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Selbstleuchtende Lichtquelle
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ringes 10 gehalten werden oder man kann auch zum Halten der Deckplatte beide Mittel verwenden. Die typische, in erster Linie von der vorgesehenen Verwendung der Lichtquelle abhängige Dicke der PlexiglasAbdeckplatte liegt zwischen 1, 5 und 6 mm. In einigen Fällen kann die Abdeckplatte 11 überhaupt weggelassen werden.
Die Scheibe 8 muss natürlich durchscheinend sein und sollte vorzugsweise durchsichtig sein. Sie enthält oie Hauptabschirmung gegen den Austritt von radioaktiven Strahlungen aus dem radioaktiven Gas innerhalb der Höhlung 2 nach vorn und sollte aus einem Werkstoff hergestellt sein, der diesen Strahlungen ausgesetzt möglichst nicht nachdunkelt, Im Zusammenhang mit den vorerwähnten radioaktiven Gasen
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herausgestellt, dM cer-haltiges Glas sich besonders für diese Verwendung eignet, wobei das darin enthaltene Car üblicherweise in Form eines Salzes oder eines Oxydes vorliegt. Zu den zur Zeit greifbaren Handelsformett dieses Glases gehören Pittsburgh 6740, Corning 8362 und Penberthy Med-D, deren jeweilige Dichte ungefähr 2,7, 3,2 bzw. 4,0 beträgt.
Die grösseren Dichten schaffen eine wirksamere Abschirmung.
Die Leuchtstoffschicht 4 ist, wenn sie zur Lumineszenz angeregt wird, die eigentliche Lichtquelle der Einheit. Auf diesem Fachgebiet sind verschiedene geeignete Leuchstoffe entwickelt worden, deren Wahl von der gewünschten Lichthelligkeit und-farbe abhängig ist. Das mit Hilfe von kupferaktiviertem Zink-Kadmiumsulfid erzeugte grünliche Licht ist, wenn es entsprechend der Erfindung verwendet wird, für viele Zwecke zufriedenstellend und eignet sich zur Erzeugung hoher Lichthelligkeitswerte. Zu den weiteren bekannten geeigneten Leuchstoffen gehören Kadmiumsulfid, Kadmiumwolframat, Zinksilikat, Zinksulfid und andere, in Zusammenhang mit Fig. 7 und 8 erwähnte Leuchstoffe. Es ist üblich, diese Leuchstoffe mit genau dosierten minimalen Mengen verschiedener Metalle zu aktivieren.
Die Dicke der Leuchtstoffschicht auf dem Boden des Napfes 3 ist für die maximale Wirksamkeit (den maximalen Wirkungsgrad) ziemlich kritisch. Mit dem Vergrössern der Schichtdicke wird mehr BetaEnergie absorbiert und mehr Licht erzeugt, bis zu der Dicke, bei der alle verwendbare Beta-Energie absorbiert wird. Allerdings wird mit dem Vergrössern der Dicke der Leuchtstoffschicht das von den Leuchtstoffteilchen am Boden der Schicht erzeugte Licht durch die Leuchtstoff teilchen. durch die es hindurchgeht, absorbiert. Folglich gibt es unter gegebenen Bedingungen von Beta-Energie, Teilchenart und-grosse, Bindematerial l1SW. eine genau festgesetzte optimale Dicke für die maximale Lichtausbeute, die meist empirisch leicht feststellbar ist.
In der Regel sollte die Dicke der Leuchtstoffschicht etwa 50 bis 150 mg Leucntstoff je cm entsprechen, wobei die Dicke der einzelnen Leuchtstoffkristalle vorzugsweise etwa 15 bis 30 Mikron beträgt.
Der Napf 3 kann gewünschtenfalls und, sofern das Metall des Gehäuses 1 Aluminium ist, weggelassen werden, und der Leuchtstoff kann, obwohl üblicherweise der Napf vorzuziehen ist, unmittelbar auf dem Boden der Höhlung 2 aufgebracht werden. Es hat sich herausgestellt, dass, wenn Tritium als anregendes Gas verwendet wird, dieses einen Isotopenaustausch unterschiedlichen Ausmasses mit organischen Stoffen erfährt, und dies zur Verringerung der Lichtausbeute führt. Deshalb sollte der Aufbau, sofern Tritium verwendet wird, so konstruiert werden, dass das Gas mit organischen Stoffen, wie beispielsweise Gummi und gewissen Kunststoffen, nich : in Berührung kommt. Vorzugsweise ist die Fläche unmittelbar unter der Leuchtstoffschicht zur Steigerung ihrer lichtreflektierenden Eigenschaften poliert oder sonstwie behandelt.
Die Leuchtstoffschicht kann mit Hilfe von gewissen Klebstoffen an die gewünschte Fläche gebunden werden. Anorganische Klebstoffe, wie beispielsweise Natriumsilikat und Kaliumsilikat sind auf Grund ihrer beständigen Eigenschaften vorzuziehen. Zu den organischen Klebstoffen gehören die erwähnten Epoxy-Harze und Dupont-Butylmethacrylat. Wie angegeben, werden bei Verwendung von TritiuII1gas organische Klebstoffe vermieden.
Das in Zusammenhang mit der Erfindung verwendete radioaktive Material ist ein vorzugsweise farb-
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Anwendungsarten vorzuziehen. Bei Verwendung von Kryptongas wird das radioaktive Gas nach dem ausreichenden Evakuieren der Höhlung 2 über die Öffnung 5 durch die gleiche Öffnung bisaufdengewünsch- ten Druck eingebracht. Da sich das Gas mit der Leuchtstoffschicht 4 in Berührung befindet, wird der Leuchtstoff zur Lumineszenz angeregt. Bei einer gegebenen Leuchtstoffschicht und einem gegebenen radioaktiven Gas ist der Helligkeitswert von der Curiezahl des vorhandenen anregenden Gases abhängig und dieses ist wiederum eine Funktion der Gasmenge und-reinheit, des Druckes und, in gewissem Ausmass, der Tiefe der Höhlung.
In denAufbauarten nach Fig. 1 bis 7 liegt die Tiefe der Höhlung zwischen 1,5 und 6 mm, und sie sollte nicht grösser sein als der Wirkungsbereich der anregenden Teilchen. Bei dem Beispiel
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nach Fig. 2 beträgt der Durchmesser des Napfes etwa 33 mm. Die Figuren der Zeichnung sind nicht massstabgerecht gezeichnet.
Zur Erzielung der grösstmöglichen Sicherheit gegen das Entweichen des radioaktiven Gases ist es ratsam, den Druck des sich in der Höhlung befindlichen Gases unter dem Aussen-oder atmosphärischen Druck zu halten. Bei Verwendung des zur Zeit von der US Atomic Energy Commission'in einer Reinheit von etwa 5 % lieferbaren Krypton-85 erzielt man mit den in den beschriebenen Aufbauarten vorgeschlagenen Leucht-
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Abdeckplatte 11 und dem Körper 1 kann ebenfalls mit Hilfe des Harzes 66 abgedichtet werden. Durch Einbringen des Gases unter höherem Druck, beispielsweise von die Erzielung von 300 bis 700 Millicurie ermöglichender Grösse können Helligkeitswerte von 1000 bis 2000 Mikrolambert leicht erreicht werden.
Solche Helligkeitswerte sind bisher mit selbstleuchtenden Lichtquellen nicht verwirklichbar gewesen.
Wie vorstehend erwähnt, ist der Helligkeitswert in gewissem Umfang von der Tiefe der Gashöhlung 2 abhängig, die offensichtlich ein Faktor bei der Bestimmung des Volumens und somit der Curiezahl des Gases ist. Je tiefer diese Höhlung ist, eine um so höhere Curiezahl des Gases kann bei einem gegebenen Druck untergebracht werden. Die praktische Grenze hängt jedoch von der Reichweite oder dem Bereich der wirksamen radioaktiven Strahlungen ab. Diese verändert sich mit der Art des verwendeten Gases und scheint in extremen Fällen mit dem Druck in Zusammenhang zu stehen.
Da Tritiumgas in viel grösserer Reinheit als Krypton-85, beispielsweise mit 99-prozentiger Reinheit, erhältlich ist, können mehr Curie Tritium in das gleiche Volumen eingebracht werden, wobei der Innendruck niedriger gehalten wird als der atmosphärische Druck. Bei den zur Zeit erhältlichen Reinheiten kann das Curieverhältnis von Tritium zu Krypton-85 etwa 30 zu 1 sein. Aus diesen Gründen können bei Tritium unter vergleichbaren Bedingungen bei Gasdrücken zwischen 50 und 400 Torr gute Helligkeitswerte erzielt werden. Wie im Falle von Krypton-85 können in stärkeren Aufbauarten gemäss dsr Erfindung bei einiger Erhöhung der Helligkeit viel höhere Tritiumdrücke gefahrlos verwendet werden.
In denmeistenAnwendungsarten nach der Erfindung ist es wünschenswert, dass die Strahlung des radioaktiven Gases auf den vorstehend beschriebenen Aufbau beschränkt bleibt. Deshalb sollten die Dicke der Wände des Körpers 1 und die Dicke der Glasscheibe 8 sowie die Dichte der jeweiligen Werkstoffe so gewählt werden, dass sie die Strahlungsenergie in ausreichendem Masse absorbieren. Gleichzeitig ist es offensichtlich notwendig, dass die Aussendung von sichtbarem Licht in minimalem Ausmass beeinträchtigt wird. Es wurde ermittelt, dass eine wie in Fig. 1 und 2 konstruierte selbstleuchtende Lichtquelle in der Lage ist.
Lichthelligkeitswerte zu erzeugen, die viel grösser sind als bisher mit den bekannten selbstleuchtenden Lichtquellen erreichbar und dass dies gefahrlos und mit geringeren Kosten als bisher möglich erreicht werden kann.
Die Ausführungsform nach Fig. 3 weicht von der nach Fig. 1 und 2 im wesentlichen in drei Punkten ab. Erstens ist die dünne Leuchtstoffschicht 13 statt, wie in Fig. 2 gezeigt, auf dem Boden des Napfes 3, an der Unterseite der Glasscheibe 8 befestigt. Jedoch sollte, wie in Fig. 2, die innere Bodenfläche des Napfes 3 lichtreflektierende Eigenschaften besitzen.
In dieser Ausführungsform kann das in dar Kammer 2 befindliche radioaktive Gas das gleiche wie das vorstehend beschriebene sein, jedoch befindet sich, wie in der Zeichnung ersichtlich, das radioaktive Gas unterhalb der Leuchtstoffschicht. Die unmittelbar mit dem radioaktiven Gas in Berührung stehenden und durchschnittlich das meiste Licht erzeugenden Leuchtstoff teilchen befinden sich also an der unteren Seite der Schicht. Da das aus dieser Anordnung stammende nutzbare Licht nach oben durch die Scheibe 8 hindurchgeht, muss das von den Teilchen der erwähnten Fläche erzeugte Licht durch die übrigen, in der Schicht liegenden Leuchtstoff teilchen hindurchgehen. Aus dem vorstehend erläuterten Grunde sollte die Dicke der Schicht 13 deshalb nicht übermässig gross sein.
Für diese Schicht wurde eine etwa 50 bis 150 mg Leuchtstoff je cm Fläche entsprechende Dicke als optimaler Kompromiss ermittelt, obwohl diese Schicht im Idealfalle ohne Zwischenräume zwischen den Kristallen nur ein Leuchtstoffkristall dick wäre. Die durchschnittliche Teilchengrösse des verwendeten Leuchtstoffes liegt hier zwischen 8 und 10 Mikron.
Zweitens weicht die Bauart nach Fig. 3 von der nach Fig. 1 und 2 insofern ab, als der Sprengring 10 weggelassen'wurde. Wie vorstehend vorgeschlagen, ist der Sprengring 10 für Gasdrücke bis etwa 1 atü
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nicht notwendig, jedoch ist seine Verwendung bei höheren Innen-Au : 3epdruck-Untcrschieden ratsam. Sowohl bei dieser als. auch bei andernausführungsformen sollten jedoch die Scheiben 8 und 11 beispielsweise durch eine Dichtung 65 aus Epoxyharz oder Metallot und durch eine oder durch beide Dichtungen 9 und 66 eingekittet werden. Die Kunststoffabdeckplatte 11 könnte, wie in ändern Ausführungsformen, weggelassen werden.
Drittens ist in dieser Ausführungsform (sowie bei denen nach Fig. 4,6 und 7) das Füllrohr nach Fig. 2 durch eine selbstdichtende Stöpselanordnung 68 ersetzt worden. Zu dieser Anordnung gehört, wie vorher, die innere Öffnung (Kanal) 5. Der äussere Abschnitt ist zwecks Anbringung eines mit Gewinde versehenen Metallstöpsels oder einer Setzschraube 69 zu einem grösseren Durchmesser aufgebohTt und mit Gewinde versehen. Zweckmässigerweise kann diese Schraube eine sogenannte Allen-Schraube sein, deren äusseres Ende eine sechskantige Vertiefung zum Einsetzen eines Schraubenschlüssels aufweist. Durch diese Setzschraube ist in Längsrichtung 3inkleines Loch 70 gebohrt.
Zwischen dem inneren Ende der Setzschraube und der Schulter 71 wird ein zylindrischer Stöpsel 72 aus weichem Gummi, wie beispielsweise Neopren od. dgl., von der Setzschraube zusammengedrückt. Beim Gebrauch wird eine an ihrem vorderen Ende
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Injektionsnadeldurch dieöffnung 70eingeführtgewünschte radioaktive Gas ersetzt. Dann wird die Nadel herausgezogen, worauf sich die im Gummistöpsel vorhandene Stichstelle augenblicklich selbst verschliesst. Der Vorgang wird durch Abdichten der Setzschraube mit einer Abdeckung 7 aus Harz oder Lot zu Ende geführt. Auf Grund der Tatsache, dass der Gummistöpsel 72 mit dem eingeschlossenen radioaktiven Gas in Berührung ist, ist es bei dieser Art von Einfüllstöpsel nicht ratsam, Tritinrn zu verwenden, wobei die in Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebe- ne Art vorzuziehen wäre.
Krypton-85 bleibt durch Berührung mit Gummi anscheinend unbeeinträchtigt.
Die in Fig. 4 veranschaulichte Ausführungsform ist konstruktiv die gleiche, wie die nach Fig. 3, weicht jedoch von dieser insofern ab. als auf der Unterseite der Glasscheibe 2 keine Leuchtstoffschicht aufgebracht ist. Dafür ist der Metallnapf 3 mit Leuchtstoffteilchen 14 gefüllt. Da zwischen diesen kri- stallinen Teilchen abgesonderte Räume vorhanden sind, kann ein angemessenes Volumen von radioaktivem Gas eingebracht werden, und ist dieses Gas in inniger Berührung mit im wesentlichen allen Teilchen, die dadurch in höchstem Masse angeregt werden. Dagegen wird, da das sich aus einem gegebenen Leucht- stoffteilchen bildende Licht durch die über ihm liegenden Teilchen hindurchgehen muss, etwas licht absorbiert werden.
Trotzdem kann, sofern der Napf 3 verhältnismässig flach, d. h. beispielweise 0, 375 bis 0, 75 mm tief ist, ein sehr hoher Helligkeitswert gewährleistet werden, u. zw. bei zufriedenstellender Materialersparnis, da die Kosten für den Leuchtstoff wesentlich niedriger sind als die für das Gas. In einer Ausführungsform, bei der nur eine durchschnittlich"Lichtleistung erforderlich war, füllten etwa 4 Gramm des vorerwähnten Zink-Kadmium-Sulfid-Leuchtstoffes den Metallnapf 3. Nach dem Evakuieren wurden etwa 1, 3 Curie Tritium eingebracht, das einen Helligkeitswert von annähernd 90 Mikrolambert erzeugte.
Wie vorstehend erwähnt, hätte an Stelle von Tritium Krypton-85 und beide (sowohl Tritium als auch Krypton-85) bei höherem Druck verwendet werden können. Diese Anordnung isf jedoch nicht so wirksam, wie andere Anordnungen.
Die in Fig. 5 und 6 veranschaulichte Ausführungsform der Erfindung ist in mancher Hinsicht der nach
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geeignet machen. Wie dargestellt, verkörpert die Einheit eine selbstleuchtende Markierung oder ein Zei- chen in Form eines Pfeiles 15, der den durchscheinenden Abschnitt einer lichtundurchlässigen Tafel 21 umfasst. Selbstverständlich könnte an Stelle des Pfeiles jedes gewünschte Zeichen oder Buchstabe treten.
Auch könnte diese Einheit, da sie in der Lage ist, einen sehr hohen Helligkeitswert zu erzeugen, eine Lichtquelle mit beachtlichem Nutzen bilden.
Bei dieser Ausführungsform kann der Körper 16 bei Verwendung von Kryptongas-85 aus Kunststoff. wie beispielsweise Methylmethacrylat, sein. Vorzugsweise sollte der Körper 16 für Einheiten mit grösserer Sicherheit und längerer Betriebsdauer, wie in den vorgehenden Figuren, aus Metall sein. Den Kunststoffkörper 16 umgibt ein Metallgehäuse 17. Die untere Höhlung 2 im Körper entspricht der Höhlung 2 nach Fig. 2,'md in ihr liegt ein Metallnapf 3, der in diesem Falle aus Aluminium besteht, und dessen innere Bodenfläche poliert ist. Im vorliegenden Falle erfolgt das Evakuieren der Höhlung 2 und das darauffolgende Einbringen des radioaktiven Gases durch die Öffnung 18, die mit Hilfe einer selbstschliessenden Stöpselanordnung 68, wie vorstehend beschrieben, verschlossen wird.
Dieser Kanal kann, wie gezeigt, von unten oder gewünschtenfalls, wie bei den vorgehenden Ausführungsformen veranschaulicht, von der Seite gebohrt werden. Falls Tritium als anregendes Gas verwendet wird, sollte ran ein dünnes Füllrohr nach Fig. 2 verwenden.
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Die Höhlung 2 ist, wie vorher, an ihrer Oberseite mit Hilfe einer Platte 24 aus cerhaltigem Glas verschlossen. Zum Abdichten gegen das Entweichen von Gas wird das Fenster 24 an seinen Kanten mit einer Dichtung 65 aus Epoxyharz oder, falls der Körper 16 aus Metall besteht, mit einer Metallotdichtung abgedichtet. Erforderlichenfalls kann ausserdem eine Dichtung 20 in eine geeignete Nut eingeschlossen werden.
Auf die Unterseite der Platte 24 wird in der in Zusammenhang mit der Scheibe 8 nach Fig. 3 beschriebenen Bauweise eine obere Leuchtstoffschicht 13 aufgebracht. Diese Schicht sollte aus in Zusammenhang mit Fig. 3 erwähnten Gründen dünner sein als die Schicht 4. Zwecks Erzielung maximaler Lichtausbeute sollte bei Verwendung von Tritiumgas die Dicke der oberen Schicht etwa 50 Mikron nicht überschreiten. Bei Verwendung von Tritium der gleichen Reinheit wie vorher, erhöht die zusätzliche obere Leuchtstoffschicht die Lichtleistung um 20 bis 30 Prozent. Bei Verwendung von Krypton-85 sollte die Schicht dicker sein und können annähernd 5 bis 10 Prozent Helligkeitssteigerung erwartet werden. Durch Erhöhung des Gasdruckes auf 2 oder 3 oder noch mehr atü mit entsprechender Strahlungssteigerung kann der Helligkeitswert mit jedem der vorgenannten Gase noch weiter erhöht werden.
Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Zeichentafel 21 auf der Oberseite der Platte 24 angeordnet. Die Zeichentafel 21 kann cerhaltiges Glas oder jedes sonstige geeignete Material enthalten, jedoch, wenn das Gerät hauptsächlichlals Leuchte dienen soll, auch weggelassen werden. Wenn ein Werkstoff, wie beispielsweise Folie, Faser oder Metall, verwendet wird, werden die Zeichen, wie bei einer Schablone, ausgeschnitten. Die Kunststoffabdeckplatte 11 wird zum Schutze der unter ihr liegenden Bauelemente verwendet. Ein Halterahmen 22 aus einem dem Metall des Gehäuses 17 ähnlichen Metall wird, wie gezeigt, mit Hilfe von Schrauben 23 auf dem Körper 16 befestigt. Der Rahmen 22 erstreckt sich über die Kante der Abdeckplatte, indem er so die Abdeckplatte 11, die Zeichentafel 21 und die Platte 24 fest auf ihrem Platz hält.
Der Rahmen 22 kann mit Hilfe einer Kuns. tharzdichtung 12 abgedichtet werden.
Wenn in der Lichtquelle zwei Leuchtstoffflächen verwendet werden, ist es zweckmässig, sie parallel zueinander anzuordnen, damit über den gesamten Bereich eine gleichmässige Lichtabgabe erzielt wird.
Diese Regel kann bei ebenen oder anders gestalteten Leuchtstoffschichten befolgt werden.
Die vorgehenden Beschreibungen der besonderen Ausführungsformen der Erfindung dienen in der Hauptsache als Beispiele, wobei es selbstverständlich ist, dass dadurch, sofern sie nicht in den beiliegenden Ansprüchen definiert sind, keinerlei Beschränkungen beabsichtigt sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Selbstleuchtende Lichtquelle, gekennzeichnet durch einen Körperl) mit einer Höhlung (2), eine die innere Bodenfläche der Höhlung (2) bedeckende Schicht (4) aus Leuchtstoff, eine Scheibe (8) aus cerhaltigem Glas, die die Höhlung (2) so abdeckt, dass diese eine Gaskammer bildet., in der sich ein mit dem darin enthaltenen Leuchtstoff in Berührung stehendes radioaktives Gas befindet, einen sich von der Aussenseite des Körpers (1) in die Kammer hinein. erstreckenden Kanal (5), der sich zum Einleiten des Gases in die Kammer eignet, wobei ausserdem Mittel (65) zum Abdichten des Kanals {5) vorgesehen sind.