La radioluminiscencia de tritio es el uso de tritio gaseoso, un isótopo radiactivo del hidrógeno , para crear luz visible. El tritio emite electrones mediante desintegración beta y, cuando interactúan con un material de fósforo, se emite luz mediante el proceso de fosforescencia . El proceso general de utilizar un material radiactivo para excitar un fósforo y, en última instancia, generar luz se llama radioluminiscencia . Como la iluminación con tritio no requiere energía eléctrica, se ha utilizado ampliamente en aplicaciones como señales de salida de emergencia , iluminación de relojes de pulsera y fuentes portátiles pero muy confiables de luz de baja intensidad que no degradan la visión nocturna humana. Las miras de armas para uso nocturno y las luces pequeñas (que deben ser más confiables que las luces que funcionan con baterías, pero que no interfieren con la visión nocturna ni deben ser lo suficientemente brillantes como para revelar fácilmente la ubicación de uno) utilizadas principalmente por personal militar se incluyen en esta última aplicación.
En 1953 se descubrió que el tritio era una fuente de energía ideal para compuestos autoluminosos y la idea fue patentada por Edward Shapiro el 29 de octubre de 1953, en los EE. UU. (2749251 – Fuente de luminosidad). [1]
La iluminación con tritio se fabrica utilizando tubos de vidrio con una capa de fósforo y gas tritio en el interior del tubo. Un tubo de este tipo se conoce como "fuente de luz de tritio gaseoso" (GTLS), o luz beta (ya que el tritio sufre desintegración beta ), o lámpara de tritio.
El tritio en una fuente de luz de tritio gaseoso sufre desintegración beta , liberando electrones que hacen que la capa de fósforo fosforeszca . [2]
Durante la fabricación, un tramo de tubo de vidrio de borosilicato cuya superficie interna ha sido recubierta con un material que contiene fósforo se llena con tritio radiactivo. Luego se sella el tubo a la longitud deseada utilizando un láser de dióxido de carbono . Se prefiere el borosilicato por su fuerza y resistencia a la rotura. En el tubo, el tritio emite una corriente constante de electrones debido a la desintegración beta. Estas partículas excitan el fósforo, provocando que emita un brillo bajo y constante.
El tritio no es el único material que se puede utilizar para la iluminación autoalimentada. El radio se utilizó para fabricar pintura autoluminosa desde los primeros años del siglo XX hasta aproximadamente 1970. El prometio reemplazó brevemente al radio como fuente de radiación. El tritio es la única fuente de radiación utilizada en fuentes de luz radioluminiscentes en la actualidad debido a su baja toxicidad radiológica y disponibilidad comercial. [3]
Se pueden utilizar varias preparaciones del compuesto de fósforo para producir diferentes colores de luz. Por ejemplo, dopar fósforo de sulfuro de zinc con diferentes metales puede cambiar la longitud de onda de emisión. [4] Algunos de los colores que se han fabricado además de los fósforos comunes son el verde, rojo, azul, amarillo, morado, naranja y blanco.
Los GTLS utilizados en los relojes emiten una pequeña cantidad de luz: no la suficiente para ser vistos a la luz del día, pero sí visibles en la oscuridad desde una distancia de varios metros. El GTLS promedio tiene una vida útil de 10 a 20 años. Al ser un isótopo inestable con una vida media de 12,32 años, la tasa de emisiones beta disminuye a la mitad en ese periodo. Además, la degradación del fósforo hará que el brillo de un tubo de tritio se reduzca a más de la mitad en ese período. Cuanto más tritio se coloque inicialmente en el tubo, más brillante será al principio y más larga será su vida útil. Las señales de salida de tritio suelen venir en tres niveles de brillo garantizados para una esperanza de vida útil de 10, 15 o 20 años. [5] La diferencia entre los signos es la cantidad de tritio que instala el fabricante.
La luz producida por los GTLS varía en color y tamaño. El verde suele aparecer como el color más brillante con un brillo de hasta 2 cd/m 2 [6] y el rojo aparece como el menos brillante. A modo de comparación, la mayoría de las pantallas de cristal líquido de escritorio para consumidores tienen luminancias de 200 a 300 cd/m 2 . [7] Los tamaños varían desde pequeños tubos lo suficientemente pequeños como para caber en la manecilla de un reloj hasta otros del tamaño de un lápiz. Los tubos grandes (5 mm de diámetro y hasta 100 mm de largo) generalmente solo se encuentran en verde y, sorprendentemente, pueden no ser tan brillantes como el tritio estándar de 22,5 mm × 3 mm, esto se debe a la menor concentración y al alto costo del tritio. ; este tamaño más pequeño suele ser el más brillante y se utiliza principalmente en llaveros disponibles comercialmente. [ cita necesaria ]
Estas fuentes de luz se consideran con mayor frecuencia como iluminación "permanente" para las manecillas de los relojes de pulsera destinados al buceo, la noche o el combate. También se utilizan en llaveros luminosos y en señales de salida autoiluminadas . Los militares los prefieren para aplicaciones en las que es posible que no haya una fuente de energía disponible, como diales de instrumentos en aviones, brújulas y miras para armas. En el caso de las fuentes de luz sólidas de tritio, el tritio reemplaza algunos de los átomos de hidrógeno en la pintura, que también contiene fósforo como el sulfuro de zinc.
Las luces de tritio o luces beta eran antiguamente [ ¿cuándo? ] utilizado en señuelos de pesca. Algunas linternas tienen ranuras para viales de tritio , de modo que se pueda ubicar fácilmente en la oscuridad.
El tritio se utiliza para iluminar las miras de hierro de algunas armas pequeñas. La retícula de la mira óptica SUSAT del SA80 , así como la mira telescópica LPS 4x6° TIP2 de un rifle PSL , contienen una pequeña cantidad de tritio para lograr el mismo efecto que un ejemplo de uso de tritio en una mira de rifle. Los electrones emitidos por la desintegración radiactiva del tritio hacen que el fósforo brille, proporcionando así una mira para armas de fuego duradera (varios años) que no funciona con baterías y que es visible en condiciones de poca luz. Sin embargo, el brillo del tritio no se nota en condiciones de mucha luz, como durante el día; en consecuencia, algunos fabricantes han comenzado a integrar miras de fibra óptica con viales de tritio para proporcionar miras de armas de fuego brillantes y de alto contraste tanto en condiciones de iluminación como de oscuridad.
Aunque estos dispositivos contienen una sustancia radiactiva, actualmente se cree que la iluminación autoalimentada no representa un problema de salud importante. Un informe de 2007 del Grupo Asesor sobre Radiaciones Ionizantes de la Agencia de Protección de la Salud del gobierno del Reino Unido declaró que los riesgos para la salud de la exposición al tritio eran el doble de los establecidos previamente por la Comisión Internacional de Protección Radiológica , [8] pero los dispositivos de iluminación de tritio encapsulados, que generalmente toman la forma de un tubo de vidrio luminoso incrustado en un bloque grueso de plástico transparente, evita que el usuario quede expuesto al tritio a menos que el dispositivo se rompa.
El tritio no presenta ninguna amenaza de radiación beta externa cuando se encapsula en recipientes no permeables al hidrógeno debido a su baja profundidad de penetración, que es insuficiente para penetrar la piel humana intacta. Sin embargo, los dispositivos GTLS emiten niveles bajos de rayos X debido a la bremsstrahlung . [9] Según un informe de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos , [10] cualquier radiación externa de un dispositivo de luz de tritio gaseoso se debe únicamente a la bremsstrahlung, generalmente en el rango de 8 a 14 keV. La tasa de dosis de bremsstrahlung no se puede calcular únicamente a partir de las propiedades del tritio, ya que la tasa de dosis y la energía efectiva dependen de la forma de contención. Un vial GTLS cilíndrico desnudo construido con vidrio de 0,1 mm de espesor, 10 mm de largo y 0,5 mm de diámetro producirá una tasa de dosis superficial de 100 milirads por hora por curie. Si el mismo vial se construyera con vidrio de 1 mm de espesor y se encerrara en una cubierta de plástico de 2 a 3 mm de espesor, el GTLS produciría una tasa de dosis superficial de 1 milrad por hora por curie. La tasa de dosis medida desde una distancia de 10 mm será dos órdenes de magnitud menor que la tasa de dosis medida en la superficie. Dado que el espesor del valor medio de la radiación de fotones de 10 keV en el agua es de aproximadamente 1,4 mm, la atenuación proporcionada por el tejido que recubre los órganos hematopoyéticos es considerable.
El principal peligro del tritio surge si se inhala, ingiere, inyecta o absorbe en el cuerpo. Esto da como resultado la absorción de la radiación emitida en una región relativamente pequeña del cuerpo, también debido a la baja profundidad de penetración. La vida media biológica del tritio (el tiempo que tarda la mitad de una dosis ingerida en ser expulsada del cuerpo) es baja, de sólo 12 días. La excreción de tritio se puede acelerar aún más aumentando la ingesta de agua a 3 a 4 litros/día. [11] La exposición directa y a corto plazo a pequeñas cantidades de tritio es en su mayoría inofensiva. Si un tubo de tritio se rompe, se debe abandonar el área y permitir que el gas se difunda en el aire. El tritio existe de forma natural en el medio ambiente, pero en cantidades muy pequeñas.
Debido a que el tritio se utiliza en armas de fisión reforzada y armas termonucleares (aunque en cantidades varios miles de veces mayores que las de un llavero), los dispositivos de consumo y de seguridad que contienen tritio para su uso en los Estados Unidos están sujetos a cierta posesión, reventa, eliminación y uso. restricciones. En los EE. UU., dispositivos como señales de salida autoluminosas, medidores, relojes de pulsera, etc. que contienen pequeñas cantidades de tritio están bajo la jurisdicción de la Comisión Reguladora Nuclear y están sujetos a las regulaciones de posesión, distribución e importación y exportación que se encuentran en 10 CFR Partes, 30, 32 y 110. También están sujetos a regulaciones de posesión, uso y eliminación en ciertos estados. Los productos luminosos que contienen más tritio del necesario para un reloj de pulsera no están ampliamente disponibles en los puntos de venta minorista de los Estados Unidos. [ cita necesaria ]
Se venden y utilizan fácilmente en el Reino Unido y Estados Unidos. En Inglaterra y Gales están regulados por los departamentos de salud ambiental de los ayuntamientos. [ cita necesaria ] En Australia, los productos que contienen tritio están exentos de licencia si contienen menos de 1 × 10 6 becquerelios por gramo (2,7 × 10 −5 Ci /g) de tritio y tienen una actividad total de menos de 1 × 10 9 becquerelios (0,027 Ci), excepto en dispositivos de seguridad donde el límite es 74 × 10 9 becquerelios (2,0 Ci) de actividad total. [12]