放射性鈷

放射性鈷材料與方法

供試材料

試驗用土壤采自農(nóng)場 .經(jīng)風干后,于Υ20cm×20cm的陶瓷盆缽中裝入5.0kg.裝土前,每盆拌入2g(NH4)2SO4和KHPO4,盆缽分成7組,每組2只重復 。試驗用Co制劑是CoCl2水液,其比活度為3.25×10Bq/ml(1996-10-29).1.2Co的引入每盆種植生長基本均一的菜豆苗2株.于始花期一次性引入CoCl2水液.方法是:將前述60CoCl2水液1.00ml用水稀釋成100ml后均勻澆灌于盆土表面,再各用100ml水清洗容器4次,也灌澆于盆土表面.試驗在網(wǎng)室中進行.

樣品采集與Co活度測定

采樣時間分別于Co引入后1、3、5、8、11、15和20天進行.每次取1組.方法是,先用半筒式不銹鋼取土器沿盆缽徑向取分布均勻的3個土柱,再將土柱約每2cm橫向均等分割,計7段.然后將菜豆植株連根拔起,清水洗凈豆根,分根、莖葉和豆莢(可食時采取),各經(jīng)稱重、剪碎后于大約550℃馬弗爐中灰化8h;土樣經(jīng)烘干、研碎后過篩(粒經(jīng)<0.6mm);各測樣均取適量于FJ-2003A型計數(shù)器上作Co活度測定.探測效率(標稱值)為53.1%,測定的相對標準差約5%.

放射性鈷分析與討論

Co在菜豆植株中的分配動態(tài)

60Co進入表土后,在系統(tǒng)內(nèi)因吸附、固定和螯合而導致它在系統(tǒng)各部分中含量發(fā)生變化,其測定結(jié)果如表1所示.其整株(鮮樣)中Co比活度(單位為Bq/g)系按各部位中的活度及質(zhì)量加權(quán)折算而得.由表1可見,進入土壤表面的Co隨土壤溶液向下遷移,被根細胞吸收后在根部積累,然后向地上部輸運,在菜豆各部位進行分配.對可菜食鮮豆莢的測定表明,其中Co比活度為0.94Bq/g左右.可見,菜豆植株各部位中Co比活度的大小順序是:C根>C莖葉>C鮮豆莢.比如,根部Co比活度最大值為43.5Bq/g,最小也有29.7Bq/g,莖葉中最大比活度為3.0Bq/g,最小僅為1.4Bq/g,而鮮豆莢不過1Bq/g.所以,菜豆植株所吸收的Co主要集中在根部,這和前人的試驗結(jié)果是一致的.

表160Co在菜豆植株中的分配動態(tài)*

*未列入可菜食鮮豆莢測量值;**包括可菜食鮮豆莢測量值

Co在土壤中的垂直分布動態(tài)

60Co在土壤(干土)中的比活度隨土壤深度及時間的動態(tài)變化如表2所示.

表2表明:(1)對同一層段(2cm)不同處理的土壤,隨著時間的延長,表層4cmCo的比活度基本上逐漸降低,4cm以下大體上呈增高趨勢.這主要是由于淋溶作用,Co由表層向下

遷移,時間長,遷移得多,同時由于盆缽底部的阻留,致使最底層段Co的比活度往往高于上一層段.(2)由于土壤的強吸附作用,對同一處理的土壤,Co由表層向底層迅速降低,有90%以上的Co集中于表層6cm.回歸分析表明,不同處理土壤(干土)中Co的比活度C與距表層深度x間呈單項指數(shù)負相關(guān):C=Te

T(Bq/g)、β(cm)值與時間的相關(guān)性列于表3,由各β值求得在本研究條件下Co在土壤中的半殘留深度約為2cm.

Co在菜豆-土壤系統(tǒng)中的遷移模型

菜豆對土壤中Co的吸收、積累與時間的定量關(guān)系可通過示蹤動力學分室模型原理得到.試驗系統(tǒng)由菜豆和土壤構(gòu)成,即可將系統(tǒng)視為二分室系統(tǒng);而由于試驗系于室外網(wǎng)室中進行,降雨和澆灌造成Co淋溶損失,故系統(tǒng)是開放的.q1、m1、C1分別表示土壤中Co的量(Bq)、土壤質(zhì)量(g)及土壤(干土)中Co的比活度(Bq/g),q2、m2、C2則表示菜豆植株相應的量;k12、k21分別表示Co由土壤向菜豆及菜豆向土壤的遷移速率,它表示單位時間內(nèi)Co遷移量的相對份額(/天),k1表示Co向系統(tǒng)外遷移(淋失)的速率.一般將k12、k21和k1視為常數(shù).

放射性鈷在模擬水稻田中的遷移模型

放射性鈷介紹

由于核電站反應堆中子的作用,反應堆中結(jié)構(gòu)材料鐵(59Fe)、鎳(58Ni)分別生成了放射性60Co、58Co,但60Co具有更為重要的毒理學意義。本研究采取模擬污染物的核素示蹤技術(shù)研究了60Co進入田水后,在田水-土壤-水稻中的遷移和積累動態(tài),以為評價其對環(huán)境可能產(chǎn)生的影響提供依據(jù)。

放射性鈷材料與方法

1.160Co的轉(zhuǎn)化與配制

所用示蹤劑60Co為鋁殼包裝的1mm×2mm的鈷粒(點源),由中國原子能研究院提供,出廠時(1996-10-29)比活度為3.19×10Bq/mg。使用前轉(zhuǎn)化為CoCl2。方法是,加入適量稀鹽酸,于～80℃水浴中加熱,待其緩慢溶解后轉(zhuǎn)移至100ml容量瓶中,用水定容;使用時稀釋成比活度為3.25×105Bq/ml的工作母液。

1.2試驗方法

采用25×25cm塑料盆缽。內(nèi)裝事先拌入基肥2.7g(NH4)2SO4、32gKH2PO4風干的杭州華家池小粉土8.0kg,其理化參數(shù)請見文獻[1]。灌水(表面水約1500ml)。每盆種植水稻(品種:加育293)3叢,每叢5株。于插秧后1、3、6、11、20、29、38、47、56、65和74d,一次性由表水引入等量的60CoCl2水液(3.25×10Bq),各3只重復。最后一次引入距收獲1d。于是60Co引入時間距收獲天數(shù)相應為74、65、56、47、38、29、20、11、6、3和1d。于水稻成熟時一次性收獲、取樣。取樣次序是,取田表水適量;收割水稻地上部,分草、稻谷;用半筒式取土器,每盆取3只土柱,然后約每3cm縱向分割,計7段;最后取出稻根,用水洗凈。稻谷烘干后脫殼分谷殼和糙米。

經(jīng)過上述初步處理后,田表水采用揮發(fā)法,土壤采用干粉法,水稻各部位采用灰化法(在馬弗爐中于～800℃灰化8h),分別測定各樣品中60Co活度。所有測樣均3只重復。測定的相對標準差不大于10%。

放射性鈷結(jié)果與分析

60Co在水-土壤-水稻系統(tǒng)各組分中的消長動態(tài)

60Co進入田表水后,便被土壤強烈吸附[2],水稻植株主要通過根部從土壤中吸收60Co,然后運轉(zhuǎn)至地上部。60Co在系統(tǒng)各組分中濃度的動態(tài)變化如表1所示。土壤中60Co濃度系指整盆土壤的平均濃度。時間表示60Co引入距收獲的天數(shù)(下同)。

表1模擬水稻田各組分中Co濃度的動態(tài)變化

測定結(jié)果表明,60Co在系統(tǒng)各組分的濃度大小順序是:水稻植株(干樣)>土壤(干土)>田表水。但由于土壤質(zhì)量(8.0kg/盆)遠大于水稻植株(～100g/盆干樣),故進入水稻田中的60Co主要滯留于土壤;而就水稻各部位而言,60Co濃度大小為:根>稻草>稻殼>糙米(表2)。由于作物主要通過根部從土壤中吸收60Co,因此一般是地下部60Co濃度遠大于地上部[3],本研究結(jié)果與此一致。其次,相對于水稻的其它部位,糙米中Co的濃度較低,但在t<11d食用才是安全的,t>11d,則需經(jīng)歷一定的安全等待期才可食用。

表2水稻各部位中60Co濃度(Bq/g干樣)的動態(tài)變化

其次,隨著距收獲時間的延長,田表水中Co濃度急速地下降;土壤中的Co濃度也基本上呈下降趨勢。這是由于60Co在土壤中較易被吸附、固定或螯合。被吸附的60Co由交換態(tài)和非交換態(tài)組成,由于土壤處于淹水狀態(tài),加之土壤呈酸性(pH6.0),故除了水溶性鈷之外,交換態(tài)鈷及有機螯合物可能發(fā)生浸提和溶解作用,使得鈷有向下垂直遷移的趨向,也使得水稻根部能不斷地從土壤中吸收鈷而運轉(zhuǎn)至其它部位。實際上,本研究Co系由田水引入,若是因某種因素(比如核事故)Co進入土壤,則它在水稻各部位中的積累要低得多 。就是說進入水體的60Co的潛在危害要比滯留于土壤中的危害大得多。這里應說明,由于試驗是在露天下進行的,因雨水等關(guān)系,致田表水常有溢出,而致60Co在系統(tǒng)中有所損失,這也是隨時間延長,土壤中Co的平均濃度下降的又一原因。

Co在土壤中的垂直分布

各處理的土壤中Co濃度(Bq/g干土)探深度分布的測定結(jié)果列于表3。

由表3可見,對同一處理,土壤中Co的濃度隨深度急速地降低?；貧w分析表明,土壤中Co濃度隨離表層深度x呈單項指數(shù)負相關(guān),相關(guān)系數(shù)在-0.6952～-0.9302之間,它們在T=0.10～0.01水平上顯著。

應該指出,大多數(shù)處理的底層土壤中60Co濃度有升高的趨勢,這主要是由于在淹水條件下,上層土壤中的60Co不斷向下遷移、積累的緣故。

水稻對60Co的濃集作用

表1已經(jīng)表明,相對于田表水和土壤,水稻植株對土壤中鈷的濃集作用與60Co引入距收獲時間成正相關(guān),其濃集系數(shù) Ks由1d的1.24至74d的29.72,與其相應的糙米對土壤中鈷的濃集系數(shù)則為7×10-4和0.1。至于對田表水中的Kw值,水稻植株由1d的37.2至74d的3064.4,糙米則相應為0.02和10.1;實際上,本試驗條件下,當t>20d后,糙米的Kw值皆大于1。

Co在水-土壤-水稻中的遷移模型

Co在水-土壤-水稻系統(tǒng)中遷移、輸運的動態(tài)過程可用封閉三分室模型原理描述。通常認為,示蹤劑(60Co)的遷移服從一級速率過程,當作一定簡化,便得各分室中60Co量對時間的變化率相應為:

在核反應堆中輻照鉆產(chǎn)生的鉆一 60 ,是一種半衰期為5.26 年的強γ輻射源。 它應用于輻射治療、醫(yī)藥制劑、 器械殺菌以及為大型金屬工件的質(zhì)量控制進行γ射線照相。

放射性鈷是壓水堆核電站的主要液態(tài)放射性流出物.其中Co因其半衰期較長(5.27a)、γ射線能量高(平均1.25MeV)而更具有環(huán)境毒理學意義.本研究探索了Co進入土壤后在菜豆-土壤系統(tǒng)中的遷移、分配動態(tài)過程,以為評價放射性鈷對生態(tài)環(huán)境可能產(chǎn)生的影響提供參考 。

鈷粉硬質(zhì)合金

鈷粉是硬質(zhì)合金的主要原料之一，國內(nèi)外的需求量逐年增加。隨著硬質(zhì)合金工業(yè)的發(fā)展，硬質(zhì)合金用鈷粉有3種發(fā)展趨勢：超細鈷粉、納米WC-Co 粉末、球形鈷粉。這對原料鈷粉的質(zhì)量要求越來越嚴格，不僅對鈷粉的化學成分提出了更高的要求，而且對鈷粉的物理性能如粒度、粒度分布、晶體形貌等也提出了嚴格的要求。要求粒度越來越細（粒度一般小于1.5μm），形貌為球形或類球形，粒度分布為正態(tài)分布。硬質(zhì)合金用鈷粉要求具有高的純度，這是因為，一方面，純鈷對碳化鎢能夠完全浸潤，對碳化鎢的把持力很高，從而提高硬質(zhì)合金的強度。另一方面，當鈷粉中存在其他雜質(zhì)，例如鉛、硅、鈣硫時，在合金燒結(jié)過程中將會影響合金的顯微結(jié)構(gòu)和性能。硬質(zhì)合金生產(chǎn)要經(jīng)過混合、加壓和燒結(jié)過程，這些過程會產(chǎn)生機械流動、塑性流動和熱擴散現(xiàn)象。研究表明，因減少WC 的晶粒尺寸而使碳化硅相晶粒接觸數(shù)，可以通過粒度分布均勻且呈球形的鈷粉在機械混合和塑性流動中達到高度均勻分布來消除，從而制得具有較大硬度和韌性的合金。

鈷粉催化方面

鈷粉被用在石油工業(yè)的加鉛裂化上，主要用做石油脫氫硫的催化劑。在聚酯纖維領(lǐng)域用做對苯二甲酸的凈化劑。如美國的汽油平均含硫量從0.03%降到0.003%，鈷催化劑發(fā)揮了很大作用。

隨著納米科技的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)納米鈷粉對聚碳硅烷熱裂解過程具有催化作用，并可降低裂解溫度。鈷的加入促進了熱裂解過程中β-SiC 微晶的生長。

鈷氧化物納米催化劑對N₂O=N₂ O₂分解反應有良好的催化作用，其中以Co₂O₃催化效果最佳。Co-Mo納米晶和金粉具有較高的析氫催化活性，其析氫過電位低于用同種方法制備的Ni-Mo 納米晶合金復合電極。

鈷粉電池行業(yè)

鈷在電池中的應用是引人注目的，特別是鋰離子電池的廣泛使用使得鈷的用量大大增加。在鎳氫電池中，摻雜了超細鈷粉的泡沫鎳電極具有較高的放電容量和大電流充放電循環(huán)穩(wěn)定性，近年來由于電池行業(yè)的迅猛發(fā)展，超細鈷粉的用量急劇上升。

鈷粉特種工具

超細鈷粉可制成特種功能材料。例如，將它廣泛用于特種模具及軸瓦和耐磨件的內(nèi)襯。裝甲材料通常是采用各種合金來提高其韌性和抗沖擊性能，以抵御炮彈的攻擊。超細鈷粉經(jīng)新工藝燒結(jié)后，可制成新型高強度超硬材料，用于裝甲防護。還可以制成耐高溫、散熱、導電的防腐涂層，可廣泛用于宇航飛行器、機場、軍用碼頭、軍用油庫、彈藥庫、艦船等特種場合的防護。

鈷粉磁性材料

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，對磁記錄元器件及記錄設(shè)備的主要要求是提高其記錄密度、記錄容量且愈加小型化。Ni-Co 合金由于具有臨界磁晶各向異性和低導熱系數(shù)的特性，成為一種很重要的磁性材料，特別在磁致伸縮傳感器材料方面。例如，將Ni-Co 靶放入Ar-N₂進行熱處理得到Ni-Co-N 膜，然后進行脫N得到了微細鎳鈷合金粉,用該合金粉制備的磁記錄材料具有記錄密度高、矯頑力大、信噪比好、抗氧化性能好等一系列優(yōu)點，成為制作計算機硬盤的一種重要磁性材料。鎳鈷磁控形狀記憶合金兼具壓電陶瓷和磁致伸縮材料的響應頻率快及溫控形狀記憶效果好的優(yōu)點，有望成為新一代驅(qū)動器和傳感器的關(guān)鍵材料，是一種新型的功能材料 。

鉑鈷合金是以以鉑為基添加鈷所組成的鉑合金。固相線以下為連續(xù)固溶體；在合金系中存在兩個有序相：PtCo和Pt₃Co，分別具有AuCu和Cu₃Au型結(jié)構(gòu)，有序轉(zhuǎn)變溫度為833℃和750℃，都具有鐵磁性。對于單相固溶體，隨著鈷含量增高，合金的晶格常數(shù)降低，強度性質(zhì)與電阻率升高并在約含鈷30%(原子分數(shù))的合金上達到最大值，居里溫度升高，電阻溫度系數(shù)降低。有序化處理明顯影響各項性能：提高合金的強度、磁矯頑力(H_c)和最大磁能積(B_rH_c)；降低電阻率、居里溫度和剩磁值(B_r)。最佳磁性是在部分有序化合金上得到的并歸因于兩相結(jié)構(gòu)和大的磁晶各向異性。

Pt-50%Co(原子分數(shù))(23.3%Co)合金是優(yōu)良永磁材料。它不僅具有高的矯頑力、磁能積和磁穩(wěn)定性，更具有良好可加工性和耐蝕性。主要磁性參數(shù)：B_r=0.70～0.79T，H_c=308～379KA/m，(BH)max=80～93.6kJ/m，B_d=0.34～0.5T，H_d=213～237KA/m，T=500℃。雖然磁性能遜于含稀土元素的鈷合金且價格較貴，但在特定場合如要求微型化、高可靠和耐腐蝕的場合中，Pt-Co合金是惟一可滿足要求的永磁材料。主要用作助聽器、磁控管、電子鐘表、聚焦設(shè)備和電機轉(zhuǎn)子等。