โคบอลต์-60
โคบอลต์-60 ( 60Co ) เป็น ไอโซโทป รังสีสังเคราะห์ของโคบอลต์ที่มีครึ่งชีวิต 5.2714 ปี[ 4 ] [ 5 ] : 39ผลิตขึ้นโดยเทียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ผ่านการกระตุ้นด้วยนิวตรอนของ59Co (ซึ่งโคบอลต์ธรรมชาติประกอบด้วยทั้งหมด) [ 6 ]ปริมาณที่วัดได้ยังเกิดขึ้นเป็นผลพลอยได้จากการดำเนินงานโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั่วไป และอาจตรวจพบได้จากภายนอกเมื่อเกิดการรั่วไหล ในกรณีหลังนี้ 60 ที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญCoส่วนใหญ่เป็นผลมาจากขั้นตอนการกระตุ้นด้วยนิวตรอนหลายขั้นตอนของไอโซโทปเหล็กในโครงสร้างเหล็กของเครื่องปฏิกรณ์[ 7 ]ผ่านการสร้าง59สารตั้งต้น Coกรณีที่ง่ายที่สุดของกรณีหลังจะเกิดจากการกระตุ้นของ58Fe . 60Coเกิดการสลายตัวแบบเบตาไปสู่สถานะกระตุ้นของไอโซโทปเสถียรของนิกเกิล-60 ( 60)Ni ) ซึ่งจะปล่อยรังสีแกมมา สองรังสี ที่มีพลังงานเท่ากับ1.17 MeV และ1.33 MeVสมการโดยรวมของปฏิกิริยานิวเคลียร์ (การกระตุ้นและการสลายตัว) คือ: 59 Co + n → 60 Co → 60 Ni + e − + ν + 2γ
กิจกรรม
เนื่องจากครึ่งชีวิตของมันกิจกรรมกัมมันตรังสีของ 60Co หนึ่งกรัมจึงใกล้เคียงกับ42 TBq (1,100 Ci )ค่าคงที่ของปริมาณรังสีที่ดูดซับซึ่งใช้ในการคำนวณการได้รับรังสีแกมมานั้น สัมพันธ์กับพลังงานการสลายตัวและเวลา สำหรับ60Co ค่านี้เท่ากับ 0.35 mSv /(GBq h) ที่ระยะ 1 เมตรจากแหล่งกำเนิด ซึ่งทำให้สามารถคำนวณปริมาณรังสีเทียบเท่าได้ซึ่งขึ้นอยู่กับระยะทางและกิจกรรมกัมมันตรังสี ตัวอย่างเช่น 2.8 GBq หรือ 60 μg ของ60Coจะสร้างปริมาณรังสี 1 mSv ที่ระยะ 1 เมตร ภายในหนึ่งชั่วโมง
แหล่งกำเนิดรังสีทดสอบ เช่นที่ใช้ในการทดลองในโรงเรียน มีค่ากัมมันตภาพรังสีต่ำกว่า 100 กิโลเบเคอเรล (kBq) ส่วนอุปกรณ์สำหรับการทดสอบวัสดุแบบไม่ทำลาย จะใช้แหล่งกำเนิดรังสีที่มีค่ากัมมันตภาพรังสี 1 เทราเบเคอเรล (TBq) ขึ้นไป
พลังงานการสลายตัวของโคบอลต์-60 มีค่าประมาณ 26 วัตต์ต่อกรัม[ 8 ]ซึ่งมากกว่าพลังงานการสลายตัวของ238 Pu ประมาณ 40 เท่า (ตามมวล) แต่ก็ยังไม่สำคัญมากนักสำหรับแหล่งกำเนิดที่ใช้งานได้จริง
การผุพัง
แผนภาพแสดงแผนผังการสลายตัว แบบง่าย ของ60Coและ60mCoแสดงการเปลี่ยนผ่านการสลายตัวแบบเบตาหลักๆ ความน่าจะเป็นของการเกิดประชากรในระดับพลังงานกลางที่ 2.1 MeV โดยการสลายตัวแบบเบตามีเพียง 0.0022% โดยมีพลังงานเบตาเท่ากับ 0.67 MeV การเปลี่ยนผ่านระหว่างสามระดับจะสร้างความถี่รังสีแกมมาที่แตกต่างกันหกความถี่ ในแผนภาพได้ทำเครื่องหมายความถี่ที่สำคัญสองความถี่ไว้การแปลงภายในไม่สำคัญมากนัก
ได้มีการกำหนดความหนาของชั้นที่มีค่า ครึ่งค่าและค่า 1/10 ของค่าที่ใช้ในการป้องกันรังสีของไอโซโทปนี้สำหรับวัสดุต่างๆ แล้ว:
| วัสดุดูดซับ | โค-60 HVL (ซม.) | Co-60 1/10 VL (ซม.) |
|---|---|---|
| น้ำ (เนื้อเยื่ออ่อน) | 13 | — |
| พลาสติก (อะคริลิก) | 11 | — |
| เหล็ก | 2.1 | 6.9 |
| ตะกั่ว | 1.0 | 4.0 |
แอปพลิเคชัน
ข้อดีหลักของ60Coคือ เป็นตัวปล่อยรังสีแกมมาที่มีความเข้มสูงและมีครึ่งชีวิตค่อนข้างยาว (มากกว่า 5 ปี) เมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิดรังสีแกมมาอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน รังสีเบตาพลังงานต่ำและสามารถป้องกันได้ง่าย อย่างไรก็ตาม รังสีแกมมามีอำนาจทะลุทะลวงสูง คุณสมบัติทางกายภาพของโคบอลต์ เช่น ความต้านทานต่อการออกซิเดชันและการละลายในน้ำต่ำ ทำให้มีข้อได้เปรียบด้านความปลอดภัยในกรณีที่เกิดการรั่วไหลเมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิดรังสีแกมมาอื่นๆ เช่นซีเซียม-137การใช้งานหลักของ60Coได้แก่:
- ใช้เป็นสารติดตามโคบอลต์ในปฏิกิริยาเคมี
- การฆ่าเชื้ออุปกรณ์ทางการแพทย์[ 10 ]
- แหล่งกำเนิดรังสีสำหรับการรักษาด้วยรังสีทางการแพทย์[ 11 ] โดยเฉพาะการ รักษา ด้วยโคบอลต์ซึ่งใช้ลำแสงแกมมาจากเครื่องฉายรังสี60Co
- แหล่งกำเนิดรังสีสำหรับ การ ถ่ายภาพรังสีอุตสาหกรรม[ 11 ]
- แหล่งกำเนิดรังสีสำหรับอุปกรณ์ปรับระดับและเกจวัดความหนา[ 11 ]
- แหล่งกำเนิดรังสีสำหรับฆ่าเชื้อแมลงศัตรูพืช[ 12 ]
- เป็นแหล่งรังสีสำหรับการฉายรังสีอาหารและ การ ฉายรังสีเลือด[ 10 ]
- เป็นมาตรฐานหลักสำหรับการสอบเทียบการวัดปริมาณรังสี[ 13 ] [ 14 ]
มีการกล่าวถึงโคบอลต์ในฐานะธาตุ " เสริม " ที่จะเติมลงในอาวุธนิวเคลียร์เพื่อผลิตระเบิดโคบอลต์ซึ่งเป็นอาวุธ "สกปรก" อย่างยิ่งที่จะปนเปื้อนพื้นที่ขนาดใหญ่ด้วยกัมมันตรังสีตกค้างของโคบอลต์-60ทำให้พื้นที่นั้นไม่สามารถอยู่อาศัยได้เป็นเวลาหนึ่งทศวรรษหรือมากกว่านั้น (หลายครึ่งชีวิตของโคบอลต์-60) เนื่องจากสนามรังสีแกมมา ในการออกแบบหนึ่งระเบิดจะทำจาก โคบอลต์ -59 (โคบอลต์ธรรมชาติ) เมื่อระเบิดทำงาน นิวตรอนจากการแตกตัวของนิวเคลียร์จะฉายรังสีโคบอลต์และเปลี่ยนมันเป็น โคบอลต์ -60ยังไม่มีประเทศใดที่ทราบว่าได้พัฒนาอาวุธประเภทนี้อย่างจริงจัง
การผลิต
60Coไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติบนโลกในปริมาณมาก ดังนั้น60Coจึงถูกสังเคราะห์ขึ้นโดยการยิง เป้าหมาย 59Coด้วย แหล่งกำเนิด นิวตรอนความร้อนซึ่งในบริบทเชิงพาณิชย์หรืออุตสาหกรรม หมายถึงเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เครื่อง ปฏิกรณ์ CANDUสามารถใช้ในการกระตุ้น59Co ได้ โดยการแทนที่แท่งควบคุมด้วยแท่งโคบอลต์[ 15 ]ในสหรัฐอเมริกา ณ ปี 2010 มีการผลิต 59Co ในเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์โฮปครีก โดยใช้เป้าหมายโคบอลต์แทนชุดประกอบเชื้อเพลิงจำนวนเล็กน้อย[ 16 ] ถึงกระนั้น อุปกรณ์ทางการแพทย์แบบใช้ครั้งเดียวทิ้งกว่า 40% ยังคงถูกฆ่าเชื้อโดยใช้60CoCoจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์บรูซ [ 17 ] ปฏิกิริยาในทุกกรณีคือ
- 59 Co + n → 60 Co + γ
( การจับนิวตรอน )
ความปลอดภัย
เนื่องจากกิจกรรมของ แหล่งกำเนิด 60Co ที่ผลิตขึ้น กัมมันตภาพรังสีของแหล่งกำเนิดเหล่านี้สามารถก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อมนุษย์ และอาจทำให้เสียชีวิตได้ (อาจภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งชั่วโมงจากการสัมผัสเฉียบพลัน) [ 18 ]
หลังจากเข้าสู่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีชีวิต (เช่น มนุษย์) โดยสมมติว่าผู้รับสารไม่เสียชีวิตในเวลาไม่นานหลังจากได้รับสาร (ดังที่อาจเกิดขึ้นในกรณีได้รับสารในปริมาณมากเฉียบพลัน) โคบอลต์ 60 บางส่วน จะถูกขับออกทางอุจจาระส่วนที่เหลือจะถูกดูดซึมโดยเนื้อเยื่อ โดยส่วนใหญ่คือตับไตและกระดูกซึ่งการได้รับรังสีแกมมาเป็นเวลานานอาจทำให้เกิดมะเร็งได้ เมื่อเวลาผ่านไป โคบอลต์ที่ถูกดูดซึมจะถูกขับออกทางปัสสาวะ[ 11 ]
การปนเปื้อนของเหล็ก
โคบอลต์พบได้ในเหล็กการกำจัด60Coในเศษโลหะ อย่างไม่ควบคุม เป็นสาเหตุของกัมมันตภาพรังสีในผลิตภัณฑ์เหล็กบางชนิด[ 19 ] [ 20 ]
ประมาณปี 1983 การก่อสร้างอพาร์ตเมนต์ 1,700 ห้องใน ไต้หวันเสร็จสมบูรณ์ โดยอาคารเหล่านี้สร้างด้วยเหล็กที่ปนเปื้อนโคบอลต์-60 มีผู้คนประมาณ 10,000 คนอาศัยอยู่ในอาคารเหล่านี้เป็นเวลา 9-20 ปี โดยเฉลี่ยแล้ว ผู้คนเหล่านี้ได้รับรังสีในปริมาณ 0.4 Sv โดยไม่รู้ตัว บางการศึกษาพบว่ากลุ่มคนจำนวนมากนี้ไม่ได้มีอัตราการเสียชีวิตจากโรคมะเร็งสูงกว่าอย่างที่แบบจำลองเชิงเส้นแบบไม่มีเกณฑ์คาดการณ์ไว้ แต่มีอัตราการเสียชีวิตจากโรคมะเร็งต่ำกว่าประชาชนทั่วไปในไต้หวัน ข้อสังเกตเหล่านี้สนับสนุนแบบจำลองฮอร์มีซิสของรังสี[ 21 ]อย่างไรก็ตาม การศึกษาอื่นๆ พบผลกระทบต่อสุขภาพที่ทำให้ผลลัพธ์คลาดเคลื่อน
ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2555 Petcoได้เรียกคืนชามอาหารสัตว์เลี้ยงเหล็กหลายรุ่นหลังจากที่หน่วยงานศุลกากรและป้องกันชายแดนของสหรัฐฯตรวจพบว่าชามเหล่านั้นปล่อยรังสีในระดับต่ำ ซึ่งพบว่ามาจาก60Coที่ปนเปื้อนอยู่ในเหล็ก[ 22 ]
ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2556 เข็มขัดประดับโลหะจำนวนหนึ่งที่จำหน่ายโดยร้านค้าปลีกออนไลน์ASOSถูกยึดและเก็บไว้ในสถานที่จัดเก็บกัมมันตรังสีของสหรัฐฯ หลังจากตรวจพบว่ามี60 Co [ 23 ]
เหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแหล่งกำเนิดรังสีทางการแพทย์
เหตุการณ์การปนเปื้อนกัมมันตรังสีเกิดขึ้นในปี 1984 ในเมืองซิวดัดฮัวเรซรัฐชิวาวาประเทศเม็กซิโก โดยมีต้นตอมาจาก หน่วย รังสีบำบัดที่บริษัทการแพทย์เอกชนซื้อมาอย่างผิดกฎหมาย และต่อมาถูกรื้อถอนเนื่องจากขาดบุคลากรในการใช้งาน สารกัมมันตรังสี60Coตกไปอยู่ในลานเศษเหล็กซึ่งถูกขายให้กับโรงหล่อที่นำไปหลอมรวมกับโลหะอื่นๆ โดยไม่ได้ตั้งใจ และผลิตเหล็กเส้นปน เปื้อนได้ประมาณ 6,000 ตัน[ 24 ]เหล็กเส้นเหล่านี้ถูกกระจายไปยัง 17 รัฐในเม็กซิโกและหลายเมืองในสหรัฐอเมริกา คาดว่ามีผู้คน 4,000 คนได้รับรังสีจากเหตุการณ์นี้[ 24 ]
ในอุบัติเหตุรังสีสมุทรปราการในปี 2543 หัวฉายรังสีที่ไม่ได้ใช้งานซึ่งมี แหล่งกำเนิด 60Coถูกเก็บไว้ในสถานที่ที่ไม่ปลอดภัยในกรุงเทพฯประเทศไทย และต่อมาถูกขายให้กับคนเก็บเศษเหล็กโดยไม่ได้ตั้งใจ พนักงานของลานเก็บเศษเหล็กไม่รู้ถึงอันตราย จึงได้ถอดหัวฉายรังสีและนำแหล่งกำเนิดออกมา ซึ่งแหล่งกำเนิดนั้นถูกทิ้งไว้โดยไม่มีการป้องกันเป็นเวลาหลายวันในลานเก็บเศษเหล็ก ส่งผลให้มีผู้คน 10 คน รวมทั้งคนเก็บเศษเหล็กและคนงานในลานเก็บเศษเหล็ก ได้รับรังสีในระดับสูงและล้มป่วย คนงานในลานเก็บเศษเหล็ก 3 คนเสียชีวิตในเวลาต่อมาเนื่องจากการได้รับรังสี ซึ่งคาดว่ามากกว่า 6 Gyหลังจากนั้น ทางการไทยได้กู้คืนแหล่งกำเนิดรังสีได้อย่างปลอดภัย[ 25 ]
ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2556 รถบรรทุกที่ บรรทุกแหล่งกำเนิด รังสี60Co ที่ไม่ได้ใช้งานแล้วขนาด 111 TBq จากโรงพยาบาลในเมืองติฮัวนาไปยัง ศูนย์จัดเก็บ กากกัมมันตรังสีถูกปล้นที่ปั๊มน้ำมันแห่งหนึ่งใกล้กับเมืองเม็กซิโกซิตี้ [ 26 ] [ 27 ] รถบรรทุกถูกกู้คืนได้ในไม่ช้า แต่โจรได้นำแหล่งกำเนิดรังสีออกจากเกราะป้องกันแล้ว พบว่าแหล่งกำเนิดรังสีนั้นยังคงสภาพสมบูรณ์ในทุ่งนาใกล้เคียง[ 27 ] [ 28 ]แม้ว่ารายงานในช่วงแรกจะมีพาดหัวข่าวที่น่าตกใจโดยระบุว่าโจรเหล่านั้น "น่าจะถึงแก่ความตาย" [ 29 ] แต่ อาการป่วยจากรังสีนั้นไม่รุนแรงพอที่ผู้ต้องสงสัยจะถูกปล่อยตัวให้ตำรวจควบคุมตัวอย่างรวดเร็ว[ 30 ]และไม่มีใครทราบว่าเสียชีวิตจากเหตุการณ์นี้[ 31 ]
เหตุการณ์อื่นๆ
เมื่อวันที่ 13 กันยายน พ.ศ. 2542 มีคน 6 คนพยายามขโมย แท่งโคบอลต์ 60แท่งจากโรงงานเคมีในเมือง กรอ ซนีสาธารณรัฐเชเชน ประเทศรัสเซีย[ 32 ] ระหว่างการขโมย ผู้ต้องสงสัยได้เปิดภาชนะบรรจุวัสดุกัมมันตรังสีและหยิบจับมัน ส่งผลให้ผู้ต้องสงสัย 3 คนเสียชีวิตและอีก 3 คนได้รับบาดเจ็บ ผู้ต้องสงสัยที่ถือวัสดุไว้ในมือโดยตรงเสียชีวิตจากการได้รับรังสีในอีก 30 นาทีต่อมา เหตุการณ์นี้ถูกอธิบายว่าเป็นความพยายามขโมย แต่มีรายงานว่าแท่งบางส่วนยังคงหายไป[ 33 ]
ความเท่าเทียมกัน
ในปี พ.ศ. 2490 Chien-Shiung Wuและคณะค้นพบว่าการสลายตัวของ β ละเมิดสมมาตรพาริตีซึ่งหมายความว่าธรรมชาติ ( แรงอ่อน ) มองเห็นความมีมือ[ 34 ]ในการทดลองของ Wuนักวิจัยได้จัดเรียง นิวเคลียส Co จำนวน 60ตัวโดยการทำให้แหล่งกำเนิดเย็นลงที่อุณหภูมิต่ำในสนามแม่เหล็ก การสังเกตของ Wu คือมีการปล่อยรังสี β ออกมามากขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามกับการหมุนของนิวเคลียส ความไม่สมมาตรนี้ละเมิดการอนุรักษ์สมมาตรพาริ ตี
ซัพพลายเออร์
อาร์เจนตินา แคนาดา อินเดีย และรัสเซีย เป็นผู้จัดหา60Co รายใหญ่ที่สุด ในโลก[ 35 ]ทั้งอาร์เจนตินาและแคนาดา (ณ ปี 2022) มี โรง ไฟฟ้านิวเคลียร์แบบใช้น้ำหนัก มากทั้งหมด แคนาดามีCANDUในหลายสถานที่ทั่วออนแทรีโอ รวมถึงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์พอยต์เลอเปรอในนิวบรันสวิก ในขณะที่อาร์เจนตินามีเครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักมากที่จัดหาโดยเยอรมนี 2 เครื่องที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์อาตูชาและ CANDU ที่สร้างโดยแคนาดาที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เอ็มบัลเซอินเดียมีเครื่องปฏิกรณ์ CANDU ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ราชสถานซึ่งใช้ในการผลิต60Co [ 36 ] อินเดียมีกำลังการผลิต 60Co มากกว่า 6 ล้านลูกบาศก์เมตรในปี 2021 กำลังการผลิตนี้คาดว่าจะเพิ่มขึ้นด้วยการติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ CANDU เพิ่มเติมที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ราชสถาน[ 37 ]เครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักเบาเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิต60 Co เนื่องจากเศรษฐกิจนิวตรอน ที่ยอดเยี่ยม และเนื่องจากความสามารถในการเติมเชื้อเพลิงแบบออนไลน์ทำให้สามารถใส่เป้าหมายเข้าไปในแกนเครื่องปฏิกรณ์และนำออกหลังจากเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้าโดยไม่จำเป็นต้องปิดระบบเย็น
ในวัฒนธรรมสมัยนิยม
60Coคือวัสดุที่ห่อหุ้มหัวรบนิวเคลียร์ขนาดมหึมาซึ่งติดอยู่กับขีปนาวุธที่เรียกว่าระเบิดวันสิ้นโลกอัลฟา-โอเมก้า ในภาพยนตร์เรื่อง Beneath the Planet of the Apes (1970)
ในตอนหนึ่งของ9-1-1 (ซีรีส์โทรทัศน์)รถบรรทุกที่ขนส่ง60 Co อย่างผิดกฎหมายทำให้เกิดเหตุฉุกเฉินอันตรายสำหรับทีมดับเพลิง[ 38 ]
ในภาพยนตร์เรื่องCity of Fear ปี 1959 บริษัท 60 Co มีบทบาทสำคัญในเรื่องราวที่นักโทษหลบหนีได้สารดังกล่าวมา โดยเข้าใจผิดว่าเป็นเฮโรอีนและทำให้เมืองลอสแอนเจลิสตก อยู่ในอันตราย
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- โคบอลต์-60ศูนย์ควบคุมและป้องกันโรค
- ฐานข้อมูลสารอันตรายของ NLM – โคบอลต์, สารกัมมันตรังสี
- การสลายตัวแบบเบตาของโคบอลต์-60 , ไฮเปอร์ฟิสิกส์, มหาวิทยาลัยรัฐจอร์เจีย
- ดร. เฮนรี เคลลี่ (6 มีนาคม 2545). "โคบอลต์-60 ในฐานะระเบิดสกปรก"สหพันธ์นักวิทยาศาสตร์อเมริกัน. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 5 เมษายน 2545. สืบค้นเมื่อ26 พฤศจิกายน 2548 .