Большая энциклопедия нефти и газа. Радиоактивные элементы

План:

1 Образование и распад
2 Изомеры
3 Получение
4 Применение

Введение

Ко́бальт-60 , радио́кобальт - 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 .

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 41,8 ТБк.

1. Образование и распад

Гамма-спектр распада кобальта-60. Видны линии, соответствующие энергиям 1,1732 и 1,3325 МэВ

Кобальт-60 является дочерним продуктом β − -распада нуклида 60 Fe (период полураспада составляет 1,5(3)×10 6 лет):

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

Наиболее вероятным является испускание электрона и нейтрино с суммарной энергией 0,318 МэВ, 1,491 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/нейтрино), а затем переходит в основное состояние, испуская гамма-кванты (3 уровня дают в комбинации 6 возможных частот гамма-излучения). Наиболее вероятным является испускание квантов с энергией 1,1732 МэВ и 1,3325 МэВ. Полная энергия распада кобальта-60 составляет 2,823 МэВ.

2. Изомеры

Известен единственный изомер 60 Co m со следующими характеристиками :

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) %).

3. Получение

Кобальт-60 получают искусственно, подвергая единственный стабильный изотоп кобальта 59 Co бомбардировке нейтронами (в атомном реакторе, или с помощью нейтронного генератора).

4. 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.

Является одним из изотопов, применяющихся в радиоизотопных источниках энергии.

Примечания

1 2 3 4 G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references. - www.nndc.bnl.gov/amdc/masstables/Ame2003/Ame2003b.pdf». Nuclear Physics A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003 - dx.doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
1 2 3 4 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties - www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf». Nuclear Physics A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 - dx.doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
U. S. environmental protection agency Who discovered cobalt and cobalt-60? - www.epa.gov/rpdweb00/radionuclides/cobalt.html#discovered (англ.) (09.02.2009).
WWW Table of Radioactive Isotopes - nucleardata.nuclear.lu.se/NuclearData/toi/nuclide.asp?iZA=270060 (англ.) . - Энергетические уровни 60 Co.
Радиационные технологии на Ленинградской атомной станции. - www.laes.ru/content/proizv/tehnology/ort/ort.htm#02 . - Раздел: производство изотопа кобальта-60.

Кобальт (Cobaltum, Со) - это химический элемент VIII группы . Порядковый номер 27, атомный вес 58,9332. Металл белого цвета. В соединениях двух- и трехвалентен. Содержится в морской воде, минеральных источниках, входит в состав растений, организма животных и человека. Кобальт, поступивший в организм, усваивается частично, выделяется с , мочой и молоком (в период лактации). В организме он связан с белками, аминокислотами, входит в состав . Кобальт активирует , повышает гликолитическую активность крови, усиливает основной обмен, синтез мышечных белков, ассимиляцию азота, стимулирует . При недостатке кобальта развивается гипо- или авитаминоз В12.

В медицине при различных формах анемии с целью стимуляции эритропоэза применяют препараты кобальта: коамид (см.); ферковен (см. Железо, препараты); кобальтамин (Cobaltamin) - соединение кобальта с аминокислотами; кобальтин (Cobaltin) - соединение кобальта с этилендиаминтетрауксусной кислотой; эритрофилл (Erythrophyll) - хлорофилл, в молекуле которого магний замещен кобальтом; монтавит (Montavit) - кобальт вместе с железом.

Кобальт радиоактивный . Известны радиоактивные изотопы кобальта: Со56, Со67, Со58, Со 60 и др. Первые три получают путем облучения железа дейтронами в циклотроне (см. ). Период полураспада Со56 - 77 дней, Со58 - 71 день и Со87-270 дней. При распаде все три изотопа испускают позитроны и γ-лучи.

Используются Cose и Со58 для изучения усвоения кобальта растениями, содержания кобальта в почве, метаболизма витамина В12 у животных и человека.

Изотоп Со 60 (период полураспада 5,2 года) получают в ядерном реакторе (см. ) путем облучения стабильного кобальта (Со69) тепловыми . Распад Со 60 сопровождается испусканием β-частиц и двух γ-квантов; β-лучи поглощаются алюминиевым фильтром толщиной 0,2 мм. В практике используется только 7-излучение, характеризующееся большой проникающей способностью.
γ-излучение Со 60 используется в промышленности для обнаружения дефектов металлических изделий, вулканизации резины и для , медикаментов.

В медицине Со 60 применяется в качестве источников γ-излучения при лучевой терапии (см. ) главным образом больных со злокачественными опухолями. Источники Со 60 имеют различную форму, размеры и активность (см. ).

Со 60 применяют также в виде препаратов для внутриполостного введения и игл для внутритканевого введения.

Среднегодовая допустимая концентрация Со 60 в воде открытых водоемов и источников водоснабжения - 3,5ּ10 -8 кюри/л; в воздухе рабочих помещений - 9ּ10 -12 кюри/л.

Кобальт как промышленный яд .

Кобальт применяется для получения различных сплавов; соединения кобальта могут использоваться в качестве катализаторов, сырья для приготовления красок и эмалей. Наиболее токсичными являются растворимые соединения кобальта. Предельно допустимая концентрация кобальта и окиси кобальта в воздухе- 0,5 мг/м 3 . Попадание высокодисперсной пыли, паров, тумана кобальта в легкие вызывает воспаление легочной ткани и слизистых оболочек верхних дыхательных путей ( , ларингиты, бронхиты, фиброз легких). Иногда бронхиты сопровождаются астмоидными приступами. Описано воздействие соединений кобальта на кровь (анемия, лейкопения). Одним из ранних симптомов воздействия пыли кобальта является нарушение обоняния.

Соединения кобальта в пылевидном состоянии могут вызывать кожные поражения в виде острых дерматитов. При остром дерматите применяются холодные буровской жидкостью, а также .

В целях профилактики отравлений соединениями кобальта следует производить герметизацию и механизацию производственных процессов и замену сухих процессов размола на влажные. Необходимо применять средства индивидуальной защиты ( , перчатки и др.). Все, имеющие контакт с соединениями кобальта, должны проходить медицинский осмотр 1 раз в 12 месяцев.

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.).

Фокус Парацельса

Рассказывают, будто бы известный врач и химик XVI века Парацельс любил показывать фокус, который неизменно пользовался успехом у аудитории. Ученый демонстрировал картину, где был изображен зимний пейзаж ― деревья и пригорки, покрытые снегом. Дав зрителям вдоволь налюбоваться полотном, Парацельс на глазах у публики превращал зиму в лето: деревья одевались листвой, а на пригорках появлялась нежно-зеленая трава.
Чудо? Но ведь чудес на свете не бывает. Действительно, в роли вол-шебника в этом опыте выступала химия. При обычной температуре раствор хлористого кобальта, к которому примешано некоторое количество хлорис-того никеля или железа, бесцветен, но если им что-либо написать, дать просохнуть, а затем хотя бы слабо подогреть, то он приобретает красивую зеленую окраску . Такими растворами и пользовался Парацельс, создавая свой чудо-пейзаж. В нужный момент ученый незаметно для присутству-ющих зажигал находившуюся за картиной свечу и на полотне, точно в сказке, происходила изумлявшая публику смена времен года.

Голубой фарфор

Правда, сам Парацельс еще не мог в то время знать точный химичес-кий состав своих красок: ведь тогда ни кобальт, ни никель еще не были известны науке. Но использование соединений кобальта в качестве краси-телей насчитывало к этому моменту уже не одно столетие. Еще пять тысяч лет назад синюю кобальтовую краску применяли в керамическом и стеколь-ном производстве. В Китае, например, в те далекие времена кобальт исполь-зовали в производстве всемирно известного голубого фарфора. Древние египтяне синей глазурью, содержащей кобальт, покрывали глиняные гор-шки. В гробнице фараона Тутанхамона археологи нашли стекла, окрашен-ные в синий цвет солями этого элемента. Такие же стекла удалось обнару-жить и при раскопках на месте Древней Ассирии и Вавилона.
Однако в начале нашей эры секрет кобальтовых красок, видимо, был утерян, так как в синих стеклах, изготовленных в этот период александрий-скими, византийскими, римскими и другими мастерами, кобальт уже не содержался, а синяя окраска, которая достигалась введением меди, явно уступала прежней.
«Разлука» стекла с кобальтом затянулась: лишь в средние века венецианские мастера стекольных дел начали выпускать чудесные синие стекла, которые быстро завоевали популярность во многих странах. Своим успехом стекла были обязаны все тому же кобальту.
Рецепт изготовления своей неповторимой по красоте продукции вене-цианцы держали в строжайшем секрете. Чтобы свести к минимуму воз-можность утечки информации правительство Венеции перевело в XIII веке все стекольные фабрики на небольшой остров Мурано, куда посторонним «вход» был воспрещен строго-настрого. Да и покинуть остров без разреше-ния властей не дозволялось ни одному из специалистов по варке цветного стекла. И все же подмастерье Джиорджио Белерино сумел каким-то путем сбежать оттуда. Он добрался до Германии и открыл в одном из городов свою стекольную мастерскую. Но просуществовала она недолго: однажды в ней «возник» пожар и она сгорела дотла, а беглеца-владельца нашли заколотым кинжалом.
Сохранившиеся документы XVII века свидетельствуют, что на Руси большим спросом пользовалась дорогая, но очень стойкая и сочная кобаль-товая краска «голубец» . Ею были расписаны стены Грановитой и Оружей-ной палат, Архангельского и Успенского соборов и других замечательных сооружений того времени. ...

Китай Стекло Мурано Фарфор, кобальт (фабрика М.Кузнецова, нач. ХХ в.)

Новинка фирмы Хейнеса

До начала XX века сфера деятельности кобальта была весьма ограничена. Металлур-ги, например, которые сегодня с почтением относятся к кобальту, тогда имели смутное представление о его свойствах. В книге «Метал-лургия цветных металлов», вышедшей в 1912 году, ее автор Е. Про утверждал: «...до настоя-щего времени металлический кобальт с точки зрения потребления не представляет интереса... Были попытки ввести кобальт в железо и при-готовить специальные стали, но последние не нашли еще никакого применения».
Уважаемый автор заблуждался. Еще за пять лет до появления его книги металлургиче-ская фирма Хейнеса создала необычные спла-вы, обладавшие колоссальной твердостью и предназначавшиеся для металлообрабатыва-ющей промышленности. Один из лучших стел-литов ― так были названы новые сплавы (от слова «стелла» ― звезда) ― содержал более 50% кобальта. В дальнейшем производство твердых сплавов неуклонно росло, и кобальт играл в них далеко не последнюю роль.

Японская сталь

Советскими учеными и инженерами разра-ботан сверхтвердый сплав победит , превос-ходящий по своим качествам аналогичные за-рубежные сплавы. В состав победита, наряду с карбидом вольфрама, входит кобальт.
В 1917 году японские ученые Хонда и Такати получили патент на созданную ими сталь, содержавшую от 20 до 60% кобальта и характе-ризовавшуюся высокими магнитными свойст-вами. Нужда в такой стали, за которой закрепи-лось название японской, была огромная. Конец XIX и начало XX веков ознаменовались бук-вально вторжением магнитов в промышлен-ность, чем и был обусловлен голод на магнит-ные материалы.
Из трех основных ферромагнитных метал-лов ― железа, никеля и кобальта ― последний обладает наиболее высокой точкой Кюри, т. е. той температурой, при которой металл утрачи-вает свойство быть магнитом. Если для никеля точка Кюри составляет всего 358°С, для железа 770°С, то для кобальта она достигает 1130°С. И так как магнитам приходится трудиться в самых разнообразных условиях, в том числе и при весьма высоких температурах, кобальту суждено было стать важнейшим компонентом магнитных сталей.

Коварные "игрушки"

Едва успев появиться на свет, кобальтовая сталь привлекла к себе внимание военных чи-нов и промышленников, смекнувших, что ее особые свойства можно с успехом использовать в целях, отнюдь не безобидных. Уже в годы гражданской войны нашим морякам и красно-армейцам, сражавшимся на Севере с англий-скими интервентами, довелось познакомиться с необычными минами , на которых, даже не прикоснувшись к ним, подрывались тральщики Северодвинской флотилии. Когда водолазы выудили и обезвредили одну из таких ковар-ных «игрушек», оказалось, что она магнитная, а принцип ее действия заключался в следующем: как только стальной корпус приближавшегося к мине корабля оказывался в зоне силовых линий ее магнитного поля, срабатывал механизм взрывателя и корабль шел ко дну.

Урон английскому флоту

Накануне второй мировой войны в фашистской Германии производство кобальтовых сталей, служивших материалом для изготовления магнитных мин, заметно возросло. Как утверждала геббельсовская пропаганда, немецкие мины по точности, чувствительности и быстроте реакции «превосходят нервную систему многих высших существ, созданных творцом». И действи-тельно, когда немцам удалось заминировать с воздуха побережье Англии, устья Темзы и других важнейших рек, магнитные мины нанесли большой урон английскому флоту. Но на всякий яд находится противоядие. Уже примерно через две недели после вероломного нападения гитлеровской армии на Советский Союз военный инженер 3-го ранга М. И. Иванов в рай-оне Очакова разминировал первую немецкую магнитную мину.

Сюрприз старых отвалов

К периоду войны относится и случай, который произошел на одном из уральских рудников. В старых отвалах обогатительной фабрики, перераба-тывающей в течение многих лет медную руду, был обнаружен кобальт, о чем до этого никто и не подозревал. В короткий срок была разработана технология извлечения кобальта, и вскоре военная промышленность уже получила ценнейший металл, добытый из «пустой» породы.

В союзе с платиной

В годы войны кобальт начал принимать участие в создании жаропроч-ных сталей и сплавов, которые идут на изготовление деталей авиационных двигателей, ракет, паровых котлов высокого давления, лопаток турбо-компрессоров и газовых турбин. К таким сплавам относится, например, виталлиум , содержащий до 65% кобальта. Однако дороговизна и дефи-цитность кобальта являются препятствием для еще более широкого исполь-зования его в этой области.
В то же время есть такие сферы, где кобальт с успехом заменяет еще более дорогой металл ― платину, годовая добыча которой легко помес-тится в кузове грузовика. В гальванотехнике распространены нераствори-мые аноды, которые не должны реагировать с содержимым гальванической ванны. Очень подходящий для этих целей материал ― платина, но платино-вые аноды обходятся «в копеечку». Замена платины более дешевыми металлами давно волновала умы ученых. В результате кропотливых поис-ков удалось разработать композицию сплава, не только не уступающего платине, но и превосходящего ее по способности противостоять крепким кислотам. В состав такого сплава входит до 75% кобальта.
В ряде случаев кобальт выступает в союзе с платиной. Так, английская фирма «Мулард» создала магнитный сплав этих металлов ― платинакс-2 , который к тому же обладает высокими антикоррозийными свойст-вами, легко поддается механической обработке. Из него изготовляют ми-ниатюрные магнитные детали для электрических часов, слуховых аппара-тов, датчиков различного назначения.
Кобальтохромовый сплав оказался прекрасным материалом для карка-сов зубных протезов : он вдвое прочнее золота, обычно используемого для этой цели, и, как легко догадаться, значительно дешевле.

Открытие великих супругов

До сих пор мы рассказывали об обычном кобальте, но с тех пор, как в 1934 году известные французские ученые Фредерик и Ирен Жолио-Кюри открыли явление искусственной радиоактивности, наука и техника стали проявлять большой интерес к радиоактивным изотопам различных элемен-тов, в том числе и кобальта. Из 12 радиоактивных изотопов этого металла наиболее широкое практическое применение получил кобальт-60 .
Его лучи обладают высокой проника-ющей способностью. По мощности излучения 17 граммов радиоактивного кобальта эквива-лентны 1 килограмму радия ― самого мощно-го природного источника радиации. Вот поче-му при получении, хранении и транспорти-ровке этого изотопа, как, впрочем, и других, тщательно соблюдают строжайшие правила техники безопасности, принимают все необ-ходимые меры, чтобы надежно оградить людей от смертоносных лучей.

Подобно сказочному джину. "Бидоны" проходят испытания

После того как в ядерном реакторе обыч-ный металлический кобальт превращается в радиоактивный, его, подобно сказочному джину, «заточают» в специальные массивные контейнеры, по виду напоминающие молоч-ные бидоны. В этих контейнерах, окружен-ный слоем свинца, кобальт-60 переезжает на специальных машинах к месту будущей работы. Ну, а вдруг автомобиль попадет в аварию ― контейнер-«бидон» может разбить-ся, и тогда упрятанная в нем ампула с ко-бальтом будет угрожать жизни людей? Нет, этого не произойдет. Разумеется, от дорож-ной аварии не застрахован ни один автомо-биль, но даже, если она случится, «бидон» останется целым и невредимым. Ведь преж-де, чем стать хранилищем для радиоактивно-го изотопа, контейнеры проходят серьезные испытания. Их бросают с пятиметровой вы-соты на бетонные плиты, помещают в термо-камеры, подвергают различным испытаниям, и лишь после этого они обретают право принять в свой «чрев» маленькую ампулу с тем или другим радиоактивным веществом. Все эти меры предосторожности делают рабо-ту людей, связанных с источниками ядерного излучения, практически безопасной.

Тайное становится явным

У радиоактивного кобальта много «про-фессий». Все более широкое применение в промышленности находит, например, гамма-дефектоскопия , т.е. контроль качества про-дукции путем просвечивания ее гамма-луча-ми, источником которых служит изотоп кобальт-60. Такой метод контроля позволяет с помощью сравнительно недорогой и компактной аппаратуры легко выявлять трещи-ны, поры, свищи и другие внутренние де-фекты массивных отливок, сварных швов, узлов и деталей, находящихся в труднодо-ступных местах. В связи с тем, что гамма-лучи распространяются источником равно-мерно во все стороны, метод дает возмож-ность контролировать одновременно большое число объектов, а цилиндрические изделия проверять сразу по всему периметру.

Маска фараона

С помощью гамма-лучей удалось разре-шить давно интересовавший ученых-египто-логов вопрос о маске фараона Тутанхамона. Одни утверждали, что она сделана из целого куска золота, другие считали, что ее собрали из отдельных частей. Решено было прибег-нуть к помощи кобальтовой пушки ― специ-ального устройства, «заряженного» изотопом кобальта. Оказалось, маска действительно состоит из нескольких деталей, но настолько тщательно подогнанных одна к другой, что заметить линии стыка было совершенно невозможно.

Мирные профессии кобальта

Радиоактивный кобальт используют для контроля и регулирования уровня расплав-ленного металла в плавильных печах, уровня шихтовых материалов в домнах и бункерах, для поддержания уровня жидкой стали в кристаллизаторе установок непрерывной разливки.
Прибор, называемый гамма-толщино-мером , быстро и с большой степенью точ-ности определяет толщину обшивки судовых корпусов, стенок труб, паровых котлов и дру-гих изделий, когда к их внутренней поверх-ности невозможно подобраться и поэтому обычные приборы оказываются бессильны.
Для изучения технологических процес-сов и исследования условий службы различ-ного оборудования широкое применение находят так называемые «меченые атомы», т. е. радиоактивные изотопы ряда элементов, в том числе и кобальта.
В Советском Союзе впервые в мировой практике был создан промышленный радиационно-химический реактор, в котором источни-ком гамма-лучей служил все тот же изотоп кобальта.
Наряду с другими современными методами воздействия на различные вещества ― такими, как сверхвысокие давления и ультразвук, лазерное излучение и плазменная обработка, ― радиационное облучение широко внедряется в промышленность, позволяя значительно улучшить свойства многих материалов. Так, автомобильные покрышки , подвергнутые радиа-ционной вулканизации, служат на 10―15% дольше обычных, а ткань для школьных костюмов , к нитям которой с помощью радиации «привили» молекулы полистирола, оказывается вдвое прочнее. Даже драгоценные камни после радиационных «процедур» становятся еще красивее: алмаз, например, под действием быстрых нейтронов обретает голубую окраску, медленные нейтроны делают его зеленым, а лучи кобальта-60 придают ему нежный голубовато-зеленый цвет.
Радиоактивный кобальт трудится и на сельскохозяйственной ниве, где его применяют для изучения влажности почв, для определения запасов воды в снежном покрове, для предпосевного облучения семян и других целей.

Как поймать молнию

Совсем недавно интересное открытие сделали французские ученые. Они установили, что радиоактивный кобальт может с успехом служить... приманкой для молний. При небольшой добавке изотопа в стержень громо-отвода воздух вокруг него в результате гамма-излучения ионизируется в значительных объемах. Грозовые разряды, возникающие в атмосфере, притягиваются, словно магнитом, к радиоактивному громоотводу . Эта новинка помогает «собирать» молнии в радиусе нескольких сот метров.

Помощник врачей

В заключение скажем еще об одной, пожалуй, самой важной профессии радиоактивного кобальта. Он оказался надежным союзником врачей в их борьбе за жизнь людей. Крупицы изотопа кобальт-60, помещенные в меди-цинские «пушки» , не причиняя вреда организму человека, бомбардируют гамма-лучами внутренние злокачественные опухоли, губительно влияя на быстро размножающиеся больные клетки, приостанавливая их деятель-ность и тем самым ликвидируя очаги страшной болезни.
В подземных хранилищах Всесоюзного объединения «Изотоп» нахо-дятся десятки контейнеров ― больших и маленьких. В них ― радиоактив-ный кобальт, стронций, цезий и другие источники ядерных излучений. Приходит время, и они отправляются в больницы и клиники, на предприя-тия и в научно-исследовательские институты ― туда, где нужен сегодня мирный атом.

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 60Co 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 (относительно 238Pu, 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.

Элементы из природного кобальта, пенал с двойными стенками, устройство для транспортировки пеналов и контейнер с 27 сантиметровыми стенками из свинца и стали для перевозки весом почти 6 тонн.

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 молибдена 99Mo и ядерно-легированного кремния. Кстати, по стоимости, похоже, это самый дешевый (или один из самых дешевых) радиоактивный гамма-эмиттер - как минимум в несколько раз дешевле 137Cs и 90Sr в пересчете на 1 кюри.

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

Почему же 60Co настолько востребован (и рынок растет темпом 4% в год)? Кобальт 60 распадается в 60Ni 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.

Рост 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 60Co 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 подземного захоронения, а лишь хранения. В то же время гамма-эмитирующие изотопы с еще более коротким периодом полураспада, например 22Na с периодом полураспада 2,6 года и 192Ir 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 60Co 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 60Co, 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.

Панорамные облучатели набираются из таких пеналов из нержавеющей стали с таблетками кобальта. Пенал обычно имеет двойную стенку и проверяется на герметичность.

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.

План типичного центра гамма-стерилизации. Вокруг панорамного облучателя движется конвейер с облучаемой продукцией, камера обработки со всех сторон окружена биозащитой, а сам панорамный облучатель можно опустить вниз, в бассейн для работы с оборудованием облучательной камеры. Замена пеналов с кобальтом тоже осуществляется под водой.

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.

Видео про работу гамма-стерилизационного центра.

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 137Cs и 60Co, хотя иногда используются и такие изотопы, как 22Na. 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 сыпучих веществ в емкостях, хотя никаких конкретных примеров производства, где бы был установлен такой измеритель я не нашел.

Внешне «Кактус» ничем особо не примечателен.

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 дозовой 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 брахитерапии.

Принцип действия и реальный гамма нож. На фотографии, очевидно, макеты источников, иначе бы фотограф получил бы несколько бэр в лучшем случае.

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 60Co 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 60Co 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 60Co 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.

P.S. И про кобальтовую бомбу. Эта широко разрекламированная идея из 50х годов на деле имеет мало практического смысла. Во-первых в современных ядерных боеприпасах нет большого количества лишних нейтронов, что бы активировать заметные количества кобальта, во-вторых и сам этот процесс активации быстрыми нейтронами не сильно эффективен, в-третьих ядерных боеприпас за счет ступеней деления и так дает большие объемы радионуклидов, причем разных, наконец экспоненциальные профили выпадения осадков ядерного взрыва приводят к тому что, даже увеличив количество радионуклидов в 2-3 раза мы слабо увеличиваем зараженную территорию.