Cobalto-60 ( 60 Co) es un isótopo radiactivo sintético de 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 masivas del isótopo monoisotópico y mononucleido de cobalto . 59Co. [5] También se producen cantidades mensurables como subproducto del funcionamiento típico de una central nuclear y pueden detectarse externamente cuando se producen fugas. En el último caso (en ausencia de cobalto añadido ), el producto incidentalmente producido60
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] mediante la creación de su59
Co
precursor. El caso más simple de este último resultaría de la activación de58fe.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 , de ahí que la ecuación general de la reacción nuclear (activación y desintegración) sea:59
27Co
+ norte →60
27Co
→60
28Ni
+ mi − + 2 γ
Dada su vida media, la actividad radiactiva de un gramo de 60 Co es de 44 TBq (1.200 Ci ). La constante de dosis absorbida está relacionada con la energía y el tiempo de desintegración. Para 60 Co 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 60 Co generan una dosis de 1 mSv a 1 metro de distancia, en una hora. La ingestión de 60 Co 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 en experimentos escolares, tienen una actividad de <100 kBq. Los dispositivos para pruebas de materiales no destructivos 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 el 238 Pu.
El diagrama muestra un esquema de desintegración simplificado de 60 Co y 60 m Co. Se muestran las principales transiciones de desintegración β. La probabilidad de que la población alcance el nivel de energía medio de 2,1 MeV por 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 diferentes de rayos gamma. [7] En el diagrama están marcados los dos importantes. Las energías de conversión interna están muy por debajo de los niveles de energía principales.
60m Co es un isómero nuclear de 60 Co con una vida media de 10,467 minutos. [4] Se desintegra por transición interna a 60 Co, emitiendo rayos gamma de 58,6 keV, o con una baja probabilidad (0,22%) por desintegración β a 60 Ni. [7]
La principal ventaja del 60 Co 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 protege 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 masiva y la baja solubilidad en agua, brindan algunas ventajas en materia de seguridad en caso de una brecha de contención sobre otras fuentes gamma como el cesio-137 . Los principales usos del 60 Co son:
El cobalto ha sido discutido como un elemento " salador " para añadir a las armas nucleares , para producir una bomba de cobalto , un arma extremadamente "sucia" que contaminaría grandes áreas con lluvia nuclear de 60 Co , haciéndolas inhabitables. En un diseño, la manipulación del arma estaría hecha de 59 Co. Cuando la bomba explota, los neutrones de la fisión nuclear irradiarían el cobalto y lo transmutarían en 60 Co. No se sabe de ningún país que haya realizado ningún desarrollo serio de este tipo. de arma.
El 60 Co no se encuentra naturalmente en la Tierra en cantidades significativas; por lo que el 60 Co se sintetiza bombardeando un objetivo de 59 Co con una fuente de neutrones lenta . El californio-252 , [ cita necesaria ] moderado a través de 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 59 Co, sustituyendo las barras de control por barras de cobalto. [11] En los Estados Unidos, a partir de 2010, se produce en un BWR en la estación de generación nuclear Hope Creek . Los objetivos de cobalto se sustituyen aquí por un pequeño número de elementos combustibles. [12] Aún así, más del 40% de todos los dispositivos médicos de un solo uso se esterilizan utilizando60
Co de la central nuclear de Bruce . [13]
Después de entrar en un mamífero vivo (como un ser humano), 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 provocar cáncer. Con el tiempo, el cobalto absorbido se elimina por la orina. [9]
El cobalto se encuentra en el acero . La eliminación incontrolada de 60 Co en la chatarra es responsable de la radiactividad de algunos productos de hierro. [14] [15]
Alrededor de 1983, se terminó la construcción de 1.700 apartamentos en Taiwán que fueron construidos con acero contaminado con cobalto-60. Aproximadamente 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. Este gran grupo no sufrió una mayor incidencia de mortalidad por cáncer, como predeciría el modelo lineal sin umbral , pero sufrió una menor mortalidad por cáncer que el público general de Taiwán. [ dudoso ] Estas observaciones parecen ser compatibles con el modelo de hormesis de radiación . [dieciséis]
En agosto de 2012, Petco retiró del mercado varios modelos de tazones de acero para comida para mascotas después de que la Oficina de Aduanas y Protección Fronteriza de EE. UU. determinara que estaban emitiendo niveles bajos de radiación, que se determinó que provenía del 60 Co que había contaminado el acero. [17]
En mayo de 2013, un lote de cinturones con tachuelas metálicas vendidos por el minorista en línea ASOS fue confiscado y retenido en una instalación de almacenamiento radiactivo de EE. UU. después de dar positivo por 60 Co. [18]
Un incidente de contaminación radiactiva ocurrió en 1984 en Ciudad Juárez , México, originado por una unidad de radioterapia comprada ilegalmente por una empresa médica privada y posteriormente desmantelada por falta de personal para operarla. El material radiactivo, 60 Co, acabó en un depósito de chatarra, donde fue vendido a fundiciones que sin querer lo fundieron con otros metales y produjeron unas 6.000 toneladas de varillas de refuerzo contaminadas . [19] Estos fueron distribuidos en 17 estados mexicanos y varias ciudades de Estados Unidos. Se estima que 4.000 personas quedaron expuestas a la radiación como consecuencia de este incidente. [19]
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 accidentalmente vendido a recolectores de chatarra. Sin darse cuenta del peligro, un empleado del depósito de chatarra desmanteló la cabeza y extrajo la fuente, que permaneció desprotegida durante varios días en el depósito de chatarra. Diez personas, entre ellas los recolectores de chatarra y los trabajadores del depósito de chatarra, estuvieron expuestas a altos niveles de radiación y enfermaron. Tres trabajadores de un depósito de chatarra murieron más tarde a causa de su exposición, que se estimó en más de 6 Gy . Posteriormente, las autoridades tailandesas recuperaron la fuente de forma segura. [20]
En diciembre de 2013, un camión que transportaba una fuente de teleterapia de 111 TBq 60 Co en desuso desde un hospital de Tijuana hasta un centro de almacenamiento de residuos radiactivos fue secuestrado en una gasolinera cerca de la Ciudad de México . [21] [22] El camión fue pronto recuperado, pero los ladrones habían quitado la fuente de su blindaje. Fue encontrado intacto en un campo cercano. [22] [23] A pesar de los primeros informes con titulares espeluznantes que afirmaban que los ladrones "probablemente estaban condenados", [24] la enfermedad por radiación fue lo suficientemente leve como para que los sospechosos fueran rápidamente puestos bajo custodia policial, [25] y no se sabe de nadie. han muerto a causa del incidente. [26]
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. [27] 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 lesiones a los tres restantes. El sospechoso que tenía 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, según los informes, todavía faltan algunas de las varillas. [28]
En 1957, Chien-Shiung Wu et al. descubrió que la desintegración β violaba la paridad , lo que implica que la naturaleza tiene lateralidad. [29] En el experimento de Wu , los investigadores alinearon núcleos de 60 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 60 Co del mundo. [30] Tanto Argentina como Canadá tienen (a partir de 2022) una flota de reactores exclusivamente de agua pesada para generación de energía. Canadá tiene CANDU en numerosos lugares de Ontario, así como la central nuclear Point Lepreau en New 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 Rajasthan que se utilizan para producir 60 Co. [31] India tenía una capacidad de producción de más de 6 MCi de 60 Co en 2021; Está previsto que esta capacidad aumente con la puesta en servicio de más reactores CANDU en la central atómica de Rajasthan. [32] Los reactores de agua pesada son particularmente adecuados para la producción de 60 Co debido a su excelente economía de neutrones y porque su capacidad de repostaje en línea permite insertar objetivos en el núcleo del reactor y retirarlos después de un tiempo predeterminado sin necesidad de parada 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 velocidad más baja de los neutrones, lo que aumenta la sección transversal de los neutrones y disminuye la tasa de (n,2n) no deseados. reacciones de nocaut".
60 Co es el material que recubre una ojiva nuclear de misil en la película de 1970 Debajo del planeta de los simios .
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace ) Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: bot: estado de la URL original desconocido ( enlace )