Il cobalto-60, 6027Co, è un isotopo radioattivo sintetico del metallocobalto. 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 nichel-60 in uno stato eccitato. Il nucleo di nichel-60 energizzato emette due raggi gamma con energie di 1,17 e 1,33 MeV per diventare nichel-60 stabile e dunque l'equazione nucleare complessiva della reazione è:
In relazione alla sua emivita, l'attività radioattiva massima 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 1 mSv alla distanza di 1 m nell'arco di 1 h. 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 un significativo difetto di massa nel nichel-60 prodotto del decadimento, 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 (il quale avendo un'emivita di 87 anni può essere usato nel Generatore termoelettrico a radioisotopi nelle missioni spaziali di lungo termine).
Il diagramma mostra uno schema di decadimento (semplificato) del cobalto-60 60mCo. Vengono mostrate le principali transizioni di decadimento-β. La probabilità di decadimento-β 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
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;
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 come ordigno dell'apocalisse). Ipoteticamente, una bomba nucleare con un mantello costituito da cobalto-59, esplodendo provocherebbe una istantanea irradiazione del cobalto da parte dei neutroni in eccesso provenienti dalla fissione nucleare, con conseguente trasmutazione in cobalto-60 (estremamente radioattivo).
Sintesi
La nucleosintesi stellare del cobalto-60 viene ritenuta un passaggio fondamentale per gli elementi con numero atomico che va da 27 fino a 83, ed avverrebbe nelle esplosioni di supernova.[3]
A causa della sua emivita estremamente breve, di 5,27 anni[4], sulla Terra non esiste cobalto-60 naturale. Esso viene sintetizzato bombardando Co-59 con neutroni lenti, prodotti, ad esempio, in un reattore nucleare. I reattori CANDU possono essere usati per attivare Co-59 sostituendo le barre di controllo con barre di cobalto.
5927Co + n → 6027Co
Sicurezza
Lo smaltimento del cobalto-60 è spesso responsabile della radioattività rilevata in alcuni materiali ferrosi come gli acciai, a causa dell'affinità tra i due metalli.[5][6]
Dopo essere entrato nel corpo di un mammifero vivente, la maggior parte del cobalto-60 viene escreto nelle feci. Una piccola quantità è assorbita da fegato, reni, e ossa, dove provoca degenerazione cancerogena dovuta all'irradiazione gamma.
^(EN) Lessons Learned The Hard Way, in IAEA Bulletin 47-2, International Atomic Energy Agency. URL consultato il 16 aprile 2010 (archiviato dall'url originale il 18 luglio 2010).
(EN) Cobalt-60, su epa.gov, Environmental Protection Agency.
(EN) Cobalt fact sheet, su npi.gov.au, National Pollutant Inventory. URL consultato il 19 febbraio 2006 (archiviato dall'url originale il 19 febbraio 2006).
(EN) Cobalt-60, su ornl.gov, Oak Ridge National Laboratory. URL consultato il 31 gennaio 2007 (archiviato dall'url originale il 16 agosto 2007).
(EN) Cobalt-60, su bt.cdc.gov, Centers for Disease Control and Prevention. URL consultato il 30 novembre 2005 (archiviato dall'url originale il 30 novembre 2005).
(EN) Cobalt, Radioactive, su toxnet.nlm.nih.gov, NLM Hazardous Substances Databank.
(EN) Beta decay of Cobalt-60, su hyperphysics.phy-astr.gsu.edu, HyperPhysics, Georgia State University.
(EN) Dr. Henry Kelly, Cobalt-60 as a Dirty Bomb, su fas.org, Federation of American Scientists, 6 marzo 2002. URL consultato il 28 novembre 2010 (archiviato dall'url originale il 5 aprile 2002).
