Radioluminiscencia de tritio

La radioluminiscencia del tritio consiste en el uso de tritio gaseoso , un isótopo radiactivo del hidrógeno , para generar luz visible. El tritio emite electrones mediante desintegración beta y, al interactuar con un material fosforescente, se emite luz a través del proceso de fosforescencia . El proceso general de utilizar un material radiactivo para excitar un fósforo y, finalmente, generar luz, se denomina radioluminiscencia . Dado que 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 y fiables de luz de baja intensidad que no afectan la visión nocturna. Las miras de armas para uso nocturno y las pequeñas linternas 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 autoluminiscentes, 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 en su interior y gas tritio en su interior. Este tipo de tubo se conoce como "fuente de luz de tritio gaseoso" (GTLS, por sus siglas en inglés), 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 (β), liberando electrones que hacen que la capa de fósforo fosfore . ^{[ 2 ]}

Durante el proceso de fabricación, se rellena con tritio un tubo de vidrio de borosilicato cuya superficie interna está recubierta con un material fosforescente . A continuación, el tubo se sella a la longitud deseada mediante un láser de dióxido de carbono . Se prefiere el borosilicato por su resistencia y durabilidad. Dentro del tubo, el tritio emite un flujo constante de electrones debido a la desintegración beta. Estas partículas excitan el fósforo, provocando 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 que se utiliza actualmente en fuentes de luz radioluminiscentes debido a su baja toxicidad radiológica y su disponibilidad comercial. ^{[ 3 ]}

Se pueden utilizar diversas preparaciones del compuesto fosforescente para producir distintos colores de luz. Por ejemplo, al dopar el fósforo de sulfuro de zinc con diferentes metales, se puede modificar 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 morado, el naranja y el blanco.

Los GTLS utilizados en los relojes emiten una pequeña cantidad de luz: no la suficiente para ser vista a la luz del día, pero sí visible en la oscuridad desde una distancia de varios metros. El GTLS promedio tiene una vida útil de 10 a 20 años. La tasa de emisiones β disminuye a la mitad en cada vida media (12,33 años). Además, la degradación del fósforo hará que el brillo de un tubo de tritio disminuya en más de la mitad en ese período. Cuanto más tritio se coloca inicialmente en el tubo, más brillante es inicialmente y más larga es su vida útil. Las señales de salida de tritio generalmente vienen en tres niveles de brillo garantizados para una vida útil esperada 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 aparece como el menos brillante. En 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 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 el alto costo del tritio; este tamaño más pequeño suele ser el más brillante y se utiliza principalmente en llaveros disponibles comercialmente.

Estas fuentes de luz se utilizan con mayor frecuencia como iluminación permanente para las manecillas de relojes de pulsera destinados al buceo, uso nocturno o en combate. También se emplean en llaveros luminosos y en señales de salida autoiluminadas . Son las preferidas por las fuerzas armadas para aplicaciones donde no se dispone de una fuente de alimentación, como en las esferas de los instrumentos de las aeronaves, brújulas y miras de armas. En el caso de las fuentes de luz de tritio sólido, el tritio sustituye algunos de los átomos de hidrógeno de la pintura, que también contiene un fósforo como el sulfuro de zinc.

Las luces de tritio o luces beta se usaban antiguamente en señuelos de pesca. Algunas linternas tienen ranuras para viales de tritio, lo que facilita su localización 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 lograr el mismo efecto que en un ejemplo de su uso en una mira de rifle. Los electrones emitidos por la desintegración radiactiva del tritio hacen que el fósforo brille, proporcionando así una mira de larga duración (varios años) y sin necesidad de baterías, visible en condiciones de poca luz. Sin embargo, el brillo del tritio no es perceptible en condiciones de mucha luz, como durante el día; por consiguiente, algunos fabricantes han comenzado a integrar miras de fibra óptica con viales de tritio para proporcionar miras brillantes y de alto contraste tanto en condiciones de mucha luz como de poca luz.

Además de su uso generalizado en esferas de relojes y miras de armas, el tritio también ha encontrado aplicaciones específicas en la industria de la joyería. Sus propiedades autoiluminadas le permiten brillar continuamente durante años sin necesidad de una fuente de alimentación externa, lo que lo hace ideal para anillos y otros accesorios que brillan en la oscuridad. Estas piezas son especialmente apreciadas en contextos donde se busca tanto estética como visibilidad en condiciones de poca luz.

Aunque estos dispositivos contienen una sustancia radiactiva, actualmente se cree que la iluminación autoalimentada no supone un riesgo significativo para la salud. 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 duplicaban los establecidos previamente por la Comisión Internacional de Protección Radiológica , ^{[ 8 ]} pero los dispositivos de iluminación de tritio encapsulados, que suelen tener la forma de un tubo de vidrio luminoso incrustado en un grueso bloque de plástico transparente, impiden que el usuario se exponga al tritio a menos que el dispositivo se rompa.

El tritio no presenta ninguna amenaza de radiación beta externa cuando está encapsulado 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 bremsstrahlung . ^{[ 9 ]} Según un informe de la OCDE , ^{[ 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 a partir de las propiedades del tritio solamente, ya que la tasa de dosis y la energía efectiva dependen de la forma de contención. Un vial cilíndrico desnudo GTLS construido de  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  vidrio de 1 mm de espesor y se recubriera con 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 semirreducción de  la radiación de fotones de 10 keV en 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 resulta en la absorción de la radiación emitida en una pequeña región del cuerpo, nuevamente 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 solo 12  días. La excreción de tritio puede acelerarse aún más aumentando la ingesta de agua a 3-4  litros/día. ^{[ 11 ]} La exposición directa y a 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 permitir 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 regulados por ley, ya que este elemento se utiliza en armas de fisión potenciada y armas termonucleares (aunque en cantidades miles de veces mayores que las de un llavero). En Estados Unidos, dispositivos como señales de salida autoluminiscentes, indicadores, relojes de pulsera, etc., que contienen pequeñas cantidades de tritio, están bajo la jurisdicción de la Comisión Reguladora Nuclear y se rigen por las normas de posesión, distribución, importación y exportación establecidas en las Partes 30, 32 y 110 del Título 10 del Código de Regulaciones Federales ( 10 CFR) . Asimismo, están sujetos a regulaciones sobre su posesión, uso y eliminación en ciertos estados. Los productos luminosos que contienen más tritio del necesario para un reloj de pulsera no se encuentran fácilmente disponibles en tiendas minoristas de Estados Unidos.

Los productos de tritio se venden y utilizan con frecuencia en el Reino Unido y Estados Unidos. En Inglaterra y Gales, están regulados por los departamentos de salud ambiental de los ayuntamientos. En Australia, los productos que contienen tritio están exentos de licencia si contienen menos de ^{1 × 10⁶} becquerelios por gramo ( 2,7 × 10⁻⁵ Ci / g ) de tritio y tienen una actividad total inferior a 1 × 10⁹ ^becquerelios (0,027 Ci) , excepto en dispositivos de seguridad, donde el límite es de ⁷⁴ × 10⁹ becquerelios ⁽ 2,0 Ci) de actividad total. ^{[ 12 ]}   

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