CN109386742B - 一种含放射源无外部能量的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核技术应用领域，具体涉及一种含放射源无外部能量的照明装置，其中包括内部设有放射源(101)的发光体(102)，所述发光体(102)由闪烁体构成，所述放射源(101)为弱穿透能力放射源，放出弱穿透能力的粒子，所述闪烁体的闪烁频率大于等于0.4％。采用本发明所提供的照明装置，无需外部能量即可发光照明，经济节能；可用于外部能量无法长期供应的场所照明使用；可用于需要长期照明的场所使用；不存在漏电、起火等隐患，安全性高。

Description

一种含放射源无外部能量的照明装置
技术领域
本发明属于核技术应用领域，具体涉及一种含放射源无外部能量的照明装置。
背景技术
在高能粒子或射线(如中子、X射线、γ射线等)激发下发出脉冲光的物质称作闪烁体，其吸收高能粒子或射线后能够发光的现象称之为辐射发光，其可作为低水平光源用于仪器夜晚照明或信号或无需外部能量的长期光源应用，曾被用于钟表指针和仪器刻度盘，使其在黑暗中可见。
传统闪烁体发光机制如下：入射辐射粒子与原子或分子碰撞，激发轨道电子到更高能级产生辐射发光，然后，电子退激回到基态，将额外的能量以光子形式放出，放出的光子一般在紫外线或更高能量范围，人眼不可见，因此，在传统辐射发光光源中，还需要混合荧光粉，被粒子击打后放出特定颜色的光。
发明内容
本发明根据闪烁体辐射发光的特性，设计发明了一种含有放射源、无需外部能量、经济节能的照明装置。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种含放射源无外部能量的照明装置，包括内部设有放射源的发光体，所述发光体由闪烁体构成，所述放射源为弱穿透能力放射源，放出弱穿透能力的粒子，所述闪烁体的闪烁频率大于等于0.4％。
进一步，所述发光体外围设置密封的透明层。
进一步，所述弱穿透能力的粒子包括：α粒子、低能β粒子、低能γ粒子。
进一步，所述闪烁体的密度大于等于1gcm-3；所述闪烁体的厚度大于等于0.5cm。
更进一步，所述发光体、透明层之间设置外层材料，所述外层材料能够使所述发光体发出的光变为特定光线。
进一步，所述外层材料为荧光材料。
进一步，所述外层材料为波长转换材料。
本发明的有益效果在于：
1.无需外部能量即可发光照明，经济节能。
2.可用于外部能量无法长期供应的场所照明使用。
3.可用于需要长期照明的场所使用。
4.不存在漏电、起火等隐患，安全性高。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述的一种含放射源无外部能量的照明装置的示意图；
图中：101-放射源、102-发光体、103-外层材料、104-透明层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明提供的一种含放射源无外部能量的照明装置，包括放射源101、发光体102、外层材料103、透明层104。
其中，放射源101设置在发光体102内部，发光体102由闪烁体构成，发光体102选用光子产额、闪烁效率高且透明透光性好的闪烁体制成，本发明提供的含放射源无外部能量的照明装置的形状取决于闪烁体的加工形状，可以为长方体、圆柱体等。闪烁体的密度大于等于1gcm-3；闪烁体的厚度大于等于0.5cm；闪烁体的闪烁频率大于等于0.4％。
放射源101为弱穿透能力放射源，放出弱穿透能力的粒子。弱穿透能力的粒子包括：α粒子、低能β粒子、低能γ粒子。在本发明中，放射源101可以是Am-241，但不限于此。
设闪烁体密度为ρgcm-3，厚度为d cm，那么，放射源放出的单位通量的粒子在闪烁体中沉积的能量为ΔE＝dE/dx×ρ×d，其中dE/dx为放射源发出的粒子对闪烁体的电离能力，如Am-241放出的α粒子的电离能力
dE/dx≈5.6MeV/cm。
因为自然环境中充斥着来自太空的宇宙射线，宇宙射线中的缪子同样能够使闪烁体产生辐射发光，因此本发明所提供的含放射源无外部能量的照明装置同样要考虑在宇宙射线中的缪子在闪烁体中的作用。设闪烁体对缪子的光子产额为Yph，闪烁效率为Cph，闪烁体产生的光子的平均能量为hνave，宇宙射线的缪子穿过闪烁体产生的光子数nph＝ΔE×Yph，总光子能量为Eph＝nph×hνave＝dE/dx×ρ×d×Cph。
在发光照明领域，常用光强和光通量表示光源发光强度，光强表示发光体到底有多亮，I＝Nhν，光通量表示单位时间内光源辐射的总能量，对于各项同性的光，F＝4πI，单位lm，流明。常用的从另一个角度来反映光源亮度的物理量是光照度，单位Lux，勒克斯，定义为1lm的光通量均匀分布在1m2表面上所产生的光照度就是1lx，即1lx＝1lm/m2，普通房间灯光下的光照度为100lx，所以，在1cm2表面上要产生100lx的光照度，需要光通量为F＝0.01lm。
当放射源发出的粒子入射闪烁体时，闪烁体产生的光子并非各项同性，则F＝I＝Nhν＝Φ×Eph＝Φ×dE/dx×ρ×d×Cph＝2ρdCph，(Φ为天然宇宙射线中的缪子的海平面通量，Φ≈1cm-2min-1)；因此，对于ρ＝1gcm-3，d＝0.5cm的闪烁体，有每分钟闪烁效率为Cph＝0.4％，即闪烁体对放射源发出的粒子的发光效率达到0.4％即可，也就是当采用如Am-241作为放射源时(Am-241放出的α粒子电离能力dE/dx≈5.6MeV/cm)，对于ρ＝1gcm-3、d＝0.5cm、闪烁效率为Cph＝0.4％的闪烁体，F＝1×5.6×1×0.5×0.4＝1.12lm。对于一些高发光效率的新型闪烁体，这是可以达到的。在本发明中，发光体102可以是SrI2:Eu、CeBr3等材料，但不限于此。
在本发明所提供的含放射源无外部能量的照明装置中，透明层104密封设置在发光体102外围，即能透过发光体102产生的光线，又能够保证内部的发光体102(闪烁体)不易潮解氧化。透明层104可采用塑料、有机玻璃等材料制作。
发光体102、透明层104之间设置外层材料103，外层材料103能够使发光体102发出的光变为特定光线。外层材料103为可选材料，根据需要选择安装或者不安装。具体的，外层材料103为荧光材料；或者外层材料103为波长转换材料。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (3)

1.一种含放射源无外部能量的照明装置，其特征是：包括内部设有放射源(101)的发光体(102)，所述发光体(102)由闪烁体构成，所述放射源(101)为弱穿透能力放射源，放出弱穿透能力的粒子，所述弱穿透能力的粒子包括：α粒子、低能β粒子、低能γ粒子；所述闪烁体的闪烁频率大于等于0.4％；所述闪烁体的密度大于等于1gcm-3；所述闪烁体的厚度大于等于0.5cm；获得所述闪烁体的闪烁频率、密度及厚度的参数范围的计算方法，包括：
设所述闪烁体的密度为ρgcm-3，厚度为d cm，放射源放出的单位通量的粒子在闪烁体中沉积的能量为ΔE＝dE/dx×ρ×d，其中dE/dx为放射源发出的粒子对闪烁体的电离能力；
设所述闪烁体对宇宙射线中的缪子的光子产额为Yph，闪烁效率为Cph，闪烁体产生的光子的平均能量为hνave，所述缪子穿过所述闪烁体，产生的光子数nph＝ΔE×Yph，总光子能量为Eph＝nph×hνave＝dE/dx×ρ×d×Cph；
当所述放射源发出的粒子入射所述闪烁体时，所述闪烁体产生的光子并非各项同性，则光通量F＝I＝Nhν＝Φ×Eph＝Φ×dE/dx×ρ×d×Cph＝2ρdCph，其中，Φ为宇宙射线中的缪子的海平面通量，Φ≈1cm-2min-1；
所述发光体(102)外围设置密封的透明层(104)，所述发光体(102)、透明层(104)之间设置外层材料(103)，所述外层材料(103)能够使所述发光体(102)发出的光变为特定光线。
2.如权利要求1所述的照明装置，其特征是：所述外层材料(103)为荧光材料。
3.如权利要求1所述的照明装置，其特征是：所述外层材料(103)为波长转换材料。
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