[科普中國(guó)]-氚管

氚管，又稱氚燈、β燈，是一種利用氫的同位素氚的放射性制造的發(fā)光裝置，其主要結(jié)構(gòu)是在一個(gè)密閉玻璃管中充入氚氣，由氚在β衰變時(shí)釋放出的電子射中涂在玻璃管內(nèi)部的熒光粉，發(fā)出熒光。這個(gè)過(guò)程被稱為輻射發(fā)光。氚管的發(fā)光不需要從外界接受電能，因此常常應(yīng)用在警示裝置和手表上。近年來(lái)，類似于氚管的發(fā)光裝置已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的，利用鐳等有強(qiáng)烈放射性，對(duì)人體有害的元素制造的光源。

簡(jiǎn)介氚管，又稱氚燈、β燈，是一種利用氫的同位素氚的放射性制造的發(fā)光裝置，其主要結(jié)構(gòu)是在一個(gè)密閉玻璃管中充入氚氣，由氚在β衰變時(shí)釋放出的電子射中涂在玻璃管內(nèi)部的熒光粉，發(fā)出熒光。這個(gè)過(guò)程被稱為輻射發(fā)光。氚管的發(fā)光不需要從外界接受電能，因此常常應(yīng)用在警示裝置和手表上。近年來(lái)，類似于氚管的發(fā)光裝置已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的，利用鐳等有強(qiáng)烈放射性，對(duì)人體有害的元素制造的光源。1

原理及特性發(fā)光原理由于氚管使用氚氣和熒光物料發(fā)光，因此其發(fā)出的光被稱為氣態(tài)氚光源。而且氚是屬于β衰變類的放射性元素，所以氚管發(fā)出的光又被稱為β光。

氚是一種放射性元素，自然界中含量極低，所以必須通過(guò)人工的方法來(lái)合成，而且產(chǎn)量非常有限。根據(jù)美國(guó)能源部的報(bào)告，從1955年至1996年四十多年，美國(guó)全國(guó)氚的產(chǎn)量不過(guò)225公斤，大多為軍事用途。而且由于氚會(huì)衰變?yōu)楹?，所以剩下的氚不超過(guò)75公斤?，F(xiàn)在全球每年商業(yè)用氚的量大約為400克，而每一克的成本高達(dá)30,000美元。

氚管的構(gòu)造非常簡(jiǎn)單，就是在一根硼硅玻璃管的內(nèi)壁涂上含熒光涂料，充入微量的氚氣后密封。氚氣會(huì)均勻的釋放出少量的電子流，激發(fā)管壁上的熒光材料，使其發(fā)光。

顏色如果在氚管中充入微量的磷化物，就能改變氚管發(fā)光的顏色。根據(jù)磷化物含量的不同，現(xiàn)在生產(chǎn)出的氚管有綠色，紅，藍(lán)，黃，紫，橙和白色。1

應(yīng)用日常應(yīng)用由于氚管的發(fā)光無(wú)需借助外來(lái)的能量輸入，因此常見(jiàn)于高端夜光潛水、軍用手表上。有些特殊的鑰匙鏈，緊急出口標(biāo)識(shí)上也會(huì)用到氚管。早期的轉(zhuǎn)盤(pán)電話上曾經(jīng)用過(guò)氚管，但是由于已經(jīng)過(guò)了多個(gè)半衰期，發(fā)出的光已經(jīng)非常微弱，幾乎不可見(jiàn)。極個(gè)別的魚(yú)餌也會(huì)用氚管來(lái)吸引魚(yú)類。

日常生活中，最常見(jiàn)氚管的地方還是夜光手表。氚管發(fā)出的光非常微弱，在白天幾乎不可見(jiàn)，但是在晚上的能見(jiàn)距離能達(dá)到數(shù)米。因?yàn)殡暗陌胨テ跒?2.43年，此類夜光手表上的氚管使用壽命大約是10-20年。在此期間，氚管的光芒會(huì)逐漸減弱。超過(guò)兩個(gè)半衰期，也就是24年后，手表上的光就非常微弱了。盡管一支手表上氚的含量非常少，只有不超過(guò)10微克，但是由于的氚的價(jià)格非常昂貴，使用氚管的手表往往也比較昂貴。否則氚管的成本就會(huì)超過(guò)手表本身的造價(jià)。一塊新的手表，上面的氚管越亮，代表著氚的含量越高，造價(jià)也越高。

軍事用途氚在軍事上的用途非常廣泛，氚和氚化鋰-6是制造核武器氫彈最主要的原料之一。因此根據(jù)美國(guó)法律，大量的氚氣（超過(guò)10克）的生產(chǎn)，運(yùn)輸?shù)匿N售是被嚴(yán)格管制的。

而氚管則被廣泛運(yùn)用在戰(zhàn)斗機(jī)駕駛艙的羅盤(pán)和軍隊(duì)標(biāo)識(shí)上。

極個(gè)別的槍支，例如蘇聯(lián)制SVD狙擊步槍上的PSO-1光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡，以及英國(guó)制SA80突擊步槍上的SUSAT光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡，將氚管安裝在準(zhǔn)星上或瞄準(zhǔn)鏡內(nèi)，幫助射手在光線微弱的情況下射擊目標(biāo)。但是，這些槍支上的氚管不會(huì)過(guò)于明亮以防止暴露士兵的位置。

由于氚管的亮度不可調(diào)節(jié)，不能適應(yīng)不同的亮度環(huán)境。目前，有一些廠家正在研究用光纖來(lái)代替氚管，讓其發(fā)出的光芒在白天可見(jiàn)，晚上也不會(huì)覺(jué)得刺眼。1

對(duì)人體健康的影響更多信息：氚

盡管氚具有放射性，但是最近的研究表明，少量的封裝的氚并不足以對(duì)人體構(gòu)成危害。2007年，英國(guó)健康保護(hù)局的一份研究提到，氚對(duì)人體的危害性至少是國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)（ICRP）公布的兩倍。但是由于夜光手表里面的氚氣被密封在玻璃管中，外面還有手表外殼的保護(hù)，因此除非手表外殼破裂，里面的氚管也損壞，否則對(duì)人體的影響是微不足道的。

由于氚管是密封的，氚釋放出的電子流又非常微弱，穿透深度也非常有限。經(jīng)過(guò)手表機(jī)械結(jié)構(gòu)的層層阻隔，已經(jīng)不足以穿過(guò)人的皮膚，對(duì)人體造成危害。但是有研究表明，由于軔致輻射，氚會(huì)輻射出極其微弱的X射線。如果特殊情況下氚管破裂，氚被人體吸收，還是會(huì)有一定的傷害。但是氚的生物半衰期非常短，只有12天。而且每天攝入3-4升的水，還能加快排出氚的生物半衰期。

因此，短時(shí)間暴露在氚輻射下是無(wú)害的。如果氚管破裂，應(yīng)該盡快地遠(yuǎn)離這塊區(qū)域，若是在室內(nèi)，也要開(kāi)窗通風(fēng)排出氚氣。自然界中本身就存在非常微量的氚，大自然也具備讓氚自我衰變的能力。1

法律限制由于氚是制造氫彈等核武器的原料之一，所以氚的使用會(huì)牽涉到合法性的問(wèn)題。盡管制造氫彈需要氚的數(shù)量要比一塊配備氚管的夜光手表里的氚要多得多，但是制造氚管的工廠會(huì)處理相當(dāng)數(shù)量的氚。因此如此敏感的原料在使用，銷售方面有諸多的限制。例如生產(chǎn)自發(fā)光警示裝置，深海夜光手表的廠家，根據(jù)美國(guó)法律第10章，第30、32和110節(jié)，其氚的進(jìn)貨、使用和處理均在美國(guó)核管理委員會(huì)的嚴(yán)格監(jiān)控之下。除此以外，法律甚至還規(guī)定氚的使用和處置必須在幾個(gè)特定的州內(nèi)進(jìn)行。目前氚管在美國(guó)和英國(guó)已經(jīng)大量的銷售，但是仍然處于相關(guān)環(huán)境衛(wèi)生部門(mén)的嚴(yán)格管控之下。在世界其他地方，例如亞洲和澳大利亞，氚管的銷售都是合法的。2

參見(jiàn)氚

氫的同位素

β衰變

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級(jí)工程師 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所