Cobalto-60

El cobalto-60 ( ^60Co ) es un isótopo radiactivo sintético del cobalto con una vida media de 5,2714 años. ^{[ 4 ] [ 5 ] : 39} Se produce artificialmente en reactores nucleares mediante activación neutrónica de ⁵⁹Co (del cual el cobalto natural se compone enteramente). ^{[ 6 ]} También se producen cantidades medibles como subproducto del funcionamiento típico de una central nuclear y pueden detectarse externamente cuando se producen fugas. En este último caso, el ^{60 producido incidentalmente}El Co es en gran medida el resultado de múltiples etapas de activación neutrónica de isótopos de hierro en las estructuras de acero del reactor ^{[ 7 ]} a través de la creación de su ⁵⁹Precursor de Co. El caso más simple de este último resultaría de la activación de ⁵⁸Fe . ⁶⁰El Co sufre una desintegración beta a un estado excitado del isótopo estable níquel-60 ( ⁶⁰Ni ), que luego emite dos rayos gamma con energías de1,17 MeV  y1,33  MeV . La ecuación global de la reacción nuclear (activación y desintegración) es: ⁵⁹ ₂₇ Co + n → ⁶⁰ ₂₇ Co → ⁶⁰ ₂₈ Ni + e ⁻ + ν_e + 2γ

Dada su vida media, la actividad radiactiva de un gramo de ^60Co es cercana a 42 TBq (1100 Ci ) . La constante de dosis absorbida , utilizada en los cálculos de exposición a rayos gamma, 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.     

Las fuentes de prueba, como las que se utilizan en experimentos escolares, tienen una actividad inferior a 100  kBq. Los dispositivos para ensayos no destructivos de materiales utilizan fuentes con actividades de 1  TBq o superiores.

La energía de desintegración del cobalto-60 asciende a unos 26 vatios por gramo, ^{[ 8 ]} aproximadamente 40 veces mayor (en masa) que la del, por ejemplo, ²³⁸ Pu, pero aún así no muy significativa para fuentes prácticas.

El diagrama muestra un esquema de desintegración simplificado del ^60Co y el ^60mCo . Se muestran las principales transiciones de desintegración beta. La probabilidad de que el nivel de energía medio de 2,1  MeV se pueble por desintegración beta es de tan solo el 0,0022%, con una energía beta de 0,67  MeV. Las transiciones entre los tres niveles generan seis frecuencias de rayos gamma diferentes. En el diagrama se destacan las dos más importantes. La conversión interna no es significativa.

Se ha determinado el espesor de la capa de semivalor y de 1/10 del valor para el blindaje contra las radiaciones de este isótopo para diferentes materiales:

Control de seguridad de vehículos en la Super Bowl XLI mediante escáner de rayos gamma de ^{60Co (2007)}

La principal ventaja del ^60Co es que es un emisor de rayos gamma de alta intensidad con una vida media relativamente larga (más de 5 años) en comparación con fuentes de rayos gamma similares. La radiación beta es de baja energía y fácil de blindar; sin embargo, los rayos gamma son altamente penetrantes. Las propiedades físicas del cobalto, como la resistencia a la oxidación masiva y la baja solubilidad en agua, ofrecen ciertas ventajas en materia de seguridad en caso de una fuga de contención, en comparación con otras fuentes de rayos gamma como el cesio-137 . Los principales usos del ^60Co son:

• Como trazador de cobalto en reacciones químicas
• Esterilización de equipos médicos. ^{[ 10 ]}
• Fuente de radiación para radioterapia médica ; ^{[ 11 ]} específicamente terapia con cobalto , que utiliza haces de rayos gamma de máquinas de teleterapia de ^60Co .
• Fuente de radiación para radiografía industrial . ^{[ 11 ]}
• Fuente de radiación para dispositivos de nivelación y medidores de espesor. ^{[ 11 ]}
• Fuente de radiación para la esterilización de insectos plaga . ^{[ 12 ]}
• Como fuente de radiación para la irradiación de alimentos y la irradiación de sangre . ^{[ 10 ]}
• Como estándar primario para la calibración de dosimetría de radiación . ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Se ha considerado el cobalto como un elemento de " salación " para añadir a las armas nucleares , con el fin de producir una bomba de cobalto , un arma extremadamente "contaminante" que contaminaría grandes áreas con lluvia radiactiva de ^⁶⁰Co , dejándolas inhabitables durante una década o más (varias vidas medias del cobalto-60) debido al campo de radiación gamma. En un diseño, el detonador del arma estaría hecho de ^⁵⁹Co (cobalto natural). Cuando la bomba explote, los neutrones de la fisión nuclear irradiarían el cobalto y lo transmutarían en ^⁶⁰Co . No se tiene constancia de que ningún país haya desarrollado seriamente este tipo de arma.

^{Aguja de 60Co} implantada en tumores para radioterapia, alrededor de 1955.

Máquina de teleterapia de ^60Co para radioterapia contra el cáncer, principios de la década de 1950.

Experimento de mutación de plantas en Brookhaven utilizando una fuente de ^60Co en la tubería, en el centro.

Fuente de ^{60 cobalto para la esterilización} de moscas barrenadoras en el Programa de Erradicación de Gusanos Barrenadores de 1959.

^{El 60Co} no se encuentra de forma natural en la Tierra en cantidades significativas, por lo que se sintetiza bombardeando un blanco de ^{59Co con una fuente} de neutrones térmicos ; en un contexto comercial o industrial, esto significa un reactor nuclear. Los reactores CANDU se pueden utilizar para activar ^{el 59Co} , sustituyendo las barras de control por barras de cobalto. ^{[ 15 ]} En Estados Unidos, desde 2010, se produce en un reactor de agua en ebullición en la central nuclear de Hope Creek . Los blancos de cobalto se sustituyen aquí por un pequeño número de conjuntos de combustible. ^{[ 16 ]} Aun así, más del 40% de todos los dispositivos médicos de un solo uso se esterilizan utilizando ^60Co.Co de la central nuclear de Bruce . ^{[ 17 ]} La reacción en todos los casos es

⁵⁹ Co + n → ⁶⁰ Co + γ

( captura de neutrones ).

Debido a la actividad de las fuentes fabricadas de ^60Co , su radiactividad puede representar un grave peligro para los seres humanos y puede causar la muerte (potencialmente en menos de una hora tras una exposición aguda). ^{[ 18 ]}

Tras entrar en un mamífero vivo (como un ser humano), suponiendo que el sujeto no muera poco después de la exposición (como puede ocurrir en casos de exposición aguda), parte del ^60Co 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. ^{[ 11 ]}

En 1957, Chien-Shiung Wu y otros descubrieron que la desintegración β violaba la paridad , lo que implicaba que la naturaleza (la fuerza débil ) percibe la quiralidad. ^{[ 34 ]} En el experimento de Wu , los investigadores alinearon núcleos de ^60Co enfriando la fuente a bajas temperaturas en un campo magnético. La observación de Wu fue que se emitieron 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 en el mundo. ^{[ 35 ]} 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 en todo 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 de construcción canadiense en la Central Nuclear de Embalse . India tiene reactores CANDU en la Central Nuclear de Rajastán utilizados para producir ⁶⁰ Co. ^{[ 36 ]} India tenía una capacidad de más de 6 MCi de producción de ⁶⁰ Co en 2021; esta capacidad está programada para aumentar con la puesta en marcha de más reactores CANDU en la Central Nuclear de Rajastán. ^{[ 37 ]} 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 recarga en línea permite insertar blancos en el núcleo del reactor y retirarlos después de un tiempo predeterminado sin necesidad de una parada en frío . 

^{El 60Co} es el material que recubre una enorme ojiva nuclear acoplada a un misil llamado Bomba del Juicio Final Alfa-Omega en la película Bajo el planeta de los simios (1970).

En un episodio de 9-1-1 (serie de televisión) , un camión que transportaba ilegalmente ⁶⁰ Co provoca una emergencia peligrosa para un equipo de bomberos. ^{[ 38 ]}

En la película de 1959, Ciudad del Miedo , la droga ⁶⁰ Co. es fundamental para la trama, en la que un convicto fugado obtiene la sustancia, creyendo que es heroína y poniendo en peligro a la ciudad de Los Ángeles .

• Bomba de cobalto
• Harold E. Johns

• Cobalto-60 , Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades.
• Banco de datos de sustancias peligrosas de la NLM  : cobalto radiactivo
• Desintegración beta del cobalto-60 , HyperPhysics, Universidad Estatal de Georgia.
• Dr. Henry Kelly (6 de marzo de 2002). "El cobalto-60 como bomba sucia" . Federación de Científicos Americanos. Archivado del original el 5 de abril de 2002. Consultado el 26 de noviembre de 2005 .