La radioluminiscencia es el fenómeno por el cual se produce luz en un material al bombardearlo con radiación ionizante , 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. En ocasiones, se utiliza pintura radioluminiscente para las manecillas de los relojes y los diales de los instrumentos, lo que permite leerlos en la oscuridad. La radioluminiscencia también se observa a veces alrededor de fuentes de radiación de alta potencia, como reactores nucleares y radioisótopos .
La radioluminiscencia se produce cuando una partícula de radiación ionizante choca con un átomo o molécula, lo que hace que un electrón orbital se desplace a un nivel de energía superior. La partícula suele proceder de la desintegración radiactiva de un átomo de un radioisótopo , un isótopo de un elemento que es radiactivo. A continuación, el electrón vuelve a su nivel de energía fundamental emitiendo la energía adicional en forma de fotón de luz. Una sustancia química que libera luz de un color determinado cuando es alcanzada por la radiación ionizante se denomina fósforo . Las fuentes de luz radioluminiscente suelen estar formadas por una sustancia radiactiva mezclada con un fósforo o en proximidad a él.
Desde que se descubrió la radiactividad a principios del siglo XX, la principal aplicación de la radioluminiscencia ha sido en la pintura radioluminiscente , utilizada en diales de relojes y brújulas , miras de armas , carátulas de instrumentos de vuelo de aeronaves 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 desintegración radiactiva continua de los átomos del isótopo libera partículas de radiación que golpean las moléculas del fósforo, haciendo que emitan luz. El bombardeo constante de partículas radiactivas provoca la descomposición química de muchos tipos de fósforo, por lo que las pinturas radioluminiscentes pierden parte de su luminosidad durante su vida útil.
Los materiales radioluminiscentes también pueden utilizarse 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 la pintura luminosa que contenía radio , un radioisótopo natural . A partir de 1908, se utilizó pintura luminosa que contenía una mezcla de radio y sulfuro de cinc dopado con cobre para pintar esferas de relojes y diales de instrumentos, dando un brillo verdoso. Los fósforos que contienen sulfuro de cinc dopado con cobre (ZnS:Cu) producen luz azul-verde; también se utilizan sulfuro de cinc dopado con cobre y manganeso ( ZnS:Cu,Mn ), que produce luz amarillo-naranja. La pintura luminiscente a base de radio ya no se utiliza debido al peligro de radiación que supone para las personas que fabrican los diales. Estos fósforos no son adecuados para su uso en capas más gruesas de 25 mg/cm 2 , ya que la autoabsorción de la luz se convierte en un problema. El sulfuro de cinc sufre una degradación de su estructura reticular cristalina, lo que lleva a una pérdida gradual de brillo significativamente 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 partículas alfa y beta , el radio emite rayos gamma penetrantes , que pueden atravesar el metal y el vidrio de la esfera de un reloj y la piel. Una esfera de reloj de pulsera de radio típica y antigua tiene una radiactividad de 3 a 10 kBq y podría exponer a su portador 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 significativo incluso en concentraciones extremadamente bajas cuando se inhala. La larga vida media del radio de 1600 años significa que las superficies recubiertas con pintura de radio, como las esferas y las manecillas de los relojes, siguen siendo un peligro para la salud mucho después de que termine su vida útil. Todavía hay millones de esferas luminosas de radio para relojes, relojes de pulsera y brújulas y esferas de instrumentos de aviación en propiedad del público. El caso de las " Radium Girls ", trabajadoras de fábricas de relojes a principios de la década de 1920 que pintaban las esferas de los relojes con pintura de radio y más tarde contrajeron un cáncer mortal al ingerir radio cuando apuntaban sus pinceles con los labios, aumentó la conciencia pública sobre los peligros de los materiales radioluminiscentes y la radiactividad en general.
En la segunda mitad del siglo XX, el radio fue reemplazado progresivamente por pintura que contenía 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 rayos gamma penetrantes que sí emite el radio. La vida media de 147 Pm es de solo 2,62 años, por lo que en una década la radiactividad de una esfera de prometio disminuirá a solo 1/16 de su valor original, lo que lo hace más seguro de desechar, 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 redujo a la mitad cada 2,62 años, lo que les dio una vida útil corta, lo que llevó a la sustitución del prometio por el tritio.
Se utilizó pintura a base de prometio para iluminar las puntas de los interruptores eléctricos del módulo lunar Apolo y se pintó en los paneles de control del vehículo lunar itinerante . [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 con un fósforo en el interior. Las partículas beta emitidas por el tritio golpean el revestimiento de fósforo y lo hacen fluorescente , emitiendo luz, generalmente de color amarillo verdoso.
El tritio se utiliza porque se cree que supone una amenaza insignificante para la salud humana, a diferencia de la fuente radioluminiscente anterior, el radio, que resultó ser un peligro radiológico significativo. 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 podrían penetrar la piel humana. El tritio solo supone una amenaza para la salud si se ingiere o se inhala. Como el tritio es un gas, si se rompe un tubo de tritio, el gas se disipa en el aire y se diluye a 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 a partir de la exposición a la radiación ionizante . [3] Puede revelar el último momento de exposición a la luz del día de los sedimentos, por ejemplo, una capa de arena expuesta a la luz antes de la deposición. [4] [5]