
Vuonna 1957 Chien-Shiung Wu:n johtama työryhmä totesi, että koboltti-60:n beetahajoaminen ei noudattanut pariteetin säilymislakia, mikä osoitti, että luonnonlait tekevät eron oikean ja vasemman välille.[16]
Wun johtama työryhmä oli asettanut koboltti-60-ytimiä samansuuntaisesti jäähdyttämällä näytettä alhaiseen lämpötilaan magneettikentässä. Havaittiin, että β-säteitä lähti enemmän ydinspinin suuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan. Tämä asymmetria oli vastoin siihen saakka oletettua pariteetin säilymislakia.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.