التألق الإشعاعي للتريتيوم

التألق الإشعاعي بالتريتيوم هو استخدام غاز التريتيوم ، وهو نظير مشع للهيدروجين ، لإنتاج ضوء مرئي. ينبعث من التريتيوم إلكترونات عبر تحلل بيتا ، وعندما تتفاعل هذه الإلكترونات مع مادة فسفورية، ينبعث الضوء من خلال عملية الفسفرة . تُسمى العملية الشاملة لاستخدام مادة مشعة لإثارة مادة فسفورية، ومن ثم توليد الضوء، بالتألق الإشعاعي . ولأن إضاءة التريتيوم لا تتطلب طاقة كهربائية، فقد شاع استخدامها في تطبيقات مثل لافتات مخارج الطوارئ ، وإضاءة ساعات اليد، ومصادر ضوئية محمولة وموثوقة ذات شدة منخفضة لا تؤثر سلبًا على الرؤية الليلية. وتندرج مناظير البنادق للاستخدام الليلي والمصابيح الصغيرة التي يستخدمها العسكريون غالبًا ضمن هذا التطبيق الأخير.

تم اكتشاف أن التريتيوم مصدر طاقة مثالي للمركبات ذاتية الإضاءة في عام 1953، وحصل إدوارد شابيرو على براءة اختراع للفكرة في 29 أكتوبر 1953 في الولايات المتحدة (2749251 - مصدر الإضاءة). ^{[ 1 ]}

يُصنع ضوء التريتيوم باستخدام أنابيب زجاجية تحتوي على طبقة من الفوسفور وغاز التريتيوم داخل الأنبوب. يُعرف هذا الأنبوب باسم "مصدر ضوء التريتيوم الغازي" (GTLS)، أو ضوء بيتا (نظرًا لأن التريتيوم يخضع لتحلل بيتا )، أو مصباح التريتيوم.

يخضع التريتيوم الموجود في مصدر ضوء التريتيوم الغازي لتحلل بيتا (β)، مما يؤدي إلى إطلاق إلكترونات تتسبب في توهج طبقة الفوسفور . ^{[ 2 ]}

أثناء التصنيع، يُملأ أنبوب زجاجي من البوروسيليكات، مطلي سطحه الداخلي بمادة فسفورية، بالتريتيوم. ثم يُغلق الأنبوب عند الطول المطلوب باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون . يُفضل استخدام البوروسيليكات لقوته ومقاومته للكسر. داخل الأنبوب، يُطلق التريتيوم تيارًا مستمرًا من الإلكترونات نتيجةً لتحلل بيتا. تُثير هذه الجسيمات الفسفور، مما يجعله يُصدر توهجًا خافتًا وثابتًا.

التريتيوم ليس المادة الوحيدة التي يمكن استخدامها في الإضاءة ذاتية التغذية. فقد استُخدم الراديوم في صناعة الطلاء المضيء ذاتيًا منذ أوائل القرن العشرين وحتى عام 1970 تقريبًا. وحلّ البروميثيوم محل الراديوم لفترة وجيزة كمصدر للإشعاع. أما اليوم، فيُعدّ التريتيوم المصدر الإشعاعي الوحيد المستخدم في مصادر الإضاءة المشعة نظرًا لانخفاض سميته الإشعاعية وتوافره تجاريًا. ^{[ 3 ]}

يمكن استخدام تحضيرات متنوعة لمركب الفوسفور لإنتاج ألوان مختلفة من الضوء. على سبيل المثال، يمكن تغيير طول موجة الانبعاث عن طريق تطعيم فوسفور كبريتيد الزنك بمعادن مختلفة. ^{[ 4 ]} ومن بين الألوان التي تم تصنيعها بالإضافة إلى الفوسفورات الشائعة: الأخضر، والأحمر، والأزرق، والأصفر، والبنفسجي، والبرتقالي، والأبيض.

تُصدر مصابيح التريتيوم المستخدمة في الساعات كمية ضئيلة من الضوء: لا تكفي لرؤيتها في ضوء النهار، ولكنها مرئية في الظلام من مسافة عدة أمتار. يبلغ متوسط ​​العمر الافتراضي لهذه المصابيح من 10 إلى 20 عامًا. ينخفض ​​معدل انبعاثات جسيمات بيتا إلى النصف في كل نصف عمر (12.33 عامًا). كما أن تدهور الفوسفور يُؤدي إلى انخفاض سطوع أنبوب التريتيوم بأكثر من النصف خلال هذه الفترة. كلما زادت كمية التريتيوم المُضافة إلى الأنبوب في البداية، زاد سطوعه، وبالتالي زاد عمره الافتراضي. عادةً ما تأتي لافتات مخرج التريتيوم بثلاثة مستويات سطوع مضمونة لعمر افتراضي يتراوح بين 10 و15 و20 عامًا. ^{[ 5 ]} ويكمن الاختلاف بين هذه اللافتات في كمية التريتيوم التي يُركّبها المُصنِّع.

يختلف لون وحجم الضوء المنبعث من مصابيح التريتيوم الضوئية. يظهر اللون الأخضر عادةً كأكثر الألوان سطوعًا، حيث تصل شدة إضاءته إلى 2 شمعة/م² ^{[ 6 ] ،} بينما يظهر اللون الأحمر كأقلها سطوعًا. وللمقارنة، تتراوح شدة إضاءة معظم شاشات الكريستال السائل المكتبية الاستهلاكية بين 200 و300 شمعة/م² ^{[ 7 ] .} تتراوح الأحجام من أنابيب صغيرة جدًا بحجم عقرب الساعة إلى أنابيب بحجم قلم الرصاص. أما الأنابيب الكبيرة (  قطرها 5 مم وطولها يصل إلى 100  مم) فتوجد عادةً باللون الأخضر فقط، وقد تكون أقل سطوعًا من أنابيب التريتيوم القياسية (22.5  مم × 3  مم)، ويعود ذلك إلى انخفاض تركيز التريتيوم وارتفاع تكلفته؛ وعادةً ما يكون هذا الحجم الأصغر هو الأكثر سطوعًا، ويُستخدم بشكل أساسي في سلاسل المفاتيح المتوفرة تجاريًا.

تُستخدم هذه المصادر الضوئية غالبًا كإضاءة "دائمة" لعقارب ساعات اليد المُخصصة للغوص أو الاستخدام الليلي أو القتالي. كما تُستخدم في سلاسل المفاتيح المضيئة ولوحات الخروج ذاتية الإضاءة . ويُفضلها الجيش في التطبيقات التي قد لا يتوفر فيها مصدر طاقة، مثل عدادات الطائرات والبوصلات وأجهزة التصويب للأسلحة. في حالة مصادر التريتيوم الصلبة، يحل التريتيوم محل بعض ذرات الهيدروجين في الطلاء، الذي يحتوي أيضًا على مادة فسفورية مثل كبريتيد الزنك.

كانت مصابيح التريتيوم أو مصابيح بيتا تُستخدم سابقًا في طُعم الصيد. تحتوي بعض المصابيح اليدوية على فتحات لأنابيب التريتيوم لتسهيل العثور على المصباح في الظلام.

يُستخدم التريتيوم لإضاءة أجهزة التصويب الحديدية في بعض الأسلحة الصغيرة. تحتوي شبكة التصويب في منظار SUSAT البصري لبندقية SA80 ، وكذلك منظار LPS 4x6° TIP2 التلسكوبي لبندقية PSL ، على كمية صغيرة من التريتيوم لتحقيق نفس التأثير المذكور في مثال استخدام التريتيوم في أجهزة تصويب البنادق. تتسبب الإلكترونات المنبعثة من التحلل الإشعاعي للتريتيوم في توهج الفوسفور ، مما يوفر جهاز تصويب للأسلحة النارية يدوم طويلًا (عدة سنوات) ولا يحتاج إلى بطارية، ويكون مرئيًا في ظروف الإضاءة الخافتة. مع ذلك، لا يكون توهج التريتيوم ملحوظًا في ظروف الإضاءة الساطعة، مثل ضوء النهار؛ ولذلك، بدأ بعض المصنّعين في دمج أجهزة التصويب المصنوعة من الألياف البصرية مع أنابيب التريتيوم لتوفير أجهزة تصويب ساطعة وعالية التباين في كل من ظروف الإضاءة الساطعة والخافتة.

إلى جانب استخدامه الواسع في موانئ الساعات ومناظير الأسلحة، وجد التريتيوم تطبيقات متخصصة في صناعة المجوهرات. فخاصية إضاءته الذاتية تسمح له بالتوهج باستمرار لسنوات دون الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي، مما يجعله مناسبًا للخواتم وغيرها من الإكسسوارات المضيئة في الظلام. وتُفضّل هذه القطع بشكل خاص في السياقات التي تتطلب كلاً من الجمال والرؤية في الإضاءة الخافتة.

على الرغم من احتواء هذه الأجهزة على مادة مشعة، يُعتقد حاليًا أن الإضاءة ذاتية التشغيل لا تشكل خطرًا صحيًا كبيرًا. وقد أعلن تقرير صادر عام 2007 عن المجموعة الاستشارية المعنية بالإشعاع المؤين التابعة لوكالة حماية الصحة في المملكة المتحدة أن المخاطر الصحية للتعرض للتريتيوم تبلغ ضعف ما حددته سابقًا اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع ^{[ 8 ]} ، إلا أن أجهزة إضاءة التريتيوم المغلفة، والتي تتخذ عادةً شكل أنبوب زجاجي مضيء مغمور في كتلة سميكة من البلاستيك الشفاف، تمنع المستخدم من التعرض للتريتيوم تمامًا إلا في حالة كسر الجهاز.

لا يُشكّل التريتيوم أي خطر إشعاعي خارجي من نوع بيتا عند تغليفه في حاويات غير منفذة للهيدروجين، وذلك لعمق اختراقه الضئيل الذي لا يسمح له باختراق جلد الإنسان السليم. مع ذلك، تُصدر أجهزة الإضاءة بالتريتيوم الغازي مستويات منخفضة من الأشعة السينية نتيجةً لظاهرة كبح الإشعاع . ^{[ 9 ]} ووفقًا لتقرير صادر عن منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية ، ^{[ 10 ]} فإن أي إشعاع خارجي صادر عن جهاز إضاءة بالتريتيوم الغازي يعود فقط إلى كبح الإشعاع، وعادةً ما يكون في نطاق 8-14  كيلو إلكترون فولت. لا يمكن حساب معدل جرعة كبح الإشعاع من خصائص التريتيوم وحدها، إذ يعتمد معدل الجرعة والطاقة الفعالة على شكل الحاوية. سيُنتج جهاز إضاءة بالتريتيوم الغازي أسطواني الشكل، مصنوع من  زجاج بسمك 0.1 مم  وطول 10 مم وقطر 0.5  مم، معدل جرعة سطحية يبلغ 100  ملي راد في الساعة لكل كوري. إذا صُنعت القارورة نفسها من  زجاج بسماكة 1 مم وغُطّيت بغطاء بلاستيكي بسماكة 2-3  مم، فإنّ نظام قياس الجرعة الإشعاعية السطحية (GTLS) سيُنتج معدل جرعة سطحية قدره 1  ملي راد في الساعة لكل كوري. سيكون معدل الجرعة المقاس من  مسافة 10 مم أقل بمرتبتين من معدل الجرعة السطحية المقاس. ونظرًا لأنّ سُمك نصف القيمة  لإشعاع الفوتون ذي طاقة 10 كيلو إلكترون فولت في الماء يبلغ حوالي 1.4  مم، فإنّ التوهين الذي تُوفّره الأنسجة المُغطية للأعضاء المُكوّنة للدم كبير.

يكمن الخطر الرئيسي للتريتيوم في استنشاقه أو ابتلاعه أو حقنه أو امتصاصه في الجسم. وينتج عن ذلك امتصاص الإشعاع المنبعث في منطقة صغيرة من الجسم، وذلك بسبب قلة عمق اختراقه. يبلغ نصف العمر البيولوجي للتريتيوم - أي الوقت اللازم لإخراج نصف الجرعة المتناولة من الجسم - 12  يومًا فقط. ويمكن تسريع إخراج التريتيوم بزيادة كمية الماء المتناولة إلى 3-4  لترات يوميًا. ^{[ 11 ]} يُعد التعرض المباشر قصير الأمد لكميات صغيرة من التريتيوم غير ضار في الغالب. في حال انكسار أنبوب التريتيوم، يجب مغادرة المنطقة والسماح للغاز بالانتشار في الهواء. يوجد التريتيوم بشكل طبيعي في البيئة، ولكن بكميات ضئيلة جدًا.

تخضع المنتجات التي تحتوي على التريتيوم لرقابة قانونية نظرًا لاستخدامه في أسلحة الانشطار النووي والأسلحة النووية الحرارية (وإن كان بكميات تفوق بآلاف المرات الكمية الموجودة في سلسلة مفاتيح). في الولايات المتحدة، تخضع الأجهزة التي تحتوي على كميات ضئيلة من التريتيوم، مثل لافتات الخروج ذاتية الإضاءة، والمقاييس، وساعات اليد، وغيرها، لسلطة هيئة التنظيم النووي ، وتخضع لأنظمة الحيازة والتوزيع والاستيراد والتصدير المنصوص عليها في البنود 30 و32 و110 من الجزء 10 من قانون اللوائح الفيدرالية. كما تخضع هذه الأجهزة لأنظمة الحيازة والاستخدام والتخلص في بعض الولايات. أما المنتجات المضيئة التي تحتوي على كمية من التريتيوم تفوق ما هو مطلوب لساعة يد، فهي غير متوفرة على نطاق واسع في منافذ البيع بالتجزئة في الولايات المتحدة.

تُباع منتجات التريتيوم وتُستخدم على نطاق واسع في المملكة المتحدة والولايات المتحدة. وتخضع هذه المنتجات في إنجلترا وويلز للرقابة من قِبل إدارات الصحة البيئية التابعة للمجالس المحلية. أما في أستراليا ^، فتُعفى المنتجات التي تحتوي على التريتيوم من الترخيص إذا كان تركيز التريتيوم فيها أقل من ^{1 × 10⁶} بيكريل لكل غرام ( 2.7 × 10⁻⁵ كوري / غرام ) وكان نشاطها الإشعاعي الكلي أقل من 1 × 10⁹ ^بيكريل (0.027 كوري) ، باستثناء أجهزة السلامة حيث يبلغ الحد الأقصى للنشاط الإشعاعي الكلي 74 × 10⁹ ^بيكريل (2.0 كوري) . ^{[ 12 ]}   

• قائمة مصادر الإضاءة
• فتيات الراديوم

• تنظيف لوحة تريتيوم مكسورة
• المواد المشعة
• Luminor 2020 – دحض تاريخ بانيراي الخيالي للإضاءة القائمة على التريتيوم (Perezcope.com)