Cobalto-60

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Cobalto-60
Generalità
Simbolo 60Co
Protoni 27
Neutroni 33
Peso atomico 59,9338222 uma
Abbondanza isotopica 0 (elemento artificiale)
Proprietà fisiche
Spin 5+
Emivita 1925,1 giorni (+/- 0,1)
Decadimento β
Prodotto di decadimento 60Ni

Il cobalto-60, 6027Co, è un isotopo radioattivo sintetico del metallo cobalto. A causa della sua corta emivita, pari a 5,27 anni[1], il cobalto-60 non si trova in natura. Viene prodotto artificialmente per attivazione neutronica del 5927Co. Il cobalto-60 decade per decadimento beta negativo nell'isotopo stabile nichel-60. Il nucleo di nichel-60 energizzato emette due raggi gamma con energie di 1,17 e 1,33 MeV (Megaelettronvolt) per diventare nichel-60 stabile, e dunque l'equazione nucleare complessiva della reazione è:


5927Co + n → 6027Co6028Ni + e + raggi gamma .

Spettro dei raggi gamma emessi dal cobalto-60

Attività[modifica | modifica sorgente]

In relazione alla sua emivita, l'attività radioattiva massica del cobalto-60 ammonta a 44 PBq/kg. La sua costante di dose è pari a 972 aSv m2/decadimento. Questo permette il calcolo della dose equivalente, che dipende dalla distanza e dall'attività radioattiva.

Ad esempio: una sorgente di cobalto-60 da 2,8 GBq, equivalente a 60 µg di cobalto-60, genera una dose di 1mSv alla distanza di 1m nell'arco di 1h. L'ingestione ne riduce la distanza a pochi millimetri, quindi si raggiunge la stessa dose in pochi secondi.

Le sorgenti per i test, come quelle utilizzate per gli esperimenti di laboratorio sono solitamente inferiori a 100 kBq. I dispositivi per compiere saggi non distruttivi sui materiali invece utilizzano sorgenti che possono superare i TBq.

Le alte energie dei gamma emessi producono una significativo difetto di massa del figlio nichel-60, pari a 0,003 u. L'emivita breve contribuisce ulteriormente all'elevato tasso di dose, pari a circa 20 kW/kg: circa 30 volte quello del plutonio-238.

Schema del decadimento[modifica | modifica sorgente]

Schema di decadimento del 60Co e 60mCo.

Il diagramma mostra uno schema di decadimento (semplificato) del cobalto-60 60mCo. Vengono mostrate le principali transizioni di decadimento-β. La probabilità di decadimento-beta per una popolazione di atomi del livello energetico intermedio di 2,1 MeV ammonta allo 0,0022%, con un'energia massima di 665,26 keV. I trasferimenti di energia tra i tre livelli generano sei diverse frequenze di raggi gamma. Nel diagramma sono sottolineate le due frequenze più importanti.[2] Le energie di conversione interna sono molto sotto i principali livelli di energia.

Il 60mCo è un isomero nucleare del cobalto-60. Dopo una emivita di 10,467 minuti e l'emissione di 58,59 keV sotto forma di raggi gamma si trasforme in 6027Co:

Co60m(IT)Co60

Con una bassa probabilità il 60mCo decade in modo β e popola i due livelli "2+" del nichel-60.

Applicazioni[modifica | modifica sorgente]

Scansione di un'auto utilizzando un dispositivo a raggi gamma prodotti dal decadimento del Co-60.

L'energia del decadimento β è bassa ed è facilmente schermabile. Ambedue le forti frequenze gamma hanno all'incirca la stessa magnitudine, e dunque il cobalto-60 viene utilizzato come una fonte di raggi gamma con energie di circa 1,3 MeV.

Un contenitore commerciale con una piccola quantità di cobalto-60 come sorgente certificata di raggi gamma ad uso scientifico.

Tra i principali utilizzi per il cobalto-60 si possono citare:

  • Come un tracciante per le vie del cobalto nelle reazioni chimiche,
  • Nella sterilizzazione delle attrezzature mediche,
  • Come sorgente di radiazioni per la radioterapia medica,
  • Come fonte di radioattività per la radiografia industriale,
  • Come fonte radioattiva per sistemi di livellatura e per calibri di spessore,
  • Come fonte radioattiva per l'irraggiamento dei cibi e nell'irraggiamento del sangue,
  • Come sorgente radioattiva per l'utilizzo in laboratorio.

Il cobalto-60 potrebbe essere un mezzo di riscaldamento efficiente per un generatore termoelettrico a radioisotopi. Comunque, in contrasto con il più comunemente adoperato plutonio-238, la sua potenza praticamente si esaurisce dopo 10 anni. Inoltre è più difficile assorbire la potenza dei raggi-γ del cobalto-60 rispetto alla potenza delle particelle-α emesse dal 23894Pu. Il cobalto-60 potrebbe inoltre essere usato per "salificare" una bomba al cobalto. Questo è una tipologia di arma nucleare, ipoteticamente fattibile ma estremamente "sporca" (tale da entrare nella categoria della fantascienza definita ordigno dell'apocalisse, dato che per fortuna non è mai stato prodotto). Ipoteticamente, una bomba nucleare con un mantello costituito da cobalto-59, esplodendo provocherebbe una istantanea irradiazione del cobalto con i neutroni in eccesso provenienti dalla fissione nucleare e li trasmuteranno in cobalto-60 (estremamente radioattivo).

Sintesi[modifica | modifica sorgente]

La nucleosintesi stellare del cobalto-60 viene ritenuta un passaggio fondamentale per quella degli elementi con numero atomico che va da 27 fino a 83 che poi avverrebe nelle esplosioni di supernova.[3] A causa della sua emivita estremamente breve, di 5,27 anni[4], non esiste però cobalto-60 naturale sulla Terra. Viene invece sintetizzato grazie a un flusso di neutroni lenti in un reattore nucleare termico, usualmente dal californio-252 delle barre di combustibile in un reattore nucleare ad acqua leggera, oppure dal cobalto-59 delle barre di controllo in un reattore nucleare ad acqua pesante[5]:

5927Co + n → 6027Co

Sicurezza[modifica | modifica sorgente]

Lo smaltimento del cobalto-60 è spesso responsabile della radioattività trovata in alcuni materiali basati sul ferro come gli acciai a causa dell'affinità tra i due metalli.[6][7] Dopo essere entrato nel corpo di un mammifero vivente (come nell'essere umano), la maggior parte del cobalto-60 viene escreto nelle feci. Una piccola quantità è assorbita dal fegato, i reni, e le ossa, dove la lunga esposizione ai raggi gamma che induce può provocare diversi tipi di cancro.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ WWW.EPA.GOV: Radionuclides - Cobalt-60
  2. ^ Co60 energy levels
  3. ^ The Formation of the Elements
  4. ^ EHS.MISSOURI.EDU: Isotopedata Co-60 decaytable
  5. ^ Isotope Production: Dual Use Power Plants
  6. ^ radioactive contamination of steel
  7. ^ Lessons Learned The Hard Way in IAEA Bulletin 47-2, International Atomic Energy Agency. URL consultato il 16 aprile 2010.

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]