DE2303398C3

DE2303398C3 - Verfahren zur Herstellung von Kristallen des fotochromatischen Sodaliths

Info

Publication number: DE2303398C3
Application number: DE2303398A
Authority: DE
Inventors: Oleg Konstantinovič Melnikov; Mochira Achadovna Taškentskaja oblast' Vachidova
Original assignee: INSTITUT JADERNOJ FISIKI AKADEMIJ NAUK USBEKSKOJ SSR TASKENTSKAJA OBLAST' SU; INSTITUT KRISTALLOGRAFII AKADEMII NAUK SSSR MOSKVA SU
Current assignee: INSTITUT JADERNOJ FISIKI AKADEMIJ NAUK USBEKSKOJ SSR TASKENTSKAJA OBLAST' SU; INSTITUT KRISTALLOGRAFII AKADEMII NAUK SSSR MOSKVA SU
Priority date: 1972-02-04
Filing date: 1973-01-24
Publication date: 1981-08-13
Also published as: DD101567A1; US3964984A; GB1425071A; DE2303398B2; DE2303398A1; SU400137A1; FR2169980B1; FR2169980A1; NL7301339A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kristallen des fotochromatischen Sodaliths.

Der Bedarf an fotochromatischen Materialien wird hervorgerufen durch die Entwicklung der Holographie, des dreidimensionalen Fernsehens und der Rechenspeicherung. Polykristallinen fotochromatischen Sodalith verwendet man zum Beschichten der Bildschirme von Elektronenstrahlröhren, die das Bild speichern. Größere Einkristalle an fotochromatischem Sodalith (bis zu einigen cm³) eröffnen neue Möglichkeiten für die Aufzeichnung dreidimensionaler Hologramme und Schaffung optischer Speicherzellen.

Es ist ein Verfahren zur Aktivierung fotochromatischer Zentren im Sodalith bekannt, wonach das feinkristalline Sodalithpulver in einer Reduktionsatmosphäre bei einer Temperatur von 1050° C geglüht wird.

Die Nachteile dieses Verfahrens sind:

a) hohe Temperatur;

b) spezielle Atmosphäre (Reduktionsatmosphäre)

c) die Unmöglichkeit, größere Einkristalle des fotochromatischen Sodaliths zu erhalten, weil die bislang hergestellten größeren Sodalitheinkristalle immer Wasser enthalten, welches bei einer Temperatur von 600° C die Kristalle sprengt.

Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung von fotochromatischem Sodalith bekannt, wonach feinkristalliner Sodalith, der Schwefelionen als zwingende Beimengung enthält, in einer Wasserstoffatmosphäre bei 800 bis 900° C geglüht wird. Dieses Verfahren besitzt ebenfalls einige Nachteile:

a) zwingende Zugabe von Beimengungen;

b) die Notwendigkeit, eine Wasserstoffatmosphäre einzuhalten;

c) verhältnismäßig hohe Temperaturen;

d) Unmöglichkeit, größere Kristalle des fotocTiromatischen Sodaliths zu erhalten.

Nahe kommt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Kristallen des fotochromatischen Sodaliths (D.W. G. Ballentyne.L. Byc, J. Phys. D., 3, N 10, 1970), nach welchem die fotochromatischen Zentren im Sodalith durch Beschüß der Kristalle, die Chlorionen als Beimengung enthalten müssen, mit Elektronen bei einer Spannung von 100 kV angeregt werden. Nach diesem Verfahren konnten fotochromatische Zentren nur in der Oberflächenschicht (einige wenige Mikrometer) der Sodalithkristalle aktiviert werden. Dieses Verfahren macht es jedoch nicht möglich, größere Einkristalle des fotochromatischen Sodaliths zu erhalten und erfordert die zwingende Zugabe von Chlorionen als Beimengung. Somit machen es die bekannten Verfahren zur Herstellung von fotochromatischem Sodalith nicht möglieh, größere Kristalle zu erhalten und erfordern entweder die Anwendung hoher Temperatur und spezieller Bedingungen, wie inerter Atmosphäre oder Zugabe von Beimengungen, welche die Aktivierung der fotochromatischen Zentren stimulieren.

Der Artikel von C. W. Owens und F. S. Rowland »The Chemical State of Chlorine-36 in Neutron-Irradiated Minerals« in J. Inorg. Nucl. Chem., 1962, Vol. 24, pp. 130-137, beschäftigt sich mit rein radiochemischen Aufgaben. In diesem Artikel ist neben vielen anderen Mineralen auch von Sodalith die Rede, der während 10 Tagen mit Neutronen (1,5 · ¹³ n/cm² see bzw. 0,5 · 10" n/cm² see [s. Tabelle 2 (a) und (b), S. 134] bestrahlt wurde. Bei einer derartigen Bestrahlung verfärbten sich die Minerale nicht, sondern entfärbten sich sogar erheblich (S. 135, Z. 5).

Es gilt nun zu untersuchen, warum eine derartige Bestrahlung nicht zu einem fotochromatischen Sodalith führte. Erfindungsgemäß müssen zur Erzeugung von fotochromatischem Sodalith die Kristalle in ein Feld ionisierender Strahlung für eine Zeitspanne eingebracht werden, die für die Aktivierung der fotochromatischen Zentren ausreichend ist, d. h. es ist die erforderliche Gesamtstrahldosis zu erzielen, die von der Zeit und natürlich auch von der Leistung, der

jo Quelle abhängt. Nach dem Artikel wurde 10 Tage mit einer Gesamtdosis von 1,296 · 10" n/cm² [s. Tabelle 2 (a)] oder 0,432· 10'⁷n/cm² [s. Tabelle 2 (b)j bestrahlt, erfindungsgemäß wurde während 23 Std. x 1,8· 10" n/cm² see= 1,4904 · 10¹⁸ n/cm² (s.

J5 Beispiel 4) bestrahlt. Bei einer Dosierung 10¹⁷ n/cm^: entstehen noch keine fotochromatischen Zentren, andererseits werden be^; einer Dosierung von über ca. 10" n/cm² die entstandenen Zentren zerstört und damit auch die fotochromatischen Eigenschaften. Für

«to die Entstehung von fotochromatischen Zentren ist somit ein ganz enger Strahlendosisbereich erforderlich. Dies gilt auch für andere Arten von Strahlung.

In dem Artikel konnte somit nicht jene Bedeutung der Gesamtstrahlendosis aufgezeigt werden, die für die Bildung von fotochromatischen Sodalithkristallen erforderlich ist, d. h. die Verfasser haben sich eine völlig andere Aufgabe gestellt, wobei sie einerseits den Sodalith zu wenig, andererseits jedoch zu stark bestrahlt haben.

In der GB-PS 1187982 heißt es auf Seite 1, Zeile 38 bis 47, daß der natürliche Sodalith bei einer Erwärmung auf ca. 450° C seine blaue Farbe verliert und diese bei Behandlung mit Röntgenstrahlen erneut zurückgewinnt. Die Röntgenstrahlung wurde jedoch in

π vorliegendem Falle nicht zur Erzielung von Färbungszentren verwendet, sondern lediglich zur Wiederherstellung der Färbung, was weit geringere Dosen erfordert. Ferner ist die Färbung nicht fotochromatisch, da sie bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht nicht verschwindet. Erfindungsgemäß handelt es sich jedoch um fotochromatische Färbungszentren mit einer maximalen Absorption von ca. 530 nm, die bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht ohne weiteres zum Verschwinden gebracht werden können. Von einem

b5 solchen fotochromatischen natürlichen Sodalith ist in der GB-PS auf Seite 1, Zeile 47-53, die Rede.

Erfindungsgemäß ergibt sich bei Bestrahlung des Sodaliths mit Röntgenstrahlung bei einer Dosis von

io

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unter 10⁷ Röntgen eine blaue Färbung, die im Licht nicht verschwindet, d. h. daß der Sodalith nicht fotochromatisch wird. Erst bei einer Dosis von über 10⁷ Röntgen kommt es zur Ausbildung einer himbeerroten fotochromatischen Färbung, d. h. im vorliegenden Falle ist wie im Falle der Verwendung von Neutronen die Gesaratstrahlendosis, die von der Leistung der Quelle und der Bestrahlungsdauer abhängt, entscheidend.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden.

Der Gegenstand der Erfindung ist aus dem voranstehenden Ansprach ersichtlich.

Als ionisierende Strahlung können Röntgenstrahlen verwendet werden.

Für größere und dicke Sodalithproben verwendet man zweckmäßig als ionisierende Strahlung harte elektromagnetische Strahlung — y-Strahlen, die ein hohes Durchdringungsvermögen besitzen, wobei nach der Bestrahlung damit in der Probe keine Restaktivität beobachtet wird.

Es können als durchdringende ionisierende Strahlung auch schnell bewegte Kernteilchen (Neutronen, Protonen, schnell bewegte Elektronen, α-Teilchen) verwendet werden.

Ein solches Verfahren macht es möglich, größere Einkristalle des fotochromatischen Sodaliths zu erhalten, es erfordert jedoch nicht, Beimengungen zuzugeben, hohe Temperaturen und eine spezielle Atmosphäre anzuwenden.

Zur Erläuterung der Erfindung werden nachstehend konkrete Beispiele für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Beispiel 1

Ein Einkristall eines synthetischen Hydrosodaliths, welcher keine speziell zuzugegebenden Beimengungen enthält und Abmessungen von 20 X 20 X 20 mm³ aufweist, brachte man in ein Feld der y-Strahlung des Isotops Co⁶⁰ mit einer Strahlendosisleistung von 3000 r/s ein. Die y-Quelle besaß die Form eines Zylinders von 80 mm Durchmesser und 500 mm Höhe. Um den Zylinder herum wurden Kobaltquellen angeordnet. Die zu bestrahlende Sodalithprobe wurde in der Mitte der Quelle angeordnet. Die Haltedauer der Probe im Feld der y-Strahlung betrug bei 70° C 42 Stunden. Dabei wurden im ganzen Volumen des Sodalitheinkristalls gleichmäßig fotochromatische Zentren aktiviert. Die Farbdichte betrug bei einem Maximum der Absorptionsbande von 530 nm D =40.

Beispiel 2

Eine Platte von natürlichem Sodalith mit Abmessungen von 10x10x1 mm³ wurde in ein Röntgen-

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35 Strahlenfeld eingebracht. Die Bestrahlung erfolgte auf einer Röntgenanlage unter Anwendung von W-Strahlung. Die Spannung betrug 60 kV, die Stromstärke 20 mA, die Strahlendosisleistung 200 r/s. Die Platte wude dicht am Fenster der Röntgenröhre angeordnet. Während 70 Stundentritt bei Zimmertemperatur eine Absorptionsbande mit einem Maximum von 530 nm mit einer Dichte von D = 1,5 auf.

Beispiel 3

Polykristalliner Hydrosodalith (die Kristallgröße beträgt höchstens 50 μίτι) brachte man in das Feld einer analog der in Beispiel 1 beschriebenen y-Quelle ein. Dabei wurde das Sodalithpulver rot gefärbt, was von der Aktivierung der fotochromatischen Zentren zeugt.

Beispiel 4

Eine Einkristallplatte von synthetischem Sodalith von 1 mm Dicke wurde in einen Reaktor mit einer Leistung des Neutronenstromes von 1,8 · 10¹³ n/ s · cm² eingebracht. Während 23 Stunden tritt bei 40° C in dem Ausgangskristall eine Absorptionsbande mit einem Maximum von 530 nm (der Kristall wird rot gefärbt) bis zu einer Dichte von D=I auf. Dabei tritt in dem Sodalithkristall die Aktivität im wesentlichen durch Na 24 mit einer Halbwertszeit von 15 Stunden auf. Deshalb wurde der Sodalithkristall nach der Bestrahlung im Reaktor in einer Bleikammer bis zur Erzielung der zulässigen Dosen gehalten.

Beispiel 5

Ein Einkristallsodalith von 0,3 mm Dicke wurde mit Elektronen auf einem Linearelektronenbeschleuniger mit einer Energie von 150 keV bestrahlt. Der Integralelektronenstrom betrug 10¹⁵ /3/cm². Bei Zimmertemperatur werden während 10 Stunden im ganzen Kristallvolumen fotochromatische Zentren aktiviert.

Beispiel 6

Eine Sodalithplatte von 1 mm Dicke wurde in einem Zyklotron mit einer Energie von 18 MeV bestrahlt. Die mittlere Dichte des Protonenstromes betrug 6 · 10¹² p/s · cm². Zur Aktivierung von fotochromatischen Zentren im ganzen Volumen der Kristalle benötigt man 12 Minuten.

Beispiel 7

Ein 10 μηι dicker Sodalitheinkristall brachte man in ein Feld der α-Teilchen mit einer Energie von 5,15 MeV ein. Der Strom der α-Teilchen betrug 10³ α-ran² ■ min. Während 24 Stunden werden im ganzen Kristallvolumen fotochromatische Zentren aktiviert.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Kristallen des fotochromatischen Sodaliths durch Einbringen der Sodalithkristalle in ein Feld durchdringender ionisierender Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß man die Sodalithkristalle für einen Zeitraum bestrahlt, der für die Aktivierung der darin enthaltenen fotochromatischen Zentren mit einer Absorptionsbande von ca. 530 nm ausreichend ist.