Радиолюминесценция - Radioluminescence

Радиолюминесцентный 1.8-кюри (67 ГБк ) 6 на 0,2 дюйма (152,4 мм × 5,1 мм) тритий флакон, используемый как источник света. Он состоит из герметичной стеклянной трубки, содержащей радиоактивный газообразный тритий, внутренние поверхности которой покрыты люминофор.

Радиолюминесценция это явление, с помощью которого свет производится в материале бомбардировкой ионизирующее излучение такие как альфа-частицы, бета-частицы, или же гамма лучи. Радиолюминесценция используется в качестве источника света низкого уровня для ночного освещения инструментов или вывесок. Радиолюминесцентная краска раньше использовалась для стрелок часов и циферблатов инструментов, что позволяло читать их в темноте. Радиолюминесценция также иногда наблюдается вокруг источников излучения большой мощности, таких как ядерные реакторы и радиоизотопы.

Механизм

Радиолюминесценция возникает, когда падающая частица ионизирующее излучение сталкивается с атомом или молекулой, возбуждая орбитальный электрон до более высокого энергетического уровня. Частица обычно исходит из радиоактивный распад атома радиоизотоп, изотоп элемента, который является радиоактивным. Затем электрон возвращается на свой основной уровень энергии, выделяя дополнительную энергию в виде фотон света. Химическое вещество, которое выделяет свет определенного цвета при воздействии ионизирующего излучения, называется люминофор. Радиолюминесцентные источники света обычно состоят из радиоактивного вещества, смешанного с люминофором или в непосредственной близости от него.

Приложения

Смотрите также: Светящаяся краска § Радиолюминесцентная краска

Поскольку радиоактивность была открыта на рубеже 20-го века, основное применение радиолюминесценции было в радиолюминесцентная краска, используется на часы и компас циферблаты прицелы, летательный аппарат самолета лица и другие инструменты, чтобы их можно было видеть в темноте. Радиолюминесцентная краска состоит из смеси химических веществ, содержащих радиоизотоп с радиолюминесцентным химическим веществом (люминофор ). Непрерывный радиоактивный распад атомов изотопа испускает частицы излучения, которые ударяют молекулы люминофора, заставляя их излучать свет. Постоянная бомбардировка радиоактивными частицами вызывает химическое разложение многих типов люминофора, поэтому радиолюминесцентные краски теряют часть своей светимости в течение срока службы.

Радиолюминесцентные материалы также могут быть использованы при строительстве оптоэлектрическая ядерная батарея, тип генератор радиоизотопов в котором ядерная энергия превращается в свет.

Радий

Основная статья: Радиевые циферблаты
Смотрите также: Radium Girls
Радиевые часы 1950-х годов, подвергшиеся воздействию ультрафиолетовое излучение для увеличения люминесценции
Самосветящаяся белая радиевая краска на циферблате и стрелке старых часов.

Впервые радиолюминесценция использовалась в светящейся краске, содержащей радий, естественный радиоизотоп. Начиная с 1908 года светящаяся краска, содержащая смесь радий и медь -допированный сульфид цинка использовался для раскрашивания циферблатов часов и приборов, придавая им зеленоватый оттенок. Фосфор, содержащий медь -допированный сульфид цинка (ZnS: Cu) дает сине-зеленый свет; медь и марганец также используется сульфид цинка (ZnS: Cu, Mn), дающий желто-оранжевый свет. Люминесцентная краска на основе радия больше не используется из-за радиационной опасности, создаваемой производителями циферблатов. Эти люминофоры не подходят для использования в слоях толщиной более 25 мг / см.2, поскольку самопоглощение света становится проблемой. Кроме того, сульфид цинка подвергается деградации своей кристаллической решетки, что приводит к постепенной потере яркости значительно быстрее, чем истощение радия.

ZnS: покрытие Ag спинтарископ экраны использовались Эрнест Резерфорд в своих экспериментах открывая атомное ядро.

Радий использовался в светящейся краске до 1960-х годов, когда он был заменен другими радиоизотопами, указанными выше, из-за проблем со здоровьем.[1] В дополнение к альфа и бета-лучи, радий излучает проникающие гамма лучи, которые могут проходить как через металл и стекло циферблата часов, так и через кожу. Типичный старый радиевый циферблат наручных часов имеет радиоактивность 3–10 кБк и может подвергнуть своего владельца ежегодной дозе 24 миллизиверты если носить постоянно.[1] Еще одна опасность для здоровья - продукт его распада, радиоактивный газ. радон, который представляет значительный риск даже при очень низких концентрациях при вдыхании. Радий долго период полураспада 1600 лет означает, что поверхности, покрытые радиевой краской, такие как циферблаты и стрелки, остаются опасными для здоровья еще долгое время после окончания их срока службы. Миллионы светящихся радиевых часов, циферблатов и циферблатов компасов и циферблатов самолетов до сих пор принадлежат населению. Дело о "Radium Girls ", рабочие часовых заводов в начале 1920-х годов, которые раскрашивали циферблаты радиевой краской, а затем заболели смертельным раком из-за приема радия, когда они указывали губами на кисть, повысили осведомленность общественности об опасности радиолюминесцентных материалов и радиоактивность в целом.

Прометий

Во второй половине 20 века радий постепенно заменяли краской, содержащей прометий -147. Прометий - низкоэнергетический бета-излучатель, который, в отличие от альфа-излучатели подобно радию, не разрушает решетку люминофора, поэтому светимость материала не ухудшается так быстро. Также не выделяет проникающих гамма лучи что делает радий. Период полураспада 147Pm составляет всего 2,62 года, поэтому через десять лет радиоактивность прометиевого циферблата снизится до 1/16 от первоначального значения, что сделает его более безопасным для утилизации по сравнению с радием с периодом полураспада 1600 лет. Однако этот короткий период полураспада означал, что светимость прометиевых циферблатов также снижалась вдвое каждые 2,62 года, что давало им короткий срок службы, что привело к замене прометия на тритий.

Краска на основе прометия использовалась для освещения Лунный модуль Аполлона наконечники электрических переключателей и нарисованы на панелях управления Лунный вездеход.[2]

Тритий

Основная статья: Радиолюминесценция трития
Циферблат с подсветкой тритиевых трубок

Радиолюминесцентные материалы последнего поколения основаны на тритий, радиоактивный изотоп водород с периодом полураспада 12,32 года, излучает бета-излучение очень низкой энергии. Он используется на наручные часы лица прицелы, и чрезвычайная ситуация знаки выхода. Газообразный тритий содержится в небольшой стеклянной трубке, покрытой люминофор изнутри. Бета-частицы испускаемый тритием ударяет по люминофорному покрытию и вызывает его флуоресценция, излучающие свет, обычно желто-зеленый.

Тритий используется потому, что считается, что он представляет незначительную угрозу для здоровья человека, в отличие от предыдущего радиолюминесцентного источника, радия, который, как оказалось, представляет значительную радиологическую опасность. Бета-частицы с низкой энергией 5,7 кэВ, испускаемые тритием, не могут проходить через стеклянную трубку. Даже если бы они могли, они не могут проникнуть через кожу человека. Тритий представляет угрозу для здоровья только при попадании внутрь. Поскольку тритий представляет собой газ, при разрыве тритиевой трубки газ рассеивается в воздухе и разбавляется до безопасных концентраций. Период полураспада трития составляет 12,3 года, поэтому яркость тритиевого источника света снизится до половины своего первоначального значения. в то время.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Тыква, Ричард; Саболь, Йозеф (1995). Низкая радиоактивность окружающей среды: источники и оценка. CRC Press. С. 88–89. ISBN  1566761891.
  2. ^ «Отчет об опыте Аполлона - Защита от радиации» (PDF). НАСА. Получено 9 декабря 2011.