一种基于放射性同位素的长寿命自给能光源

本发明涉及核技术应用，特别是涉及一种基于放射性同位素的长寿命自给能光源。

背景技术：

1、光源是指发出一定波长范围的电磁波的物体。光源不仅是人类日常生活的必需品，而且在工业、农业、交通运输以及国防和科学研究中，都发挥着重要作用。研制、开发和推广应用先进光源历来受到人们的高度重视。根据光的产生途径不同，通常分为热效应发光、原子跃迁发光和辐射发光三种。太阳光和蜡烛燃烧发光属于热效应发光，此类光随着温度的变化会改变颜色。荧光灯和霓虹灯发光属于原子跃迁发光，其灯管内壁涂抹的荧光物质被电磁波能量激发而产生光，原子跃迁发光具有特征谱线。辐射发光是物质内部带电粒子加速运动时所产生的光，如同步辐射光、切伦科夫辐射发光，这类光的能量和强度一般较高，常用于科学研究中。

2、人类最初使用的光源大多属于热光源，包括利用篝火取暖、火炬照明，以及随后发明的蜡烛、煤气灯和煤油灯；这些光源依赖于可燃物质，寿命有限，光强和光谱范围也一般无法进行调节。随后，白炽灯、霓虹灯、荧光灯、led灯等电驱动的光源相继投入使用，在发光效率、使用寿命、使用方便程度等方面相对依赖于可燃物质的光源进步明显，极大改善了人类光源的应用范围和使用方法；但是电驱动光源需要电的供给，需要进行布置电线，或者使用电池等部件进行配套，对于需要独立配置和工作寿命较长的光源应用场合，无法满足需求。

3、同位素光源，又叫原子灯，一是利用放射性同位素放出的射线激发磷光体发光的一种光源。原子灯不需要外界提供能量而自行发光，且不受外部恶劣环境的影响，隐闭性强，可长期使用。在一些特殊的场合的照明，例如夜间枪械准星瞄准，易燃易爆仓库、地下矿井、坑道的照明和安全标志，飞机场跑道夜间指示，公路、铁路、航空、航海的信号灯，夜战行军标识等，具有广阔的应用前景。然而，受到放射源和荧光体的限制，目前应用最广的同位素光源仅限于氚灯(3h)和氪灯(85kr)。氚灯和氪灯一般由灯体、荧光体和放射性气体三部分组成：灯体是一个透光的密封外壳，荧光体涂在其内壁上，受放射性气体衰变产生的射线激发后发光；密封外壳经抽真空后充入3h或85kr气体，之后再密封获得氚灯或氪灯。目前这种同位素光源的构造和制备方法，难以实现微型化，其亮度也较低，处于1～10cd/m2范围，而且磷光体材料在经射线长时间辐照后，往往发光性能会受到影响，造成同位素光源性能下降或使用寿命缩短。这些不足使传统的同位素光源应用范围受到极大限制，因此发展新型的同位素光源势在必行。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于放射性同位素的长寿命自给能光源，在无需外部额外供能或做功的情况下，可提供从红外、可见光、到紫外光谱范围，寿命从数天、数月，到数十年、甚至更长时间的自主发光，满足多种工况条件下的不同需求。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于放射性同位素的长寿命自给能光源，包括反射层，反射层上涂覆有至少一层放射性同位素源与发光体的混合体；

3、所述放射性同位素源为粉状，所述发光体为低维材料。

4、在本发明一个较佳实施例中，所述反射层上从内之外依次是放射性同位素源、发光体、放射性同位素源与发光体混合体的多层叠加。

5、在本发明一个较佳实施例中，所述放射性同位素源为包含cm-244、cm-242、am-241、pu-241、pu-238、ra-228、po-210、sm-151、pm-147、ce-144、cs-137、sr-90、kr-85、ge-68、ni-63、s-35、p-33、na-22、c-14或h-3中的一种核素或多种核素，放射性同位素源的化学形式为单质、化合物、或混合物中的一种或多种。

6、在本发明一个较佳实施例中，所述发光体材料中的结构包含一维、二维、或零维结构中的一种或多种形式，通过溶液法直接制备、或者化学气相沉积法直接制备、或者原子层沉积法直接制备、或者通过旋涂法制备、或者通过块体材料剥离制备、或者通过块体材料研磨制备、或者通过块体材料或薄膜材料刻蚀制备获得，发光体材料中根据需要掺杂li、tl、zn、cs、eu、ce、或mn中的一种或多种元素，以实现发光强度的增强、或调节光子的能量。

7、在本发明一个较佳实施例中，所述发光体材料中的化学组成，其同位素组分包含cm-244、cm-242、am-241、pu-241、pu-238、ra-228、po-210、sm-151、pm-147、ce-144、cs-137、sr-90、kr-85、ge-68、ni-63、s-35、p-33、na-22、c-14或h-3中的一种核素或多种核素。

8、在本发明一个较佳实施例中，还包括防护层，设置于反射层的出射光处。

9、进一步的，所述防护层材料为硅树脂、环氧树脂、酚醛环氧树脂、聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲脂、联苯芳烷基树脂、石英玻璃、有机硅化合物中的一种材料或多种材料的混合物，结构上为凸面、平面、凹面中的一种或多种形式的组合，实现光线或射线的汇聚、发散、散射、衰减、或阻挡作用。

10、本发明光源结构的理论依据是基于放射性同位素源与发光体混合体的相互作用原理以及防护层的保护功能。放射性同位素源是一种能够通过放射性衰变来释放能量的物质，而发光体则是能够吸收外部能量并发出可见光的材料。当放射性同位素源与发光体混合在一起时，放射性衰变释放的能量可以被发光体吸收并转化为可见光，从而实现自主发光的效果。

11、与现有的同位素薄膜或气体辐射源相比，本发明采用粉状的放射性同位素源具有更多的优势。首先，粉状源与发光体的接触面积更大，反应更充分，能够产生更高的量子效率，即能够更高效地转化能量为可见光；其次，粉状源可以直接与发光体充分混合，形成混合体。这样的混合体可以直接涂覆在反射层内表面，具有低成本、高效的制备方式。此外，采用涂覆的方式还可以根据需要调整混合体的厚度，以获得更好的光转换效果。

12、另外，本申请光源结构中的发光体采用了低维材料，如纳米材料或量子点，具有许多优势。首先，低维材料可以与同位素放射源充分混合，实现更高的能量转换效率；其次，低维材料通常具有较高的量子效率，即单位能量转化为可见光的效率较高，因此能够节约能源和降低成本。此外，低维材料还具有较小的尺寸和重量，可以减轻整个光源结构的重量，有利于应用场景的设计和安装。同时，低维材料的制备工艺相对简单，能够降低制备成本并提高生产效率。这些优势使得低维材料成为与放射源配对使用时的理想选择，能够有效地提高能量转换效率，降低能源损耗，并为光源结构的实际应用带来更大的经济和环境效益。

13、本发明的有益效果是：本发明光源结构基于放射性同位素源与发光体的混合体，并加上防护层的设计，具有高能量转换效率、安全性和节约性的优势。采用粉状的同位素源和低维材料发光体能够进一步提高量子效率、降低成本、减轻重量和简化制备工艺，使得该光源结构在各种应用场景中具有广泛的应用潜力和经济效益。

技术特征：

1.一种基于放射性同位素的长寿命自给能光源，其特征在于，包括反射层，反射层上涂覆有至少一层放射性同位素源与发光体的混合体；

2.根据权利要求1所述的基于放射性同位素的长寿命自给能光源，其特征在于，所述反射层上从内之外依次是放射性同位素源、发光体、放射性同位素源与发光体混合体的多层叠加。

3.根据权利要求1所述的基于放射性同位素的长寿命自给能光源，其特征在于，所述放射性同位素源为包含cm-244、cm-242、am-241、pu-241、pu-238、ra-228、po-210、sm-151、pm-147、ce-144、cs-137、sr-90、kr-85、ge-68、ni-63、s-35、p-33、na-22、c-14或h-3中的一种核素或多种核素，放射性同位素源的化学形式为单质、化合物、或混合物中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的基于放射性同位素的长寿命自给能光源，其特征在于，所述发光体材料中的结构包含一维、二维、或零维结构中的一种或多种形式，通过溶液法直接制备、或者化学气相沉积法直接制备、或者原子层沉积法直接制备、或者通过旋涂法制备、或者通过块体材料剥离制备、或者通过块体材料研磨制备、或者通过块体材料或薄膜材料刻蚀制备获得，发光体材料中根据需要掺杂li、tl、zn、cs、eu、ce、或mn中的一种或多种元素，以实现发光强度的增强、或调节光子的能量。

5.根据权利要求1所述的基于放射性同位素的长寿命自给能光源，其特征在于，所述发光体材料中的化学组成，其同位素组分包含cm-244、cm-242、am-241、pu-241、pu-238、ra-228、po-210、sm-151、pm-147、ce-144、cs-137、sr-90、kr-85、ge-68、ni-63、s-35、p-33、na-22、c-14或h-3中的一种核素或多种核素。

6.根据权利要求1所述的基于放射性同位素的长寿命自给能光源，其特征在于，还包括防护层，设置于反射层的出射光处。

7.根据权利要求6所述的基于放射性同位素的长寿命自给能光源，其特征在于，所述防护层材料为硅树脂、环氧树脂、酚醛环氧树脂、聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲脂、联苯芳烷基树脂、石英玻璃、有机硅化合物中的一种材料或多种材料的混合物，结构上为凸面、平面、凹面中的一种或多种形式的组合，实现光线或射线的汇聚、发散、散射、衰减、或阻挡作用。

技术总结本发明公开了一种基于放射性同位素的长寿命自给能光源，包括反射层，反射层上涂覆有至少一层放射性同位素源与发光体的混合体；所述放射性同位素源为粉状，所述发光体为低维材料。本发明光源结构基于放射性同位素源与发光体的混合体，并加上防护层的设计，具有高能量转换效率、安全性和节约性的优势。采用粉状的同位素源和低维材料发光体能够进一步提高量子效率、降低成本、减轻重量和简化制备工艺，使得该光源结构在各种应用场景中具有广泛的应用潜力和经济效益。技术研发人员：韩运成,孟祥东,任雷,王晓彧,何厚军,李桃生受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/12/2