Substance luminescente activée au Tritium (H,3) et procédé pour sa fabrication La présente invention a pour objet une substance luminescente activée au tritium (H3) et un procédé pour sa fabrication. Cette invention est basée sur une découverte selon laquelle des cristaux luminescents inorganiques enduits d'huile de tung tritiée sont émi nemment résistants à la dégradation à des concen trations en H3 excédant grandement celles des com posés tritiés connus jusqu'alors.
De nombreux produits inorganiques et organiques deviennent luminescents quand ils sont exposés à des sources extérieures de radiation ionisante. La lumi nescence devient visible si la radiation a une intensité suffisante. Cette propriété a notamment été utilisée dans la fabrication des cadrans de montres. En géné ral, ces cadrans sont peints avec un mélange de cristaux luminescents inorganiques et de radium émettant des particules alpha. Ces particules excitent celles du composé inorganique et, sous cette action, celui-ci émet de la lumière. Un phénomène semblable se produit lorsque le radium est mélangé à du sulfure de zinc dont les cristaux, sous l'action de la radiation ionisante du radium, deviennent luminescents.
Le strontium 90 a également été employé pour réaliser des mélanges de ce même type produisant des sources artificielles de lumière.
Ces composés au radium et au strontium présen tent certains désavantages qui limitent l'efficacité de l'émission luminescente. Les mélanges de cristaux luminescents inorganiques et de 90Sr émettant une radiation bêta de haute énergie, tout comme les mélanges de cristaux luminescents et de radium qui émettent une radiation nucléaire intense, constituent en premier lieu un danger pour le personnel qui manipule ces produits et, en second lieu, pour les usagers des appareils ou des montres peints avec ces produits.
Un deuxième inconvénient grave est dû au fait que la luminosité des, composés au 90Sr et au radium diminue à un taux d'environ 30 à 50 % par an. En effet, les cristaux luminescents sont détruits par les particules à haute intensité ionisante émises par ces deux corps radioactifs.
De ce fait les com posés luminescents de cette catégorie ne peuvent pas être utilisés pour fabriquer des étalons de lumière et, lorsqu'ils sont utilisés dans des instruments et des montres, ils présentent l'inconvénient grave de perdre leur luminosité bien avant que l'appareil ou la montre ne soient hors d'usage.
Le tritium, par contre, est une source de radiation presque idéale pour l'excitation de cristaux inorgani ques luminescents étant donné, d'une part, le prix de revient faible et, d'autre part, les caractéristiques extrêmement favorables de son émission bêta. Sa radiation est molle et, par conséquent, peut être uti lisée comme excitant de cristaux luminescents sans présenter aucun danger.
Récemment, un travail important a été réalisé sur la préparation des composés luminescents activés au tritium utilisant des acides gras tritiés tels que les acides stéariques ou linoléiques - ou les systèmes de polymères tritiés préalablement appliqués en cou che mince sur des cristaux luminescents inorganiques. La plupart des composés tritiés qu'on avait préparés antérieurement à ce travail ne pouvaient pas atteindre une efficacité comparable à celle qu'on vient de découvrir et leur emploi était inefficace. En outre,
la plupart de ces anciens composés permettaient la libération lente ou rapide du gaz (H3), ce qui pro voquait en même temps une baisse de la luminosité et une contamination radioactive. En utilisant une huile de tung tritiée, préparée en la tritiant à l'aide d'un catalyseur d'hydrogénation constitué par du palladium sur un support de char bon de bois, à la température ambiante et sous une pression subatmosphérique,
nous avons trouvé qu'il est possible de préparer un composé luminescent tri- tié exceptionnellement résistant à la dégradation à des concentrations en tritium excédant largement celles des composés tritiés connus jusqu'ici. De plus, nous avons également trouvé qu'en déposant ou précipitant (ces termes s'utilisent indistinctement) une infime quantité de silicate de calcium ou de zinc sur les cristaux luminescents enduits, il est possible d'amé liorer la liaison de l'huile de tung tritiée à chaque cristal.
En outre ces enduits de silicate semblent ren dre l'huile de tung tritiée moins susceptible de solva- tisation en présence de solvants organiques se trou vant dans les colles avec lesquelles le composé faisant l'objet de la présente invention pourrait être mélangé, et ils augmentent aussi la résistance des cristaux à la décoloration quand ils sont exposés à une lumière U.V.
D'après cette découverte l'invention permet de fabriquer des composés luminescents activés au tri tium d'une qualité incomparablement supérieure con tenant des cristaux luminescents inorganiques enduits d'une fine couche d'huile de tung tritiée. Tous types de cristaux inorganiques luminescents facilement excités par l'action d'un rayon cathodique peuvent être utilisés pour la préparation des composés lumi nescents tritiés faisant l'objet de la présente invention. Parmi ces phosphores, nous citons : le sulfure de zinc activé à l'argent, le sulfure de zinc activé au cuivre, les mélanges - activés à l'argent - de sul fure de zinc et de sulfure de cadmium, l'orthosilicate de zinc activé au manganèse.
Un tel phosphore inorganique est suspendu dans un solvant organique tel que le benzène, l'éthanol, l'acétone, l'éther diéthy- lique, dans lequel la quantité appropriée d'huile de tung tritiée d'une activité spécifique prédéterminée est dissoute. Le mélange est ensuite chauffé pour faire évaporer le solvant, laissant un mince film d'huile de tung tritiée sur le cristal dudit phosphore.
Une infime quantité de silicate de calcium ou de zinc, allant généralement de 0.5 à environ 3 % du poids (basé sur le poids du phosphore) peut ensuite être déposée sur la surface du phosphore enduit.
La profondeur de pénétration, pour un rayon bêta (18 kilovolts) de tritium à énergie maximum, est de 0.8 milligramme par centimètre carré, ce qui est l'équivalent d'une épaisseur de 0.008 millimètre d'eau ou autre matière ayant une densité d'un gramme par centimètre cube.
Un faible pourcentage seulement (environ 5 /o) des rayons bêta émis par le tritium ont des énergies supérieures à 15 kilovolts et puisque la plupart des rayons bêta du tritium ont des énergies allant de 5 à 7 kilovolts, il est évident que l'enduit tritié doit être très mince afin d'éviter l'adsorption des rayons bêta émis dans l'enduit sans l'émission de photons.
On estime qu'avec un enduit d'une épaisseur de 0.008 mm, seulement 10 pour cent de l'énergie des rayons bêta du tritium sont adsorbés par la substance de phosphore, le reste étant absorbé dans le composé organique tritié formant l'enduit. Par conséquent, afin d'augmenter l'efficacité de l'énergie des rayons bêta de tritium pour la produc tion de lumière, il est essentiel que l'épaisseur de l'enduit soit inférieure à 0.008 millimètre.
En géné ral, donc, si l'épaisseur de l'enduit d'huile de tung tritiée est maintenue entre 0.0004 millimètre et 0.0008 millimètre, il est possible d'utiliser efficace ment de 63 à 80 pour cent de l'énergie des rayons bêta émis par l'huile de tung tritiée.
Si l'on désire un film plus mince d'huile de tung tritiée, il est indispensable d'utiliser de l'huile de tung tritiée d'une activité spécifique plus élevée (ou conte nant un plus grand nombre de millicuries de tritium par milligramme d'huile de tung tritiée) afin d'avoir un nombre suffisant de millicuries de tritium pour obtenir la luminosité désirée.
On estime que la lumi nosité théorique maximum obtenable d'une millicurie de tritium donne une valeur de 1.8 microlambert sur une surface d'un centimètre carré pour un phos phore émettant de la lumière à longueur d'onde de 5200 A (la longueur d'onde à laquelle, dans l'obscurité, l'aeil adapté est le plus sensible). Par con séquent, si l'on désire obtenir une source de lumière ayant une brillance de 20 microlamberts sur un champ d'un centimètre carré, il est nécessaire de dis poser de 11 millicuries de tritium, en supposant l'ef ficacité conforme à la théorie.
Le poids du phosphore étant de 2 milligrammes par centimètre carré pour une épaisseur optimum de 2 milligrammes par cm carré, le poids de l'huile tritiée à appliquer est d'en viron 0.2 milligramme. Ainsi, l'activité spécifique de l'huile de tung tritiée doit être au moins de 11 milli- curies par 0.2 milligramme ou 55 curies par gramme. Dans la pratique, toutefois, l'efficacité est inférieure à la théorie, de sorte que des activités spécifiques même plus élevées sont requises pour augmenter la luminosité.
Des activités spécifiques inférieures peu vent être utilisées avec des enduits plus épais, mais ceci ne peut être fait qu'aux dépens de l'efficacité et, par conséquent, nécessite une plus grande consom mation de tritium.
L'exemple suivant illustre la facilité avec laquelle les composés luminescents activés au tritium faisant l'objet de la présente invention peuvent être préparés <I>Exemple</I> Une quantité calculée d'huile de tung (par exem ple 1 gramme) est placée dans un récipient d'acier inoxydable avec 0.01 gramme de catalyseur d'hydro génation au palladium sur un support de charbon de bois et le mélange de réaction dilué avec de l'éthanol anhydre. Le mélange est ensuite congelé dans un bain d'azote liquide et tout gaz résiduel se trouvant dans le récipient de réaction éliminé par vacuum. Le gaz H3 est ensuite introduit en quantité calculée mais à une pression inférieure à la pression atmo sphérique.
Le mélange de réaction atteint ensuite la température ambiante puis est agité jusqu'à ce que la tritiation soit terminée. Une fois la réaction ter minée, le mélange de réaction est congelé à nouveau et tout gaz Hg, s'il en reste, est éliminé sous vide. Le mélange de réaction est réchauffé à la tempé rature ambiante puis filtré dans un filtre métallique spécial sous pression, capable d'éliminer des parti cules de catalyseur d'un cinquième de micron ou plus grandes.
Le résidu restant dans le filtre est ensuite lavé au benzène et les filtrats combinés dis tillés sous vide à la température ambiante pour éli miner les solvants et autres substances volatiles rési duelles, laissant l'huile de tung tritiée. Le composé tritié est immédiatement dissout dans un solvant orga nique cyclique, de préférence du benzène, et peut être utilisé sans autre purification.
La quantité requise d'un phosphore, de préférence ayant une faible teneur en cadium, et non traité pour améliorer les caractéristiques de fluage, dont la dimension moyenne des cristaux varie entre 6 et 30 microns (mais pouvant aller de 1 à 30 microns), est placée dans un récipient de céramique, et une quantité calculée de cette solution benzène/huile de tung tritiée est ensuite ajoutée aux cristaux lumi nescents.
Après évaporation du benzène à une tem pérature légèrement en dessous du point d'ébullition, et le mélange étant constamment remué, ce phosphore enduit d'huile de tung tritiée est ensuite versé dans une solution aqueuse de nitrate de calcium ou de zinc d'une telle concentration que lorsqu'une solu tion diluée de métasilicate de sodium est ajoutée au mélange, un enduit allant de 0.5 à 3 % (basé sur le poids dudit phosphore) de silicate de calcium ou de zinc se dépose sur les cristaux luminescents.
La masse est remuée, filtrée et lavée dans un mélange eau- éthanol (2: 1), puis séchée. La poudre séchée est tamisée à travers un tamis très fin et l'on obtient ainsi un composé luminescent fluable activé au tri tium, enduit de silicate de zinc ou de calcium, possé dant d'excellentes propriétés de manutention et dont les caractéristiques radioactives résistent particuliè- rement bien à l'élimination par solvants organiques.
Les composés luminescents activés au tritium préparés selon la méthode faisant l'objet de la pré sente invention sont exceptionnellement résistants à la dégradation et à la décoloration lorsqu'ils sont exposés à la lumière ultraviolette. De plus, ils possè dent des propriétés de haute stabilité et peuvent être emmagasinés durant de longues périodes, ne subissant qu'une perte de luminosité négligeable. Ils peuvent être utilisés sous forme de poudre ou dans une colle applicable sur une surface.