Радиолюминесценция

Радиолюминесценция — это явление, при котором свет возникает в материале при бомбардировке ионизирующим излучением, таким как альфа-частицы , бета-частицы или гамма-лучи . Радиолюминесценция используется в качестве источника света низкого уровня для ночного освещения приборов или вывесок. Радиолюминесцентная краска иногда используется для стрелок часов и циферблатов инструментов, что позволяет читать их в темноте. Радиолюминесценцию также иногда можно наблюдать вокруг мощных источников излучения, таких как ядерные реакторы и радиоизотопы .

Механизм

Радиолюминесценция возникает, когда падающая частица ионизирующего излучения сталкивается с атомом или молекулой, возбуждая орбитальный электрон на более высокий энергетический уровень. Частица обычно возникает в результате радиоактивного распада атома радиоизотопа , изотопа радиоактивного элемента. Затем электрон возвращается на свой основной энергетический уровень, излучая дополнительную энергию в виде фотона света. Химическое вещество, которое испускает свет определенного цвета при воздействии ионизирующего излучения, называется люминофором . Радиолюминесцентные источники света обычно состоят из радиоактивного вещества, смешанного с люминофором или находящегося вблизи него.

Приложения

С тех пор, как радиоактивность была обнаружена примерно в начале 20-го века, основное применение радиолюминесценции было в радиолюминесцентной краске , используемой на циферблатах часов и компасов , прицелах , лицевых панелях летных приборов самолетов и других инструментах, позволяющих их видеть в темноте. Радиолюминесцентная краска состоит из смеси химического вещества, содержащего радиоизотоп , с радиолюминесцентным химическим веществом ( люминофором ). Непрерывный радиоактивный распад атомов изотопа высвобождает частицы излучения, которые ударяются о молекулы люминофора, заставляя их излучать свет. Постоянная бомбардировка радиоактивными частицами вызывает химический распад многих видов люминофора, поэтому радиолюминесцентные краски теряют часть своей светимости в течение срока службы.

Радиолюминесцентные материалы также могут быть использованы в конструкции оптоэлектрической ядерной батареи — типа радиоизотопного генератора , в котором ядерная энергия преобразуется в свет.

Радий

Самосветящаяся белая радиевая краска на циферблате и стрелке старых часов.

Впервые радиолюминесценция была использована в светящейся краске, содержащей радий , природный радиоизотоп . светящаяся краска, содержащая смесь радия и меди , легированного сульфидом цинка Начиная с 1908 года, для окраски циферблатов часов и циферблатов приборов использовалась , придающая зеленоватое свечение. Люминофоры, содержащие медью сульфид цинка, легированный (ZnS:Cu), дают сине-зеленый свет; Сульфид цинка, легированный медью и марганцем ( ZnS:Cu,Mn ), дающие желто-оранжевый свет. Люминесцентная краска на основе радия больше не используется из-за радиационной опасности для лиц, производящих циферблаты. Эти люминофоры не подходят для использования в слоях толщиной более 25 мг/см. ², поскольку тогда самопоглощение света становится проблемой. Сульфид цинка подвергается деградации структуры кристаллической решетки, что приводит к постепенной потере блеска значительно быстрее, чем истощение радия.

с покрытием ZnS:Ag Экраны спинтарископа использовались Эрнестом Резерфордом в его экспериментах по открытию атомного ядра .

Радий использовался в светящихся красках до 1960-х годов, когда его заменили другими упомянутыми выше радиоизотопами из-за проблем со здоровьем. ^[1] Помимо альфа- и бета-частиц , радий испускает проникающие гамма-лучи , которые могут проходить через металл и стекло циферблата часов, а также кожу. Типичный старый радиевый циферблат наручных часов имеет радиоактивность 3–10 кБк и при постоянном ношении может подвергнуть своего владельца годовой дозе в 24 миллизиверта . ^[1] Еще одной опасностью для здоровья является продукт его распада, радиоактивный газ радон , который представляет значительный риск даже при чрезвычайно низких концентрациях при вдыхании. радия, Длительный период полураспада составляющий 1600 лет, означает, что поверхности, покрытые радиевой краской, такие как циферблаты и стрелки, остаются опасными для здоровья еще долгое время после окончания срока их службы. Миллионы светящихся радиевых часов, циферблатов и компасов, а также циферблатов авиационных приборов все еще принадлежат населению. Случай с « Радиевыми девушками », работницами часовых заводов в начале 1920-х годов, которые красили циферблаты часов радиевой краской, а затем заразились смертельным раком, проглотив радий, когда они направляли кисти губами, повысил осведомленность общественности об опасностях радиолюминесцентных материалов. и радиоактивность в целом.

Прометий

Во второй половине 20 века радий постепенно заменяли краской, содержащей прометий -147. Прометий — это низкоэнергетический бета-излучатель , который, в отличие от альфа-излучателей, таких как радий, не разрушает решетку люминофора, поэтому светимость материала не будет ухудшаться так быстро. Он также не излучает проникающие гамма-лучи , которые излучает радий. Период полураспада ¹⁴⁷Pm составляет всего 2,62 года, поэтому через десять лет радиоактивность прометиевого циферблата снизится всего до 1/16 от его первоначального значения, что сделает его более безопасным для утилизации по сравнению с радием, период полураспада которого составляет 1600 лет. Этот короткий период полураспада означал, что светимость прометиевых циферблатов также падала вдвое каждые 2,62 года, что давало им короткий срок службы, что привело к замене прометия тритием.

Краска на основе прометия использовалась для подсветки наконечников электрических переключателей лунного модуля «Аполлон» и была нанесена на панели управления лунного вездехода . ^[2]

Тритий

Циферблат часов подсвечивается тритиевыми трубками

Радиолюминесцентные материалы последнего поколения основаны на тритии — радиоактивном изотопе водорода с периодом полураспада 12,32 года, испускающем очень низкоэнергетическое бета-излучение. Его используют на наручных часов циферблатах , прицелах и знаках аварийного выхода . Газообразный тритий содержится в небольшой стеклянной трубке, покрытой люминофором изнутри . Бета-частицы, испускаемые тритием, ударяются о люминофорное покрытие и заставляют его флуоресцировать , излучая 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 оказался значительной радиологической опасностью. Бета-частицы с низкой энергией 5,7 кэВ, испускаемые тритием, не могут пройти через окружающую стеклянную трубку. Даже если бы они могли, они не способны проникнуть в кожу человека. Тритий представляет угрозу для здоровья только при проглатывании или вдыхании. Поскольку тритий представляет собой газ, при разрыве тритиевой трубки газ рассеивается в воздухе и разбавляется до безопасной концентрации.Период полураспада трития составляет 12,32 года, поэтому яркость тритиевого источника света за это время упадет вдвое от первоначального значения.

Инфракрасная радиофлуоресценция

Инфракрасная радиофлуоресценция (иногда называемая радиофлуоресценцией) — это метод датирования , включающий сигнал инфракрасной (~ 880 нм) люминесценции ортоклаза в результате воздействия ионизирующего излучения . ^[3] Он может выявить время последнего воздействия дневного света на отложения, например, слой песка, подвергшийся воздействию света перед осаждением. ^[4]^[5]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Тыква, Ричард; Саболь, Йозеф (1995). Низкая радиоактивность окружающей среды: источники и оценка . ЦРК Пресс. стр. 88–89. ISBN 1566761891 .
^ «Отчет об опыте Аполлона - защита от радиации» (PDF) . НАСА . Проверено 9 декабря 2011 года .
^ Мадхав Кришна Мурария; и др. (июнь 2021 г.). «Инфракрасно-радиофлуоресцентное (ИК-РФ) датирование: обзор» (PDF) . Четвертичная геохронология . 64 : 101155. doi : 10.1016/j.quageo.2021.101155 . S2CID 233883788 .
^ Аластер Ки; и др. (22 июня 2022 г.). «О самом раннем ашельском периоде в Британии: первые даты и артефакты на месте с территории MIS 15 в Фордвиче (Кент, Великобритания)» . Королевское общество открытой науки . 9 (6): 211904. дои : 10.1098/rsos.211904 . ПМЦ 9214292 . ПМИД 35754990 .
^ Джейсон Арунн Муругесу (22 июня 2022 г.). «Самые ранние ручные топоры Великобритании были изготовлены древними людьми 560 000 лет назад» . Новый учёный .

[Tykva-1] Jump up to: ^а ^б Тыква, Ричард; Саболь, Йозеф (1995). Низкая радиоактивность окружающей среды: источники и оценка . ЦРК Пресс. стр. 88–89. ISBN 1566761891 .

[2] «Отчет об опыте Аполлона - защита от радиации» (PDF) . НАСА . Проверено 9 декабря 2011 года .

[3] Мадхав Кришна Мурария; и др. (июнь 2021 г.). «Инфракрасно-радиофлуоресцентное (ИК-РФ) датирование: обзор» (PDF) . Четвертичная геохронология . 64 : 101155. doi : 10.1016/j.quageo.2021.101155 . S2CID 233883788 .

[4] Аластер Ки; и др. (22 июня 2022 г.). «О самом раннем ашельском периоде в Британии: первые даты и артефакты на месте с территории MIS 15 в Фордвиче (Кент, Великобритания)» . Королевское общество открытой науки . 9 (6): 211904. дои : 10.1098/rsos.211904 . ПМЦ 9214292 . ПМИД 35754990 .

[5] Джейсон Арунн Муругесу (22 июня 2022 г.). «Самые ранние ручные топоры Великобритании были изготовлены древними людьми 560 000 лет назад» . Новый учёный .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]