トリチウム放射​​発光

トリチウム放射​​発光は、水素の放射性同位体である気体トリチウムを使用して可視光を生成することです。トリチウムはベータ崩壊によって電子を放出し、それが蛍光体材料と相互作用すると、リン光プロセスによって光が放出されます。放射性物質を使用して蛍光体を励起し、最終的に光を生成する全体的なプロセスを放射発光と呼びます。トリチウム照明は電気エネルギーを必要としないため、非常口標識、腕時計の照明、人間の夜間視力を低下させない低強度の光源でありながら非常に信頼性の高いポータブル光源などの用途に広く使用されています。主に軍人が使用する夜間用の照準器や小型ライト（電池式のライトよりも信頼性が高く、夜間視力を妨げず、簡単に位置がわかるほど明るくないことが求められる）は、後者の用途に該当します。

1953年にトリチウムが自己発光化合物の理想的なエネルギー源であることが発見され、そのアイデアは1953年10月29日にエドワード・シャピロによって米国で特許を取得しました（2749251 – 光源）。^[1]

トリチウム照明は、蛍光体層が入ったガラス管と、管内のトリチウムガスを使用して作られます。このような管は、「ガストリチウム光源」(GTLS)、またはベータ光(トリチウムはベータ崩壊するため)、あるいはトリチウムランプとして知られています。

気体トリチウム光源中のトリチウムはベータ（β）崩壊を起こし、電子を放出して蛍光体層を発光させる。^[2]

製造中、内部表面が蛍光体含有材料でコーティングされたホウケイ酸ガラス管にトリチウムが充填されます。次に、二酸化炭素レーザーを使用して、管を必要な長さで密封します。ホウケイ酸ガラスは強度と破損耐性に優れています。管内では、トリチウムがβ崩壊により電子を一定量放出します。これらの粒子が蛍光体を励起し、蛍光体は弱く一定の光を発します。

トリチウムは、自家発電照明に使用できる唯一の材料ではありません。ラジウムは、20世紀初頭から1970年頃まで、自家発光塗料の製造に使用されていました。プロメチウムは、放射線源としてラジウムに取って代わりました。トリチウムは、放射線毒性が低く、商業的に入手可能なため、今日では放射線発光光源に使用されている唯一の放射線源です。^[3]

蛍光体化合物の様々な調製法は、異なる色の光を生成するために使用することができます。例えば、硫化亜鉛蛍光体に異なる金属をドーピングすると、発光波長を変えることができます。^[4]一般的な蛍光体に加えて製造されている色には、緑、赤、青、黄、紫、オレンジ、白などがあります。

腕時計に使用されているGTLSは微量の光を発します。日光の下では見えませんが、暗闇の中で数メートル離れたところからでも見えます。このようなGTLSの平均耐用年数は10～20年です。β放出率は半減期（12.32年）ごとに半分に減少します。また、蛍光体の劣化により、その期間中にトリチウム管の明るさは半分以上低下します。最初に管内に入れるトリチウムが多いほど、最初から明るくなり、耐用年数が長くなります。トリチウム出口標識は通常、10年、15年、または20年の耐用年数が保証された3つの明るさレベルで提供されます。^[5]標識の違いは、製造元が設置するトリチウムの量です。

GTLS が発する光は、色とサイズがさまざまです。緑は通常、2 cd/m ^{2ほどの明るさで最も明るい色として表示され[6]}、赤は最も暗く見えます。比較すると、ほとんどの消費者向けデスクトップ液晶ディスプレイの輝度は 200 ～ 300 cd/m ²です^[7]。サイズは、時計の針に収まるほど小さなチューブから鉛筆サイズのものまであります。大きなチューブ (直径 5 mm、長さ最大 100 mm) は通常、緑色のみで、驚くべきことに、標準的な 22.5 mm × 3 mm サイズのトリチウムほど明るくありません。これは、トリチウムの濃度が低く、コストが高いためです。この小さいサイズは通常最も明るく、主に市販のキーホルダーに使用されています。^[要出典]

これらの光源は、ダイビング、​​夜間、または戦闘用に設計された腕時計の針の「永久」照明として最もよく見られます。また、光るノベルティキーホルダーや自己発光式の出口標識にも使用されます。航空機の計器盤、コンパス、武器の照準器など、電源が利用できない可能性のある用途で軍隊に好まれています。固体トリチウム光源の場合、トリチウムは塗料内の水素原子の一部を置き換えます。塗料には硫化亜鉛などの蛍光体も含まれています。

トリチウムライトまたはベータライトは、以前は^{[いつ？ ]}釣り用のルアーに使用されていました。懐中電灯の中には、暗闇でも簡単に見つけられるように トリチウムバイアル用のスロットが付いているものもあります。

トリチウムは、一部の小火器の照準器を照らすのに使用されています。SA80の光学SUSAT照準器やPSL ライフルの LPS 4x6° TIP2 望遠照準器のレチクルには、ライフルの照準器にトリチウムを使用した例と同じ効果を得るために、少量のトリチウムが含まれています。トリチウムの放射性崩壊によって放出された電子によってリン光体が光るため、薄暗い場所でも見える、長持ち (数年間) で電池を使わない銃器の照準器になります。トリチウムの輝きは、日中などの明るい場所では目立ちません。そのため、一部のメーカーは、明るい場所でも薄暗い場所でも明るくコントラストの高い銃器の照準器を提供するために、 光ファイバー照準器をトリチウム小瓶と統合し始めています。

これらの装置には放射性物質が含まれているが、現在では自己発電式照明が健康に重大な懸念をもたらすことはないと考えられている。英国政府の健康保護庁の電離放射線に関する諮問グループによる2007年の報告書では、トリチウムへの曝露による健康リスクは国際放射線防護委員会が以前に設定した値の2倍であると宣言されているが、^[8]カプセル化されたトリチウム照明装置は通常、透明なプラスチックの厚いブロックに埋め込まれた発光ガラス管の形をしており、装置が分解されない限り、使用者がトリチウムに曝露されるのをまったく防いでいる。

トリチウムは、浸透深度が低く、無傷の人間の皮膚を貫通するには短すぎるため、水素非透過性容器に封入されている場合、外部ベータ線の脅威はありません。ただし、GTLSデバイスは制動放射線により低レベルのX線を放出します。^[9] OECDのレポートによると、^[10]気体トリチウムライトデバイスからの外部放射線はすべて制動放射線によるもので、通常は8～14 keVの範囲です。制動放射線の線量率は、線量率と有効エネルギーが封じ込めの形態に依存するため、トリチウムの特性のみから計算することはできません。長さ10 mm、直径0.5 mm、厚さ0.1 mmのガラスで作られたむき出しの円筒形バイアルGTLSは、1キュリーあたり100ミリラド毎時の表面線量率をもたらします。同じバイアルを 1 mm 厚のガラスで作り、2～3 mm 厚のプラスチック カバーで覆った場合、GTLS は 1 キュリーあたり 1 ミリラド/時の表面線量率をもたらします。10 mm 離れた場所から測定された線量率は、測定された表面線量率よりも 2 桁低くなります。水中での 10 keV 光子放射線の半値厚が約 1.4 mm であることを考えると、造血器官を覆う組織による減衰は相当なものです。

トリチウムの主な危険は、吸入、摂取、注射、または体内へ​​の吸収によって生じます。この場合も、浸透深度が低いため、放出された放射線は体の小さな領域で吸収されます。トリチウムの生物学的半減期（摂取した量の半分が体から排出されるまでの時間）はわずか12日と短いです。水分摂取量を1日3～4リットルに増やすことで、トリチウムの排出をさらに促進できます。^[11]少量のトリチウムに直接、短期間さらされても、ほとんど無害です。トリチウムチューブが破損した場合は、その場所を離れてガスを空気中に拡散させる必要があります。トリチウムは自然界に存在しますが、その量はごくわずかです。

トリチウムはブースト核分裂兵器や熱核兵器に使用されているため、トリチウムを含む製品は法律で規制されている（ただし、その量はキーホルダーに含まれる量の数千倍である）。米国では、少量のトリチウムを含む自己発光式の出口標識、計器、腕時計などの機器は原子力規制委員会の管轄下にあり、10 CFR Parts、30、32、および110に規定されている所有、配布、輸出入の規制の対象となっている。また、一部の州では所有、使用、廃棄の規制も対象となっている。腕時計に必要な量を超えるトリチウムを含む発光製品は、米国の小売店では広く入手できない。^[要出典]

これらは英国や米国で容易に販売され、使用されている。イングランドとウェールズでは、地方議会の環境衛生部門によって規制されている。^[要出典]オーストラリアでは、トリチウム含有製品は、 1グラムあたり1 × 10 ⁶ ベクレル（2.7 × 10 ⁻⁵ Ci /g）未満のトリチウム含有量で、総放射能が1 × 10 ⁹ベクレル（0.027 Ci）未満であれば免許が免除される。ただし、安全装置の場合は総放射能の制限が74 × 10 ⁹ベクレル（2.0 Ci）である。^[12] 

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