Изотопы кобальта

Изотопы кобальта ( _27Co )
Стандартный атомный вес A r °(Co)
	58,933 194 ± 0,000 003; 58,933 ± 0,001 ( сокращенно ) ;
	вид; разговаривать; редактировать;

Природный кобальт , Co, состоит из одного стабильного изотопа , ⁵⁹ Co (таким образом, кобальт является мононуклидным элементом). Было охарактеризовано двадцать восемь радиоизотопов ; наиболее стабильными являются ⁶⁰ Co с периодом полураспада 5,2714 года, ⁵⁷ Co (271,811 дня), ⁵⁶ Co (77,236 дня) и ⁵⁸ Co (70,844 дня). Все остальные изотопы имеют период полураспада менее 18 часов, и большинство из них имеют период полураспада менее 1 секунды. Этот элемент также имеет 19 метасостояний , из которых наиболее стабильным является ^58m1 Co с периодом полураспада 8,853 часа.

Изотопы кобальта имеют атомный вес от ⁵⁰ Co до ⁷⁸ Co. Основным способом распада изотопов с атомной массой меньше, чем у стабильного изотопа ⁵⁹ Co, является захват электронов , а основным способом распада изотопов с атомной массой больше 59 единиц атомной массы является бета-распад . Основными продуктами распада до ⁵⁹ Co являются изотопы железа , а основными продуктами распада после него являются изотопы никеля .

Радиоизотопы могут быть получены различными ядерными реакциями . Например, ⁵⁷ Co получается при циклотронном облучении железа. Основная реакция - это реакция (d,n) ⁵⁶ Fe + ² H → n + ⁵⁷ Co. ^[4]

Список изотопов

Нуклид ^{[n 1]}	З	Н	Изотопная масса ( Да ) ^[5]^{[n 2]}^{[n 3]}	Период полураспада ^[1] ^{[n 4]}	Режим распада ^[1] ^{[n 5]}	Дочерний изотоп ^{[n 6]}	Спин и четность ^[1] ^{[n 7]}^{[n 4]}	Изотопное изобилие
Нуклид ^{[n 1]}	Энергия возбуждения ^{[n 4]}			Период полураспада ^[1] ^{[n 4]}	Режим распада ^[1] ^{[n 5]}	Дочерний изотоп ^{[n 6]}	Спин и четность ^[1] ^{[n 7]}^{[n 4]}	Изотопное изобилие
⁵⁰ Со	27	23	49.98112(14)	38,8(2) мс	β ⁺ , р (70,5%)	⁴⁹ Мн	(6+)
					β ⁺ (29,5%)	⁵⁰ Fe
					β ⁺ , 2р?	⁴⁸ Мн
⁵¹ Ко	27	24	50.970647(52)	68,8(19) мс	β ⁺ (96,2%)	⁵¹ Fe	7/2−
⁵¹ Ко	27	24	50.970647(52)	68,8(19) мс	β ⁺ , р (<3,8%)	⁵⁰ Мн	7/2−
⁵² Ко	27	25	51.9631302(57)	111,7(21) мс	β ⁺	⁵² Fe	6+
⁵² Ко	27	25	51.9631302(57)	111,7(21) мс	β ⁺ , р?	⁵¹ Мн	6+
^52м Ко	376(9) кэВ			102(5) мс	β ⁺	⁵² Fe	2+
					ЭТО ?	⁵² Ко
					β ⁺ , р?	⁵¹ Мн
⁵³ Ко	27	26	52.9542033(19)	244,6(28) мс	β ⁺	⁵³ Fe	7/2−#
^53м Ко	3174,3(9) кэВ			250(10) мс	β ⁺ ? (~98,5%)	⁵³ Fe	(19/2−)
^53м Ко	3174,3(9) кэВ			250(10) мс	р (~1,5%)	⁵² Fe	(19/2−)
⁵⁴ Ко	27	27	53.94845908(38)	193.27(6) мс	β ⁺	⁵⁴ Fe	0+
^54м Ко	197,57(10) кэВ			1.48(2) мин	β ⁺	⁵⁴ Fe	7+
⁵⁵ Со	27	28	54.94199642(43)	17.53(3) ч.	β ⁺	⁵⁵ Fe	7/2−
⁵⁶ Ко	27	29	55.93983803(51)	77.236(26) д	β ⁺	⁵⁶ Fe	4+
⁵⁷ Ко	27	30	56.93628982(55)	271.811(32) д	ЕС	⁵⁷ Fe	7/2−
⁵⁸ Ко	27	31	57.9357513(12)	70.844(20) д	ЕС (85,21%)	⁵⁸ Fe	2+
⁵⁸ Ко	27	31	57.9357513(12)	70.844(20) д	β ⁺ (14,79%)	⁵⁸ Fe	2+
^58м1 Co	24,95(6) кэВ			8.853(23) ч	ЭТО	⁵⁸ Ко	5+
^58м1 Co	24,95(6) кэВ			8.853(23) ч	ЕС (0,00120%)	⁵⁸ Fe	5+
^58м2 Co	53,15(7) кэВ			10,5(3) мкс	ЭТО	⁵⁸ Ко	4+
⁵⁹ Ко	27	32	58.93319352(43)	Стабильный			7/2−	1.0000
⁶⁰ Со	27	33	59.93381554(43)	5.2714(6) г	β ⁻	⁶⁰ Никель	5+
^60м Co	58,59(1) кэВ			10.467(6) мин.	ИТ (99,75%)	⁶⁰ Со	2+
^60м Co	58,59(1) кэВ			10.467(6) мин.	β ⁻ (0,25%)	⁶⁰ Никель	2+
⁶¹ Ко	27	34	60.93247603(90)	1.649(5) ч	β ⁻	⁶¹ Никель	7/2−
⁶² Ко	27	35	61.934058(20)	1.54(10) мин	β ⁻	⁶² Никель	(2)+
^62м Ко	22(5) кэВ			13.86(9) мин	β ⁻ (>99,5%)	⁶² Никель	(5)+
^62м Ко	22(5) кэВ			13.86(9) мин	ИТ (<0,5%)	⁶² Ко	(5)+
⁶³ Ко	27	36	62.933600(20)	26,9(4) с	β ⁻	⁶³ Никель	7/2−
⁶⁴ Ко	27	37	63.935810(21)	300(30) мс	β ⁻	⁶⁴ Никель	1+
^64м Ко	107(20) кэВ			300# мс	β ⁻ ?	⁶⁴ Никель	5+#
^64м Ко	107(20) кэВ			300# мс	ЭТО?	⁶⁴ Ко	5+#
⁶⁵ Со	27	38	64.9364621(22)	1.16(3) с	β ⁻	⁶⁵ Никель	(7/2)−
⁶⁶ Ко	27	39	65.939443(15)	194(17) мс	β ⁻	⁶⁶ Никель	(1+)
⁶⁶ Ко	27	39	65.939443(15)	194(17) мс	β ⁻ , н ?	⁶⁵ Никель	(1+)
^66м1 Co	175,1(3) кэВ			824(22) нс	ЭТО	⁶⁶ Ко	(3+)
^66м2 Co	642(5) кэВ			>100 мкс	ЭТО	⁶⁶ Ко	(8−)
⁶⁷ Ко	27	40	66.9406096(69)	329(28) мс	β ⁻	⁶⁷ Никель	(7/2−)
⁶⁷ Ко	27	40	66.9406096(69)	329(28) мс	β ⁻ , н?	⁶⁶ Никель	(7/2−)
^67м Ко	491,55(11) кэВ			496(33) мс	ИТ (>80%)	⁶⁷ Ко	(1/2−)
^67м Ко	491,55(11) кэВ			496(33) мс	β ⁻	⁶⁷ Никель	(1/2−)
⁶⁸ Ко	27	41	67.9445594(41)	200(20) мс	β ⁻	⁶⁸ Никель	(7−)
⁶⁸ Ко	27	41	67.9445594(41)	200(20) мс	β ⁻ , н?	⁶⁷ Никель	(7−)
^68m1 Co ^{[n 8]}	150(150)# кэВ			1,6(3) с	β ⁻	⁶⁸ Никель	(2−)
^68m1 Co ^{[n 8]}	150(150)# кэВ			1,6(3) с	β ⁻ , н (>2,6%)	⁶⁷ Никель	(2−)
^68м2 Co	195(150)# кэВ			101(10) нс	ЭТО	⁶⁸ Ко	(1)
⁶⁹ Ко	27	42	68.945909(92)	180(20) мс	β ⁻	⁶⁹ Никель	(7/2−)
⁶⁹ Ко	27	42	68.945909(92)	180(20) мс	β ⁻ , н?	⁶⁸ Никель	(7/2−)
^69m Co ^{[н 8]}	170(90) кэВ			750(250) мс	β ⁻	⁶⁹ Никель	1/2−#
⁷⁰ Со	27	43	69.950053(12)	508(7) мс	β ⁻	⁷⁰ Никель	(1+)
					β ⁻ , н?	⁶⁹ Никель
					β ⁻ , 2n?	⁶⁸ Никель
^70м Co ^{[н 8]}	200(200)# кэВ			112(7) мс	β ⁻	⁷⁰ Никель	(7−)
					ЭТО?	⁷⁰ Со
					β ⁻ , н?	⁶⁹ Никель
					β ⁻ , 2n?	⁶⁸ Никель
⁷¹ Ко	27	44	70.95237(50)	80(3) мс	β ⁻ (97%)	⁷¹ Никель	(7/2−)
⁷¹ Ко	27	44	70.95237(50)	80(3) мс	β ⁻ , н (3%)	⁷⁰ Никель	(7/2−)
⁷² Со	27	45	71.95674(32)#	51,5(3) мс	β ⁻ (<96%)	⁷² Никель	(6−,7−)
					β ⁻ , н (>4%)	⁷¹ Никель
					β ⁻ , 2n?	⁷⁰ Никель
^72m Co ^{[н 8]}	200(200)# кэВ			47,8(5) мс	β ⁻	⁷² Никель	(0+,1+)
⁷³ Ко	27	46	72.95924(32)#	42.0(8) мс	β ⁻ (94%)	⁷³ Никель	(7/2−)
					β ⁻ , н (6%)	⁷² Никель
					β ⁻ , 2n?	⁷¹ Никель
⁷⁴ Ко	27	47	73.96399(43)#	31,3(13) мс	β ⁻ (82%)	⁷⁴ Никель	7−#
					β ⁻ , н (18%)	⁷³ Никель
					β ⁻ , 2n?	⁷² Никель
⁷⁵ Со	27	48	74.96719(43)#	26,5(12) мс	β ⁻ (>84%)	⁷⁵ Никель	7/2−#
					β ⁻ , н (<16%)	⁷⁴ Никель
					β ⁻ , 2n?	⁷³ Никель
⁷⁶ Ко	27	49	75.97245(54)#	23(6) мс	β ⁻	⁷⁶ Никель	(8−)
					β ⁻ , н?	⁷⁵ Никель
					β ⁻ , 2n?	⁷⁴ Никель
^76m1 Co ^{[n 8]}	100(100)# кэВ			16(4) мс	β ⁻	⁷⁶ Никель	(1−)
^76м2 Co	740(100)# кэВ			2,99(27) мкс	ЭТО	⁷⁶ Ко	(3+)
⁷⁷ Ко	27	50	76.97648(64)#	15(6) мс	β ⁻	⁷⁷ Никель	7/2−#
					β ⁻ , н?	⁷⁶ Никель
					β ⁻ , 2n?	⁷⁵ Никель
					β ⁻ , 3n?	⁷⁴ Никель
⁷⁸ Ко	27	51	77.983 55(75)#	11# мс [>410 нс]	β ⁻ ?	⁷⁸ Никель
Заголовок и нижний колонтитул этой таблицы: вид

^ ^m Co – Возбужденный ядерный изомер .
^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) приводится в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
^ # – Атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из тенденций от поверхности массы (TMS).
^ abc # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
^ Способы распада:
ЕС: Захват электронов
ЭТО: Изомерный переход
н: Нейтронное излучение
р: Эмиссия протонов
^ Жирный символ как дочерний – Дочерний продукт стабилен.
^ ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.
^ abcde Порядок основного состояния и изомера не определен.

Звездный нуклеосинтез кобальта-56

Одна из конечных ядерных реакций в звездах перед сверхновой производит ⁵⁶ Ni . После его образования ⁵⁶ Ni распадается на ⁵⁶ Co, а затем ⁵⁶ Co впоследствии распадается на ⁵⁶ Fe . Эти реакции распада питают светимость, отображаемую на кривых распада света . Ожидается, что как кривые распада света, так и кривые радиоактивного распада будут экспоненциальными. Поэтому кривая распада света должна давать представление о ядерных реакциях, питающих ее. Это было подтверждено наблюдением за болометрическими кривыми распада света для SN 1987A . Между 600 и 800 днями после возникновения SN1987A болометрическая кривая света уменьшалась с экспоненциальной скоростью со значениями периода полураспада от τ _1/2 = 68,6 дней до τ _1/2 = 69,6 дней. ^[6] Скорость уменьшения светимости близко соответствовала экспоненциальному распаду ^56Co с периодом полураспада τ _1/2 = 77,233 дня.

Использование радиоизотопов кобальта в медицине

Кобальт-57 ( ⁵⁷ Co или Co-57) используется в медицинских тестах; он используется в качестве радиоактивной метки для определения усвоения витамина B12 _. Он полезен для теста Шиллинга . ^[7]

Кобальт-60 ( ⁶⁰ Co или Co-60) используется в радиотерапии . Он производит два гамма-луча с энергией 1,17 МэВ и 1,33 МэВ. Источник ^{60 Co имеет}диаметр около 2 см и, как следствие, создает геометрическую полутень , делая край поля излучения нечетким. Металл имеет неприятную привычку производить мелкую пыль, что вызывает проблемы с радиационной защитой. Источник ⁶⁰ Co полезен в течение примерно 5 лет, но даже после этого момента все еще очень радиоактивен, и поэтому кобальтовые машины вышли из моды в западном мире, где линейные ускорители распространены.

Промышленное использование радиоактивных изотопов

Кобальт-60 ( ^60Co ) полезен в качестве источника гамма-излучения, поскольку его можно производить в предсказуемых количествах, а также из-за его высокой радиоактивности , просто подвергая природный кобальт воздействию нейтронов в реакторе. ^[8] Промышленный кобальт применяется в следующих областях:

Стерилизация медицинских принадлежностей и медицинских отходов
Радиационная обработка пищевых продуктов для стерилизации (холодная пастеризация ) ^[9]
Промышленная радиография (например, рентгенограммы целостности сварных швов)
Измерения плотности (например, измерения плотности бетона)
Переключатели высоты заполнения бака

⁵⁷ Co используется в качестве источника в мессбауэровской спектроскопии железосодержащих образцов. Захват электронов ⁵⁷ Co образует возбужденное состояние ядра ⁵⁷ Fe, которое в свою очередь распадается до основного состояния с испусканием гамма-излучения. Измерение спектра гамма-излучения дает информацию о химическом состоянии атома железа в образце.

Ссылки

^ abcd Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "Оценка ядерных свойств NUBASE2020" (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
^ «Стандартные атомные веса: кобальт». CIAAW . 2017.
^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). "Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)". Чистая и прикладная химия . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN 1365-3075.
^ Диас, Л. Э. "Кобальт-57: Производство". JPNM Physics Isotopes . Гарвардский университет . Архивировано из оригинала 2000-10-31 . Получено 2013-11-15 .
^ Ван, Мэн; Хуан, ВДж; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки*». Chinese Physics C. 45 ( 3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
^ Буше, П.; Данцигер, И.Дж.; Люси, Л.Б. (сентябрь 1991 г.). «Болометрическая кривая блеска SN 1987A: результаты с 616-го по 1316-й день после вспышки». The Astronomical Journal . 102 (3): 1135– 1146. doi :10.1086/115939 – через Astrophysics Data System.
^ Диас, Л. Э. "Кобальт-57: Использование". JPNM Physics Isotopes . Гарвардский университет . Архивировано из оригинала 2011-06-11 . Получено 2010-09-13 .
^ "Свойства кобальта-60". Радиоактивные изотопы . Получено 2022-12-09 .
^ "Полезное использование кобальта-60". МЕЖДУНАРОДНАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО ОБЛУЧЕНИЮ . Получено 2022-12-09 .

Массы изотопов из:
- Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Блашо, Жан; Вапстра, Аалдерт Хендрик (2003), «Оценка NUBASE свойств ядра и распада», Nuclear Physics A , 729 : 3–128 , Бибкод : 2003NuPhA.729....3A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
Данные о периоде полураспада, спине и изомерах выбраны из следующих источников.
- Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Блашо, Жан; Вапстра, Аалдерт Хендрик (2003), «Оценка NUBASE свойств ядра и распада», Nuclear Physics A , 729 : 3–128 , Бибкод : 2003NuPhA.729....3A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
- Национальный центр ядерных данных . "База данных NuDat 2.x". Брукхейвенская национальная лаборатория .
- Holden, Norman E. (2004). "11. Таблица изотопов". В Lide, David R. (ред.). CRC Handbook of Chemistry and Physics (85-е изд.). Boca Raton, Florida : CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9.

[5] Co – Возбужденный ядерный изомер .

[7] ( ) – Неопределенность (1 σ ) приводится в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.

[TMS-8] # – Атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из тенденций от поверхности массы (TMS).

[TNN-9] # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).

[10] Способы распада:
ЕС: Захват электронов
ЭТО: Изомерный переход
н: Нейтронное излучение
р: Эмиссия протонов

[11] Жирный символ как дочерний – Дочерний продукт стабилен.

[12] ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.

[order-13] Порядок основного состояния и изомера не определен.

[NUBASE2020-1] Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "Оценка ядерных свойств NUBASE2020" (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.

[CIAAW-2] «Стандартные атомные веса: кобальт». CIAAW . 2017.

[CIAAW2021-3] Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). "Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)". Чистая и прикладная химия . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN 1365-3075.

[57Co-Diaz-production-4] Диас, Л. Э. "Кобальт-57: Производство". JPNM Physics Isotopes . Гарвардский университет . Архивировано из оригинала 2000-10-31 . Получено 2013-11-15 .

[AME2020_II-6] Ван, Мэн; Хуан, ВДж; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки*». Chinese Physics C. 45 ( 3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.

[14] Буше, П.; Данцигер, И.Дж.; Люси, Л.Б. (сентябрь 1991 г.). «Болометрическая кривая блеска SN 1987A: результаты с 616-го по 1316-й день после вспышки». The Astronomical Journal . 102 (3): 1135– 1146. doi :10.1086/115939 – через Astrophysics Data System.

[57Co-Diaz-uses-15] Диас, Л. Э. "Кобальт-57: Использование". JPNM Physics Isotopes . Гарвардский университет . Архивировано из оригинала 2011-06-11 . Получено 2010-09-13 .

[16] "Свойства кобальта-60". Радиоактивные изотопы . Получено 2022-12-09 .

[17] "Полезное использование кобальта-60". МЕЖДУНАРОДНАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО ОБЛУЧЕНИЮ . Получено 2022-12-09 .

ЕС:	Захват электронов
ЭТО:	Изомерный переход
н:	Нейтронное излучение
р:	Эмиссия протонов