Изотопы кобальта

Изотопы кобальта — разновидности химического элемента кобальта с разным количеством нейтронов в ядре. Известны изотопы кобальта с массовыми числами от 47 до 75 (количество протонов 27, нейтронов от 20 до 48) и 11 ядерных изомеров.

Природный кобальт является моноизотопным элементом с единственным стабильным изотопом 59Co.

Наиболее долгоживущий из нестабильных изотопов кобальта и имеющий важные практические применения — кобальт-60 с периодом полураспада 5,2714 лет. Другие наиболее долгоживущие изотопы 57Co с периодом полураспада 271,8 суток, 56Co (77,27 суток), 58Co (70,86 суток). Прочие изотопы имеют период полураспада менее суток.

У изотопов с массовыми числами менее 59 превалируют позитронный распад и электронный захват, при этом дочерними ядрами являются изотопы железа. У изотопов с массовыми числами более 59 превалирует бета-распад, порождая изотопы никеля.

Кобальт-60

Основная статья: Кобальт-60

Кобальт-60 — источник жёсткого гамма-излучения, имеет 2 спектральные линии, 1173 и 1332 кэВ. Получают облучением нейтронами природного кобальта−59 в ядерных реакторах. Период полураспада 5,27 лет.

Использование в промышленности
  • для стерилизации медицинского оборудования и материалов;
  • для стерилизации пищевых продуктов в целях консервирования (холодная пастеризация);
  • для радиографии (просвечивания деталей с целью выявления дефектов при неразрушающем контроле);
  • при измерении плотности сырья и материалов (например, плотности бетона);
  • в измерителях уровня сыпучих и жидких материалов в бункерах и баках;
  • для калибровки спектрометров и детекторов гамма-излучения.
В медицине

Кобальт-60 может применяться для радиотерапии злокачественных опухолей путём облучения поражённого участка тела через теневую маску. Однако такие источники вытесняются ускорителями элементарных частиц, так как из-за значительных линейных размеров кобальтового излучателя (~1 см) трудно направить поток излучения от него только на больную ткань, не облучая при этом здоровые ткани.

Кобальт-57

Кобальт-57 является источником мягкого гамма-излучения, имеет спектральные линии 14, 122 и 136 кэВ.[1] Период полураспада 271,8 суток, схема распада электронный захват, дочерний изотоп стабильное железо-57. Получают облучением протонами в ускорителе природного никеля-58 по схеме 58Ni(p,2p)→57Co.

В науке и технике гамма-источники на основе этого изотопа применяются для калибровки аппаратуры, мёссбауэровской спектроскопии и других целей. В медицине может применяться в составе радиофармпрепарата цианокобаламина (витамина B12) для изучения метаболизма организма и диагностики заболеваний, связанных с усвоением этого витамина (Тест Шиллинга[англ.])[2].

В России производится более половины мирового потребления кобальта-57.[3]

Таблица изотопов кобальта

Символ
нуклида 		Z(p) N(n) Масса изотопа[4]
(а. е. м.) 		Период
полураспада[5]
(T1/2) 		Канал распада Продукт распада Спин и чётность
ядра[5] 		Распространённость
изотопа в природе 		Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
Энергия возбуждения
47Co 27 20 47,01149(54)# 7/2−#
48Co 27 21 48,00176(43)# p 47Fe 6+#
49Co 27 22 48,98972(28)# <35 нс p (>99,9%) 48Fe 7/2−#
β+ (<.1%) 49Fe
50Co 27 23 49,98154(18)# 44(4) мс β+, p (54%) 49Mn (6+)
β+ (46%) 50Fe
51Co 27 24 50,97072(16)# 60# мс [>200 нс] β+ 51Fe 7/2−#
52Co 27 25 51,96359(7)# 115(23) мс β+ 52Fe (6+)
52mCo 380(100)# кэВ 104(11)# мс β+ 52Fe 2+#
ИП 52Co
53Co 27 26 52,954219(19) 242(8) мс β+ 53Fe 7/2−#
53mCo 3197(29) кэВ 247(12) мс β+ (98,5%) 53Fe (19/2−)
p (1,5%) 52Fe
54Co 27 27 53,9484596(8) 193,28(7) мс β+ 54Fe 0+
54mCo 197,4(5) кэВ 1,48(2) мин β+ 54Fe (7)+
55Co 27 28 54,9419990(8) 17,53(3) ч β+ 55Fe 7/2−
56Co 27 29 55,9398393(23) 77,233(27) сут β+ 56Fe 4+
57Co 27 30 56,9362914(8) 271,74(6) сут ЭЗ 57Fe 7/2−
58Co 27 31 57,9357528(13) 70,86(6) сут β+ 58Fe 2+
58m1Co 24,95(6) кэВ 9,04(11) ч ИП 58Co 5+
58m2Co 53,15(7) кэВ 10,4(3) мкс 4+
59Co 27 32 58,9331950(7) стабилен 7/2− 1,0000
60Co 27 33 59,9338171(7) 5,2713(8) года β−, γ 60Ni 5+
60mCo 58,59(1) кэВ 10,467(6) мин ИП (99,76%) 60Co 2+
β− (0,24%) 60Ni
61Co 27 34 60,9324758(10) 1,650(5) ч β− 61Ni 7/2−
62Co 27 35 61,934051(21) 1,50(4) мин β− 62Ni 2+
62mCo 22(5) кэВ 13,91(5) мин β− (99%) 62Ni 5+
ИП (1%) 62Co
63Co 27 36 62,933612(21) 26,9(4) с β− 63Ni 7/2−
64Co 27 37 63,935810(21) 0,30(3) с β− 64Ni 1+
65Co 27 38 64,936478(14) 1,20(6) с β− 65Ni (7/2)−
66Co 27 39 65,93976(27) 0,18(1) с β− 66Ni (3+)
66m1Co 175(3) кэВ 1,21(1) мкс (5+)
66m2Co 642(5) кэВ >100 мкс (8-)
67Co 27 40 66,94089(34) 0,425(20) с β− 67Ni (7/2−)#
68Co 27 41 67,94487(34) 0,199(21) с β− 68Ni (7-)
68mCo 150(150)# кэВ 1,6(3) с (3+)
69Co 27 42 68,94632(36) 227(13) мс β− (>99,9%) 69Ni 7/2−#
β−, n (<.1%) 68Ni
70Co 27 43 69,9510(9) 119(6) мс β− (>99,9%) 70Ni (6-)
β−, n (<.1%) 69Ni
70mCo 200(200)# кэВ 500(180) мс (3+)
71Co 27 44 70,9529(9) 97(2) мс β− (>99,9%) 71Ni 7/2−#
β−, n (<.1%) 70Ni
72Co 27 45 71,95781(64)# 62(3) мс β− (>99,9%) 72Ni (6- ,7-)
β−, n (<.1%) 71Ni
73Co 27 46 72,96024(75)# 41(4) мс 7/2−#
74Co 27 47 73,96538(86)# 50# мс [>300 нс] 0+
75Co 27 48 74,96833(86)# 40# мс [>300 нс] 7/2−#

Пояснения к таблице

  • Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов.
  • Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.
  • Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада.
  • Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.
  • Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.

Примечания

  1. ↑ Кобальт-57. Дата обращения: 13 декабря 2018. Архивировано 9 декабря 2018 года.
  2. ↑ L. E. Diaz. Cobalt-57: Uses. JPNM Physics Isotopes. University of Harvard. Дата обращения: 13 сентября 2010. Архивировано 12 декабря 2012 года.
  3. ↑ Вечный генератор. Дата обращения: 15 декабря 2018. Архивировано 15 декабря 2018 года.
  4. ↑ Данные приведены по Wang M., Audi G., Kondev F. G., Huang W. J., Naimi S., Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data; and adjustment procedures (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030002-1—030002-344. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030002.
  5. ↑ 1 2 Данные приведены по Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.Открытый доступ