Радиолюминесценция трития - Tritium radioluminescence

Радиолюминесцентные флаконы с тритием размером 1,8 кюри (67  ГБк ) размером 6 на 0,2 дюйма (152,4 мм × 5,1 мм) представляют собой заполненные газом тритием тонкие стеклянные флаконы с внутренними поверхностями, покрытыми люминофором .

Тритий радиолюминесценция является использование газообразного трития , радиоактивный изотоп из водорода , чтобы создать видимый свет. Тритий излучает электроны посредством бета-распада, и, когда они взаимодействуют с люминофором, свет излучается в процессе фосфоресценции . Общий процесс использования радиоактивного материала для возбуждения люминофора и, в конечном итоге, генерации света называется радиолюминесценцией . Поскольку тритиевое освещение не требует электроэнергии, оно нашло широкое применение в таких приложениях, как знаки аварийного выхода , освещение наручных часов и портативных, но очень надежных источников света низкой интенсивности, которые не ухудшают ночное зрение человека. Прицелы для ночного использования и небольшие фонари (которые должны быть более надежными, чем фонари с батарейным питанием, но не мешать ночному видению или быть достаточно яркими, чтобы легко выдавать местоположение), используемые в основном военнослужащими, подпадают под последнее применение.

История

В 1953 году было обнаружено, что тритий является идеальным источником энергии для самосветящихся соединений, и эта идея была запатентована Эдвардом Шапиро 29 октября 1953 года в США (2749251 - Источник светимости).

Дизайн

Радиолюминесцентные брелки

Освещение тритием производится с помощью стеклянных трубок со слоем люминофора в них и газообразного трития внутри трубки. Такая трубка известна как «газообразный тритиевый источник света» (GTLS) или бета-свет (поскольку тритий подвергается бета-распаду ).

Тритий в газообразном тритиевом источнике света подвергается бета-распаду , высвобождая электроны, которые вызывают фосфоресценцию слоя люминофора .

Во время изготовления отрезок трубки из боросиликатного стекла , внутренняя поверхность которого покрыта люминофорсодержащим материалом, заполняется радиоактивным тритием. Затем трубку запаивают на желаемой длине с помощью углекислотного лазера . Боросиликат предпочтителен из-за его прочности и устойчивости к разрушению. В трубке тритий испускает постоянный поток электронов из-за бета-распада. Эти частицы возбуждают люминофор, заставляя его излучать слабое устойчивое свечение.

Тритий - не единственный материал, который можно использовать для автономного освещения. Радий использовался для изготовления самосветящейся краски с начала ХХ века примерно до 1970 года. Прометий ненадолго заменил радий в качестве источника излучения. Тритий - единственный источник излучения, используемый сегодня в радиолюминесцентных источниках света.

Для получения света разного цвета можно использовать различные препараты люминофора. Некоторые из цветов, которые были произведены в дополнение к обычным люминофорам, - это зеленый, красный, синий, желтый, фиолетовый, оранжевый и белый.

GTLS, используемые в часах, излучают небольшое количество света: недостаточно, чтобы быть видимым при дневном свете, но видимым в темноте с расстояния нескольких метров. В среднем такие GTLS имеют срок полезного использования 10–20 лет. Поскольку это нестабильный изотоп с периодом полураспада 12,32 года, уровень бета-выбросов за этот период снижается вдвое. Кроме того, деградация люминофора приведет к падению яркости тритиевой трубки более чем наполовину за этот период. Чем больше трития изначально помещено в трубку, тем она ярче и тем дольше срок ее службы. Знаки выхода трития обычно бывают трех уровней яркости с гарантированным сроком службы 10, 15 или 20 лет. Разница между знаками заключается в том, сколько трития устанавливает производитель.

Свет, излучаемый GTLS, различается по цвету и размеру. Зеленый обычно кажется самым ярким цветом, а красный - наименее ярким. Размеры варьируются от крошечных трубок, достаточно маленьких, чтобы поместиться на руке часов, до трубок размером с карандаш. Большие трубки (диаметром 5 мм и длиной до 100 мм) обычно встречаются только в зеленом цвете и, как ни странно, могут быть не такими яркими, как стандартный тритий размером 22,5 × 3 мм; этот меньший размер обычно самый яркий и используется в основном в имеющихся в продаже связках для ключей.

Использует

Циферблат часов с «постоянной» подсветкой
Пистолетные ночные прицелы с тритиевой подсветкой на FN Five-seven

Эти источники света чаще всего рассматриваются как «постоянное» освещение стрелок наручных часов, предназначенных для дайвинга, ночного или боевого использования. Они также используются в светящихся цепочках для ключей новинок и в самосветящихся знаках выхода . Военные предпочитают их для приложений, в которых источник питания может быть недоступен, например, для шкал приборов в самолетах, компасов и прицелов для оружия. В случае источников света с твердым тритием, тритий заменяет некоторые атомы водорода в краске, которая также содержит люминофор, такой как сульфид цинка.

Тритиевые огни или бета-огни раньше использовались в рыболовных приманках. В некоторых фонариках есть прорези для флаконов с тритием, чтобы фонарик можно было легко найти в темноте.

Тритий используется для освещения прицелов некоторых видов стрелкового оружия. Визир на SA80 оптическом «ы SUSAT зрения, а также ЛПС 4x6 ° Tip2 Телескопический прицел из PSL винтовки , содержит небольшое количество трития для того же эффект , как пример использования трития на винтовку поле зрения. Электроны, испускаемые радиоактивным распадом трития, вызывают свечение люминофора , обеспечивая длительный (несколько лет) вид огнестрельного оружия без батарейного питания, который виден в условиях тусклого освещения. Однако свечение трития не заметно при ярком освещении, например, при дневном свете. В результате некоторые производители начали интегрировать оптоволоконные прицелы с тритиевыми ампулами, чтобы обеспечить яркие и высококонтрастные прицелы для огнестрельного оружия как при ярком, так и при тусклом свете.

Безопасность

Самосветящийся выходной знак с трубками из трития.

Хотя эти устройства содержат радиоактивное вещество, в настоящее время считается, что автономное освещение не представляет серьезной проблемы для здоровья. В отчете Консультативной группы Агентства по охране здоровья Великобритании по ионизирующему излучению от 2007 года говорится, что риски для здоровья от воздействия трития в два раза выше, чем ранее устанавливались Международной комиссией по радиологической защите , но зато были заключены тритиевые осветительные устройства, обычно имеющие форму светящегося стекла. трубка, встроенная в толстый блок из прозрачного пластика, предотвращает воздействие трития на пользователя, если только устройство не разобьется.

Тритий не представляет угрозы внешнего бета-излучения при инкапсулировании в непроницаемые для водорода контейнеры из-за его низкой глубины проникновения, которая недостаточна для проникновения через неповрежденную кожу человека. Однако устройства GTLS излучают низкие уровни рентгеновского излучения из-за тормозного излучения . Согласно отчету Организации экономического сотрудничества и развития , любое внешнее излучение от газообразного тритиевого осветительного прибора происходит исключительно за счет тормозного излучения, обычно в диапазоне 8–14 кэВ. Мощность дозы тормозного излучения не может быть рассчитана исходя из свойств одного только трития, поскольку мощность дозы и эффективная энергия зависят от формы защитной оболочки. Чистый цилиндрический флакон GTLS, изготовленный из стекла толщиной 0,1 мм, длиной 10 мм и диаметром 0,5 мм, обеспечит мощность дозы на поверхности 100 миллирад в час на кюри. Если бы вместо этого тот же флакон был изготовлен из стекла толщиной 1 мм и заключен в пластиковое покрытие толщиной 2–3 мм, GTLS обеспечит мощность дозы на поверхности 1 миллирад в час на кюри. Мощность дозы, измеренная с расстояния 10 мм, будет на два порядка ниже, чем измеренная мощность дозы на поверхности. Учитывая, что толщина половинной величины фотонного излучения с энергией 10 кэВ в воде составляет около 1,4 мм, ослабление, обеспечиваемое тканями, покрывающими кроветворные органы, является значительным.

Основная опасность от трития возникает при его вдыхании, проглатывании, инъекции или всасывании в организм. Это приводит к поглощению испускаемого излучения в относительно небольшой области тела, опять же из-за малой глубины проникновения. Биологический период полураспада трития - время, необходимое для половины с проглоченной дозы быть исключен из тела - низкий, всего 12 дней. Выведение трития можно еще больше ускорить, увеличив потребление воды до 3-4 литров в день. Прямое кратковременное воздействие малых количеств трития в большинстве случаев безвредно. Если тритиевая трубка сломалась, нужно покинуть это место и дать газу диффундировать в воздух. Обратите внимание, что он легче воздуха и будет подниматься вверх, как гелий . Тритий естественным образом присутствует в окружающей среде, но в очень небольших количествах.

Законодательство

Поскольку тритий используется в оружии с усиленным делением и термоядерном оружии (хотя в количествах в несколько тысяч раз больше, чем в связке ключей), потребительские и защитные устройства, содержащие тритий, для использования в Соединенных Штатах, подлежат определенному владению, перепродаже, утилизации и использованию. ограничения. В США такие устройства, как самосветящиеся указатели выхода, манометры, наручные часы и т. Д., Которые содержат небольшое количество трития, находятся под юрисдикцией Комиссии по ядерному регулированию и регулируются правилами владения, распространения, а также импорта и экспорта, установленными в 10 CFR Parts, 30, 32 и 110. Они также подпадают под действие правил владения, использования и утилизации в определенных штатах. Светящиеся продукты, содержащие больше трития, чем необходимо для наручных часов, не так широко доступны в розничных магазинах США.

Они легко продаются и используются в Великобритании и США. Они регулируются в Англии и Уэльсе отделами по гигиене окружающей среды местных советов. В Австралии продукты, содержащие тритий, не подлежат лицензированию, если они содержат менее 1 × 10 6 беккерелей на грамм (2,7 × 10 -5  Ки / г) трития и имеют общую активность менее 1 × 10 9 беккерелей (0,027 Ки), за исключением для устройств безопасности, где предел составляет 74 × 10 9 беккерелей (2,0 Ки) общей активности.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки