La radioluminiscencia es el fenómeno por el cual se produce luz en un material mediante el bombardeo con radiaciones ionizantes como partículas alfa , partículas beta o rayos gamma . La radioluminiscencia se utiliza como fuente de luz de bajo nivel para la iluminación nocturna de instrumentos o señalización. Ocasionalmente se utiliza pintura radioluminiscente para las manecillas de los relojes y las esferas de los instrumentos, lo que permite leerlos en la oscuridad. A veces también se observa radioluminiscencia alrededor de fuentes de radiación de alta potencia, como reactores nucleares y radioisótopos .
La radioluminiscencia ocurre cuando una partícula entrante de radiación ionizante choca con un átomo o molécula, excitando un electrón orbital a un nivel de energía más alto. La partícula suele proceder de la desintegración radiactiva de un átomo de un radioisótopo , isótopo de un elemento que es radiactivo. Luego, el electrón regresa a su nivel de energía fundamental emitiendo la energía extra en forma de fotón de luz. Una sustancia química que libera luz de un color particular cuando es impactada por radiación ionizante se llama fósforo . Las fuentes de luz radioluminiscentes suelen consistir en una sustancia radiactiva mezclada con un fósforo o cerca de él.
Desde que se descubrió la radiactividad a principios del siglo XX, la principal aplicación de la radioluminiscencia ha sido la pintura radioluminiscente , utilizada en esferas de relojes y brújulas , miras de armas , caras de instrumentos de vuelo de aviones y otros instrumentos, lo que permite verlos en la oscuridad. La pintura radioluminiscente consiste en una mezcla de una sustancia química que contiene un radioisótopo con una sustancia química radioluminiscente ( fósforo ). La continua desintegración radiactiva de los átomos del isótopo libera partículas de radiación que golpean las moléculas de fósforo, provocando que emitan luz. El constante bombardeo de partículas radiactivas provoca la degradación química de muchos tipos de fósforo, por lo que las pinturas radioluminiscentes pierden parte de su luminosidad durante su vida útil.
También se pueden utilizar materiales radioluminiscentes en la construcción de una batería nuclear optoeléctrica , un tipo de generador de radioisótopos en el que la energía nuclear se convierte en luz.
El primer uso de la radioluminiscencia fue en pinturas luminosas que contenían radio , un radioisótopo natural . A partir de 1908, se utilizó pintura luminosa que contenía una mezcla de radio y sulfuro de zinc dopado con cobre para pintar las esferas de los relojes y las esferas de los instrumentos, dando un brillo verdoso. Los fósforos que contienen sulfuro de zinc dopado con cobre (ZnS:Cu) producen luz azul verdosa; También se utilizan sulfuro de zinc dopado con cobre y manganeso ( ZnS:Cu,Mn ), que produce una luz de color amarillo anaranjado. La pintura luminiscente a base de radio ya no se utiliza debido al peligro de radiación que representa para las personas que fabrican las esferas. Estos fósforos no son adecuados para su uso en capas superiores a 25 mg/cm2 , ya que entonces la autoabsorción de la luz se convierte en un problema. El sulfuro de zinc sufre una degradación de su estructura de red cristalina, lo que lleva a una pérdida gradual de brillo mucho más rápida que el agotamiento del radio.
Ernest Rutherford utilizó pantallas de espintariscopio recubiertas de ZnS:Ag en sus experimentos para descubrir el núcleo atómico .
El radio se utilizó en pintura luminosa hasta la década de 1960, cuando fue reemplazado por los otros radioisótopos mencionados anteriormente debido a problemas de salud. [1] Además de las partículas alfa y beta , el radio emite rayos gamma penetrantes , que pueden atravesar el metal y el cristal de la esfera de un reloj y la piel. La esfera típica de un reloj de pulsera de radio antiguo tiene una radiactividad de 3 a 10 kBq y podría exponer a su usuario a una dosis anual de 24 milisieverts si se usa continuamente. [1] Otro peligro para la salud es su producto de desintegración, el gas radiactivo radón , que constituye un riesgo importante incluso en concentraciones extremadamente bajas cuando se inhala. La larga vida media del radio, de 1600 años, significa que las superficies recubiertas con pintura con radio, como las esferas y las manecillas de los relojes, siguen siendo un peligro para la salud mucho después de que termina su vida útil. Todavía hay millones de esferas luminosas de radio para relojes, brújulas y instrumentos de aviación de propiedad del público. El caso de las " Radium Girls ", trabajadoras de las fábricas de relojes a principios de la década de 1920 que pintaban las esferas de los relojes con pintura de radio y luego contrajeron un cáncer mortal al ingerir radio cuando apuntaban sus cepillos con los labios, aumentó la conciencia pública sobre los peligros de los materiales radioluminiscentes. y radiactividad en general.
En la segunda mitad del siglo XX, el radio fue sustituido progresivamente por pinturas que contenían prometio -147. El prometio es un emisor beta de baja energía que, a diferencia de los emisores alfa como el radio, no degrada la red de fósforo, por lo que la luminosidad del material no se degradará tan rápidamente. Tampoco emite los penetrantes rayos gamma que emite el radio. La vida media del 147 Pm es de sólo 2,62 años, por lo que en una década la radiactividad de un dial de prometio disminuirá a sólo 1/16 de su valor original, lo que hará que su eliminación sea más segura, en comparación con el radio con su vida media de 1600. años. Esta corta vida media significó que la luminosidad de las esferas de prometio también se redujera a la mitad cada 2,62 años, lo que les dio una vida útil corta, lo que llevó a la sustitución del prometio por tritio.
Se utilizó pintura a base de prometio para iluminar las puntas de los interruptores eléctricos del módulo lunar Apollo y se pintó en los paneles de control del vehículo itinerante lunar . [2]
La última generación de materiales radioluminiscentes se basa en el tritio , un isótopo radiactivo del hidrógeno con una vida media de 12,32 años que emite radiación beta de muy baja energía. Se utiliza en esferas de relojes de pulsera , miras de armas y señales de salida de emergencia . El gas tritio está contenido en un pequeño tubo de vidrio, recubierto por dentro con fósforo . Las partículas beta emitidas por el tritio golpean la capa de fósforo y hacen que ésta emita fluorescencia , emitiendo luz, generalmente de color amarillo verdoso.
El tritio se utiliza porque se cree que representa una amenaza insignificante para la salud humana, en contraste con la fuente radioluminiscente anterior, el radio, que resultó ser un peligro radiológico importante. Las partículas beta de baja energía de 5,7 keV emitidas por el tritio no pueden atravesar el tubo de vidrio que lo encierra. Incluso si pudieran, no son capaces de penetrar la piel humana. El tritio sólo es una amenaza para la salud si se ingiere o se inhala. Dado que el tritio es un gas, si un tubo de tritio se rompe, el gas se disipa en el aire y se diluye hasta alcanzar concentraciones seguras. El tritio tiene una vida media de 12,32 años, por lo que el brillo de una fuente de luz de tritio disminuirá a la mitad de su valor inicial en ese tiempo.
La radiofluorescencia infrarroja (a veces escrita como radiofluorescencia) es una técnica de datación que implica la señal de luminiscencia infrarroja (~ 880 nm) de la ortoclasa procedente de la exposición a radiación ionizante . [3] Puede revelar la última hora de exposición de los sedimentos a la luz del día, por ejemplo, una capa de arena expuesta a la luz antes de su deposición. [4] [5]