La radioluminiscencia con tritio es el uso de tritio gaseoso, un isótopo radiactivo del hidrógeno , para crear luz visible. El tritio emite electrones a través de la desintegración beta y, cuando interactúan con un material de fósforo, se emite luz a través del proceso de fosforescencia . El proceso general de usar 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, ha encontrado un amplio uso 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 degradarán la visión nocturna humana. Las miras de armas para uso nocturno y las luces pequeñas (que deben ser más confiables que las luces alimentadas por batería, pero no interferir con la visión nocturna o ser lo suficientemente brillantes como para revelar fácilmente la ubicación de uno) utilizadas principalmente por el personal militar caen dentro de la 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 realiza mediante tubos de vidrio con una capa de fósforo en su interior y gas tritio en su interior. Este tipo de tubo se conoce como "fuente de luz de tritio gaseoso" (GTLS), o luz beta (ya que el tritio sufre una desintegración beta ) o lámpara de tritio.
El tritio en una fuente de luz de tritio gaseoso sufre una desintegración beta (β), liberando electrones que hacen que la capa de fósforo se vuelva fosforescente . [2]
Durante la fabricación, se rellena con tritio un tubo de vidrio de borosilicato que tiene la superficie interna recubierta con un material que contiene fósforo . Luego, el tubo se sella a la longitud deseada utilizando un láser de dióxido de carbono . El borosilicato es el material preferido por su resistencia y resistencia a la rotura. En el tubo, el tritio emite un flujo constante de electrones debido a la desintegración β. Estas partículas excitan el fósforo, lo que hace que emita un brillo tenue y constante.
El tritio no es el único material que se puede utilizar para la iluminación autoalimentada. El radio se utilizó para fabricar pintura autoluminiscente desde principios 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 su disponibilidad comercial. [3]
Se pueden utilizar diversas preparaciones del compuesto de fósforo para producir diferentes colores de luz. Por ejemplo, dopar el fósforo de sulfuro de cinc 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, el rojo, el azul, el amarillo, el violeta, el naranja y el blanco.
Los GTLS que se utilizan 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 promedio de estos GTLS tiene una vida útil de 10 a 20 años. La tasa de emisiones β disminuye a la mitad en cada vida media (12,32 años). Además, la degradación del fósforo hará que el brillo de un tubo de tritio disminuya 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 vida útil de 10, 15 o 20 años. [5] La diferencia entre las señales 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/m2 [ 6] y el rojo parece 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/m2 [ 7] . Los tamaños varían desde tubos diminutos lo suficientemente pequeños como para caber en la manecilla de un reloj hasta los del tamaño de un lápiz. Los tubos grandes (de 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 de tamaño 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 usa principalmente en llaveros disponibles comercialmente. [ cita requerida ]
Estas fuentes de luz se suelen considerar como iluminación "permanente" para las manecillas de los relojes de pulsera destinados al buceo, al uso nocturno o en combate. También se utilizan en llaveros luminosos novedosos y en señales de salida autoiluminadas . Los militares las prefieren para aplicaciones en las que puede no haber una fuente de energía disponible, como para diales de instrumentos en aeronaves, brújulas y miras para armas. En el caso de las fuentes de luz de tritio sólido, el tritio reemplaza algunos de los átomos de hidrógeno en la pintura, que también contiene un fósforo como el sulfuro de zinc.
Las linternas de tritio o linternas beta se usaban antiguamente [ ¿cuándo? ] en señuelos de pesca. Algunas linternas tienen ranuras para ampollas de tritio, de modo que la linterna se pueda localizar 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 , contiene una pequeña cantidad de tritio para 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 de larga duración (varios años) y sin pilas que es visible en condiciones de poca luz. Sin embargo, el brillo del tritio no se nota en condiciones brillantes como durante el día; en consecuencia, algunos fabricantes han comenzado a integrar miras de fibra óptica con viales de tritio para proporcionar miras para armas de fuego brillantes y de alto contraste tanto en condiciones brillantes como en condiciones de poca luz.
Aunque estos dispositivos contienen una sustancia radiactiva, actualmente se cree que la iluminación autónoma no plantea un problema de salud significativo. Un informe de 2007 del Grupo Asesor sobre Radiación Ionizante 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 normalmente tienen la forma de un tubo de vidrio luminoso incrustado en un bloque grueso de plástico transparente, evitan que el usuario se exponga al tritio a menos que se rompa el dispositivo.
El tritio no presenta ninguna amenaza de radiación beta externa cuando se encapsula en contenedores no permeables al hidrógeno debido a su baja profundidad de penetración, que es demasiado corta para penetrar la piel humana intacta. Sin embargo, los dispositivos GTLS emiten bajos niveles de rayos X debido a la radiación de frenado . [9] Según un informe de la OCDE , [10] cualquier radiación externa de un dispositivo de luz de tritio gaseoso se debe únicamente a la radiación de frenado, generalmente en el rango de 8 a 14 keV. La tasa de dosis de radiación de frenado no se puede calcular solo 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 cilíndrico desnudo GTLS construido con vidrio de 0,1 mm de espesor que tiene 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 un 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 milirad por hora por curie. La tasa de dosis medida a 10 mm de distancia sería dos órdenes de magnitud menor que la tasa de dosis superficial medida. Dado que el espesor de la mitad del valor 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, se ingiere, se inyecta o se absorbe en el cuerpo. Esto da como resultado la absorción de la radiación emitida en una pequeña región del cuerpo, nuevamente debido a la baja profundidad de penetración. La semivida biológica del tritio (el tiempo que tarda en expulsarse del cuerpo la mitad de la dosis ingerida) es baja, solo 12 días. La excreción de tritio se puede acelerar aún más aumentando la ingesta de agua a 3-4 litros/día. [11] La exposición directa y de corto plazo a pequeñas cantidades de tritio es en su mayoría inofensiva. Si se rompe un tubo de tritio, se debe abandonar el área y dejar que el gas se difunda en el aire. El tritio existe de forma natural en el medio ambiente, pero en cantidades muy pequeñas.
Los productos que contienen tritio están controlados por ley porque el tritio se utiliza en armas de fisión potenciada y armas termonucleares (aunque en cantidades miles de veces mayores que las que se encuentran en un llavero). En los EE. UU., los dispositivos como señales de salida autoluminiscentes, 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 las Partes 30, 32 y 110 del Título 10 del CFR. 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 minoristas de los Estados Unidos. [ cita requerida ]
Se venden y utilizan fácilmente en el Reino Unido y los EE. UU. Están regulados en Inglaterra y Gales por los departamentos de salud ambiental de los consejos locales. [ cita requerida ] 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]