El cobalto-60 ( 60 Co) es un isótopo radiactivo sintético del cobalto con una vida media de 5,2714 años. [3] [4] : 39 Se produce artificialmente en reactores nucleares . La producción industrial deliberada depende de la activación neutrónica de muestras a granel del isótopo monoisotópico y mononucleídico del cobalto. 59Co. [5] También se producen cantidades mensurables como subproducto del funcionamiento típico de una planta de energía nuclear y pueden detectarse externamente cuando se producen fugas. En el último caso (en ausencia de cobalto añadido ), las cantidades producidas incidentalmente60
Co
es en gran medida el resultado de múltiples etapas de activación neutrónica de isótopos de hierro en las estructuras de acero del reactor [6] a través de la creación de su59
Co
precursor. El caso más simple de este último resultaría de la activación de58Fé.60
Co
sufre desintegración beta al isótopo estable níquel-60 (60
Ni
). El núcleo de cobalto activado emite dos rayos gamma con energías de 1,17 y 1,33 MeV , por lo que la ecuación general de la reacción nuclear (activación y desintegración) es:59
27Co
+ n →60
27Co
→60
28Ni
+ e − + 2 γ
Teniendo en cuenta su vida media, la actividad radiactiva de un gramo de 60Co es cercana a 42 TBq (1.100 Ci ). La constante de dosis absorbida está relacionada con la energía y el tiempo de desintegración. Para el 60Co es igual a 0,35 mSv /(GBq h) a un metro de la fuente. Esto permite calcular la dosis equivalente , que depende de la distancia y la actividad.
Por ejemplo, 2,8 GBq o 60 μg de 60Co generan una dosis de 1 mSv a un metro de distancia, en una hora. La ingestión de 60Co reduce la distancia a unos pocos milímetros y se alcanza la misma dosis en cuestión de segundos.
Las fuentes de prueba, como las que se utilizan para experimentos escolares, tienen una actividad de <100 kBq. Los dispositivos para pruebas no destructivas de materiales utilizan fuentes con actividades de 1 TBq y más.
Las altas energías γ corresponden a una diferencia de masa significativa entre 60 Ni y 60 Co: 0,003 u . Esto equivale a casi 20 vatios por gramo, casi 30 veces más que la del 238 Pu.
El diagrama muestra un esquema simplificado de desintegración de 60 Co y 60 m Co. Se muestran las principales transiciones de desintegración β. La probabilidad de que el nivel de energía medio de 2,1 MeV se llene de desintegración β es del 0,0022 %, con una energía máxima de 665,26 keV. Las transferencias de energía entre los tres niveles generan seis frecuencias de rayos gamma diferentes. [7] En el diagrama se marcan las dos más importantes. Las energías de conversión interna están muy por debajo de los principales niveles de energía.
El 60m Co es un isómero nuclear del 60 Co con una vida media de 10,467 minutos. [4] Se desintegra por transición interna en 60 Co, emitiendo rayos gamma de 58,6 keV, o con una probabilidad baja (0,22 %) por desintegración β en 60 Ni. [7]
La principal ventaja del 60Co es que es un emisor de rayos gamma de alta intensidad con una vida media relativamente larga, 5,27 años, en comparación con otras fuentes de rayos gamma de intensidad similar. La energía de desintegración β es baja y se puede proteger fácilmente; sin embargo, las líneas de emisión de rayos gamma tienen energías de alrededor de 1,3 MeV y son muy penetrantes. Las propiedades físicas del cobalto, como la resistencia a la oxidación en masa y la baja solubilidad en agua, brindan algunas ventajas en materia de seguridad en el caso de una brecha de contención sobre algunas otras fuentes de rayos gamma como el cesio-137 . Los principales usos del 60Co son:
Se ha hablado del cobalto como elemento " de salazón " para añadirlo a las armas nucleares , con el fin de producir una bomba de cobalto , un arma extremadamente "sucia" que contaminaría grandes áreas con residuos nucleares de 60 Co , volviéndolas inhabitables. En un diseño, el mecanismo de manipulación del arma estaría hecho de 59 Co. Cuando la bomba explote, los neutrones de la fisión nuclear irradiarían el cobalto y lo transmutarían en 60 Co. No se sabe de ningún país que haya desarrollado seriamente este tipo de arma.
El 60 Co no se produce de forma natural en la Tierra en cantidades significativas, por lo que se sintetiza bombardeando un objetivo de 59 Co con una fuente de neutrones lentos . El californio-252 , [ cita requerida ] moderado a través del agua, se puede utilizar para este propósito, al igual que el flujo de neutrones en un reactor nuclear . Los reactores CANDU se pueden utilizar para activar el 59 Co, sustituyendo las barras de control por barras de cobalto. [11] En los Estados Unidos, a partir de 2010, se está produciendo en un BWR en la central nuclear de Hope Creek . Los objetivos de cobalto se sustituyen aquí por una pequeña cantidad de conjuntos de combustible. [12] Aún así, más del 40% de todos los dispositivos médicos de un solo uso se esterilizan utilizando 60
Co de la central nuclear de Bruce . [13]
La exposición al 60Co es letal para los humanos y puede causar la muerte (potencialmente en menos de una hora por exposición aguda). [14]
Después de entrar en contacto con un mamífero vivo (como un ser humano), suponiendo que el sujeto no muera poco después de la exposición (como puede ocurrir en incidentes de exposición aguda), parte del 60 Co se excreta en las heces . El resto es absorbido por los tejidos, principalmente el hígado , los riñones y los huesos , donde la exposición prolongada a la radiación gamma puede causar cáncer. Con el tiempo, el cobalto absorbido se elimina en la orina. [9]
El cobalto se encuentra en el acero . La eliminación incontrolada de 60 Co en la chatarra es responsable de la radiactividad en algunos productos de hierro. [15] [16]
Hacia 1983, se terminó la construcción de 1700 apartamentos en Taiwán que fueron construidos con acero contaminado con cobalto-60. Alrededor de 10.000 personas ocuparon estos edificios durante un período de 9 a 20 años. En promedio, estas personas recibieron, sin saberlo, una dosis de radiación de 0,4 Sv. Algunos estudios han descubierto que este gran grupo no sufrió una mayor incidencia de mortalidad por cáncer, como predeciría el modelo lineal sin umbral , pero sufrió una mortalidad por cáncer menor que la población general de Taiwán. Estas observaciones respaldan el modelo de hormesis de radiación [17] , sin embargo, otros estudios han encontrado impactos en la salud que confunden los resultados .
En agosto de 2012, Petco retiró del mercado varios modelos de cuencos de acero para comida de mascotas después de que la Oficina de Aduanas y Protección Fronteriza de Estados Unidos determinara que emitían niveles bajos de radiación, que se determinó que provenían de 60 Co que había contaminado el acero. [18]
En mayo de 2013, un lote de cinturones con tachuelas metálicas vendidos por el minorista en línea ASOS fueron confiscados y retenidos en una instalación de almacenamiento radiactivo de EE. UU. después de dar positivo en 60 Co. [19]
En 1984 se produjo un incidente de contaminación radiactiva en Ciudad Juárez , Chihuahua , México , originado por una unidad de radioterapia adquirida ilegalmente por una empresa médica privada y posteriormente desmantelada por falta de personal para operarla. El material radiactivo, 60Co , acabó en un depósito de chatarra, donde fue vendido a fundiciones que inadvertidamente lo fundieron con otros metales y produjeron alrededor de 6.000 toneladas de varillas de refuerzo contaminadas . [20] Estas se distribuyeron en 17 estados mexicanos y varias ciudades de Estados Unidos. Se estima que 4.000 personas estuvieron expuestas a la radiación como resultado de este incidente. [20]
En el accidente de radiación de Samut Prakan en 2000, un cabezal de radioterapia en desuso que contenía una fuente de 60 Co fue almacenado en un lugar no seguro en Bangkok , Tailandia y luego vendido accidentalmente a recolectores de chatarra. Sin darse cuenta del peligro, un empleado del depósito de chatarra desmanteló el cabezal y extrajo la fuente, que permaneció desprotegida durante varios días en el depósito de chatarra. Diez personas, incluidos los recolectores de chatarra y los trabajadores del depósito de chatarra, estuvieron expuestas a altos niveles de radiación y enfermaron. Tres trabajadores del depósito de chatarra murieron más tarde por su exposición, que se estimó en más de 6 Gy . Posteriormente, la fuente fue recuperada de manera segura por las autoridades tailandesas. [21]
En diciembre de 2013, un camión que transportaba una fuente de teleterapia de 111 TBq 60 Co en desuso desde un hospital en Tijuana a un centro de almacenamiento de residuos radiactivos fue secuestrado en una gasolinera cerca de la Ciudad de México . [22] [23] El camión fue recuperado pronto, pero los ladrones habían quitado la fuente de su blindaje. Fue encontrada intacta en un campo cercano. [23] [24] A pesar de los primeros informes con titulares escabrosos que afirmaban que los ladrones estaban "probablemente condenados", [25] la enfermedad por radiación fue lo suficientemente leve como para que los sospechosos fueran rápidamente liberados a la custodia policial, [26] y no se sabe que nadie haya muerto a causa del incidente. [27]
El 13 de septiembre de 1999, seis personas intentaron robar 60 barras de Co de una planta química en la ciudad de Grozny , República de Chechenia. [28] Durante el robo, los sospechosos abrieron el contenedor de material radiactivo y lo manipularon, lo que provocó la muerte de tres de los sospechosos y heridas a los tres restantes. El sospechoso que sostuvo el material directamente en sus manos murió por exposición a la radiación 30 minutos después. Este incidente se describe como un intento de robo, pero al parecer algunas de las barras siguen desaparecidas. [29]
En 1957, Chien-Shiung Wu et al. descubrieron que la desintegración β violaba la paridad , lo que implica que la naturaleza tiene una lateralidad. [30] En el experimento de Wu , los investigadores alinearon 60 núcleos de Co enfriando la fuente a bajas temperaturas en un campo magnético. La observación de Wu fue que se emitían más rayos β en la dirección opuesta al espín nuclear. Esta asimetría viola la conservación de la paridad .
Argentina, Canadá, India y Rusia son los mayores proveedores de 60Co del mundo. [31] Tanto Argentina como Canadá tienen (a partir de 2022) una flota de reactores de agua pesada para la generación de energía. Canadá tiene CANDU en numerosos lugares de Ontario, así como en la central nuclear de Point Lepreau en Nuevo Brunswick, mientras que Argentina tiene dos reactores de agua pesada suministrados por Alemania en la central nuclear de Atucha y un CANDU construido en Canadá en la central nuclear de Embalse . India tiene varios reactores CANDU en la central atómica de Rajastán que se utilizan para producir 60Co . [32] India tenía una capacidad de más de 6 MCi de producción de 60Co en 2021; está previsto que esta capacidad aumente con la puesta en servicio de más reactores CANDU en la central atómica de Rajastán. [33] Los reactores de agua pesada son particularmente adecuados para la producción de 60Co debido a su excelente economía de neutrones y porque su capacidad de recarga en línea permite insertar objetivos en el núcleo del reactor y retirarlos después de un tiempo predeterminado sin necesidad de apagado en frío . Además, el agua pesada utilizada como moderador se mantiene comúnmente a temperaturas más bajas que el refrigerante en los reactores de agua ligera , lo que permite una menor velocidad de neutrones, lo que aumenta la sección transversal de neutrones y disminuye la tasa de reacciones de "knockout" no deseadas (n,2n).
El 60 Co es el material que recubre la ojiva nuclear de un misil en la película de 1970 Beneath the Planet of the Apes .
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