Радиоактивный нуклид химического элемента кобальта с атомным номером 27 и массовым числом 60. В природе практически не встречается из-за малого периода полураспада. Открыт в конце 1930-х годов Г. Сиборгом и Дж. Ливингудом в Калифорнийском университете в Беркли.
Обычный же кобальт содержится в морской воде, минеральных источниках, почве, входит в состав растений, организма животных и человека. Поступивший в организм, усваивается частично, выделяется с калом, мочой и молоком (в период лактации). В организме он связан с белками, аминокислотами, входит в состав витамина В12. Активирует ферменты, повышает гликолитическую активность крови, усиливает основной обмен, синтез мышечных белков, ассимиляцию азота, стимулирует кроветворение. При недостатке кобальта развивается гипо- или авитаминоз В.
Со 60 применяют также в виде препаратов для внутриполостного введения и игл для внутритканевого введения.
Среднегодовая допустимая концентрация Со60 в воде открытых водоемов и источников водоснабжения - 3,5-10~8кюри/л; в воздухе рабочих помещений — 9-НА-12кюри/л.
Со 60 является активационным изотопом, т.е. его получают в результате поглощения нейтронов природным кобальтом 59. Этот процесс имеет максимальную эффективность (37 барн) на тепловых нейтронах, поэтому в целом, для производства подходит практически любой реактор.
Крупнейшими производителями Со 60 в мире являются канальные реакторы — тяжеловодные CANDU (Канадская АЭС Bruce, корейская Wolsong и аргентинская Embalse) и водно-графитовые РБМК, установленные на Ленинградской АЭС. Преимущество канальных реакторов — в возможности выгрузки и загрузки облучаемых мишеней независимо от рабочего цикла реактора.
Одним из последних значимых изменений на рынке кобальта стал проект по производству этого изотопа в бланкетах реактора БН-800, который обеспечивает большой нейтронный поток и позволяет получать продукт с высокой удельной активностью быстрее.
Сам процесс производства Со 60 относительно прост (относительно 238Pu, например). Различные формы металлического кобальта (дробь, проволока, цилиндрические элементы) помещаются в мишень из циркония или нержавеющей стали, устанавливаются в облучательное устройство и опускаются в реактор. После выдержки до нужной активности мишени извлекаются, вскрываются в горячей камере Со 60 сортируется по активности и переупаковывается в источники, после чего отгружается заказчику.
Почему же Со 60 настолько востребован (и рынок растет темпом 4% в год) ? Со 60 распадается в 60Ni излучая гамма-кванты с энергией ~1,3 МэВ, которые глубоко проникают практически в любые материалы и при этом обладают высокой ионизирующей способностью. При стерилизации это, например, позволяет “засвечивать” сразу большие объемы продукта, а при измерении толщины материала — измерять весьма толстые металлические детали, недоступные рентгеновским установкам.
Кроме того Со 60 имеет довольно удобный период полураспада — 5,27 года. С одной стороны чем выше период полураспада, тем дольше работает источник, но с другой стороны тем сложнее и дороже процесс его захоронения.
Основным рынком, где используется Со 60 , является стерилизация медицинских изделий и разнообразных продуктов питания, например специй, морепродуктов и манго. Обычно эти операции производятся на централизованных станциях стерилизации, где установлен панорамный облучатель, содержащий 2-4 миллиона кюри кобальта 60 и конвейер, перемещающий стерилизуемые продукты вокруг этого облучателя.
Гамма-стерилизация имеет две схожие альтернативы - рентгеновская стерилизация и стерилизация электронным лучом. Технологическое отличие последних двух типов в использовании небольшого ускорителя для создания потока электронов (и как вариант - рентгеновского излучения из этого потока электронов). Преимуществом кобальтовой стерилизации тут является более простое устройство и возможность работы с большими объемами облучаемого материала, а недостатком - невозможность “выключить” излучение (хотя это решается погружением облучателей в бассейн с водой), работой с большими количествами радиоактивного материала и более низкие доступные дозы по сравнению с электронным лучом.
Несмотря на недостатки стерилизации электронным лучом (к ним можно отнести еще расходы на электроэнергию и работу только со слоем в 2-3 см), этот метод постепенно отвоевывает рынок у кобальтовой стерилизации из-за возможности поставить ускоритель в принципе в каждый большой госпиталь и не иметь проблем с логистикой.
МАГАТЭ оценивает, что в мире работает порядка 200 больших центров стерилизации с панорамными облучателями.
Со 60 активно используется в медицине, в основном в области терапии рака. Хотя этот радиоизотоп на сегодня практически вытеснен из стандартной лучевой терапии ускорительными источниками ионизирующего излучения, он все еще широко находит применение в гамма-ножах и брахитерапии.
Гамма-нож, это устройство для радиохирургии опухолей в головном мозге. Технически, установка состоит из нескольких сотен коллимированных источников гамма-излучения, закрытых поглощающей шторкой, расположенных вокруг головы пациента. Для терапии лучи точечных источников пересекаются на опухоли, тем самым создавая в этом месте необходимую мощность дозы. Именно для гамма-ножа нужен Со 60 с высокой удельной активностью. Преимуществом Со 60 тут является высокая энергия гамма-излучения, слабо поглощаемая тканью и практически моноэнергетичность излучения, в отличии от многих других медицинских изотопов.
Вторым большим применением радиокобальта в медицине является брахитерапия — ввод в опухоль нескольких капсул с радиоизотопом для внутреннего облучения, особенно для тех случаев, когда нужен источник с гамма-излучением высокой энергии (например, рак груди). Здесь Со 60 имеет преимущества меньшего повреждения излучением окружающих органов и возможности набора бОльших доз.
Кроме того, Со 60 является одним из метрологических стандартов, на котором калибруется все оборудования для измерения мощности гамма-излучения.
Не смотря на то, что последние десятилетия источники ионизирующего излучения на базе Со 60 вытесняются из некоторых ниш ускорительными ИИИ, этот дешевый и удобный изотоп остается широко используемым источником гамма-излучения. Для атомной индустрии, в свою очередь, он является одним из важнейших продуктов, который востребован за пределами самой индустрии. Более широкое применение радиокобальта, впрочем, сдерживается сложностью и дороговизной мер безопасности, которые приходится предпринимать при транспортировке и использовании радиоактивных материалов.