Tritium als Energiequelle für Leuchtmittel in

Uhren und Messinstrumenten

 

1.         Tritium als Leuchtmittel

 Tritium (H-3) ist ein sehr schwach radioaktiver Stoff (Betastrahler) mit einer sehr niedrigen

Halbwertszeit (12 Jahre). Tritium wird in Deutschland seit langem u. a. als Leuchtmittel in Uhren, Messinstrumenten und Schildern verwendet. In der Verwendung wie auch in der Risikofolgenabschätzung ist zwischen einem festen und einem gasförmigen Aggregatzustand zu unterscheiden.

 2.         Tritium ist nicht gleich Tritium

 Im festen Aggregatzustand wird Tritium mit Farbpartikeln, Kunststoffen oder Lacken vermengt, die durch das darin gebundene Tritium zum Leuchten gebracht werden. Tritium ist in Leuchtfarben quasi als Wasserdampf-Verbindung gebunden. Dieser kann durch Einatmen oder durch die Haut nahezu vollständig aufgenommen werden, was das Risiko einer Kontamination in sich birgt. Studien haben ergeben, dass Tritium mit der Zeit freigesetzt wird und somit die Gefahr einer Verstrahlung der unmittelbaren Umgebung besteht.

 Aufgrund dieses Restrisikos hat das Unternehmen ein Verfahren entwickelt, bei dem Tritium nicht fest, sondern in seiner natürlichen Form als Gas in Glasröhrchen verschlossen wird - dieses Verfahren wird GTLS-Technologie genannt (Gaseous Tritium Light Source). Hierbei werden spezielle Farbpartikel an der Innenseite der Glasröhrchen durch das gasförmige Tritium zum Leuchten gebracht. Im Gegensatz zur festen Leuchtfarbe erlaubt die GTLS- Technologie den risikolosen Einsatz von Tritium als Leuchtmittel.

 3.         Die Leistungsmerkmale der gasförmigen Tritium-Technologie auf einen Blick

 -          Tritium wird durch die Glasröhrchen hermetisch abgeschlossen, weshalb eine Kontamination des Verbrauchers ausgeschlossen ist.      

-          Gasförmiges Tritium ist sehr flüchtig, d. h. selbst im höchst unwahrscheinlichen Fall des Brechens eines Röhrchens verflüchtigt es sich mit einer Geschwindigkeit von ca. 3mISek, weshalb ein Einatmen des kompletten Inhalts unmöglich ist.

 -                      Die potenzielle Aktivität des kompletten Tritiumgehalts in einer Uhr liegt unter dem geltenden EU-Grenzwert von  1 Gigabequerel. Die potenzielle Dosis der Strahlenexposition in einem Schadenfalls ist 1000-mal geringer als die sogenannte „natürliche Strahlung“ und  entspricht der gleichen Dosis wie ein vierwöchiger Badeurlaub am Meer oder dem Verzehr einer Banane alle 2 Tage pro Jahr.

 -          Die Beleuchtung von Uhren und Messinstrumenten auf Tritiumgas-Basis ist für viele Verbraucher (z.B. Piloten, Jäger oder Taucher) alternativlos: Die GTLS-Technologie ist sicher, sie benötigt keine externe Lichtquelle zur Aktivierung der Leuchtfarbe und auch keinen zusätzlichen Batteriebetrieb. Zudem ist die Beleuchtung auf Tritiumgas-Basis ergiebiger und Ianglebiger als herkömmliche Verfahren. Die dauerhaft hohe Leuchtkraft auf Tritiumgas-Basis (garantiert 10 Jahre) erfordert im Vergleich zu alternativen Verfahren keinen zusätzlichen Energieaufwand, keine zusätzliche Aktivierung per Knopfdruck und auch keine externe Lichtquelle. So gesehen bietet die GTLS-Technologie deutliche Vorteile gegenüber konventionellen Angeboten.

 4.         Aktueller Sachstand zum geplanten Verwendungsverbot von Tritium

 Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) arbeitet an einer Novellierung der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV). Die Novelle ist aus Sicht des BMU erforderlich, weil Anpassungen  im Vollzug des Strahlenschutzrechts notwendig sind. Im Zuge der Novelle der StrlSchV strebt das BMU eine deutliche Absenkung der Freigrenzen für die Strahlenexposition durch Tritium um den Faktor 100 unter den EU-Grenzwert in Höhe von 1 GBq an.

Dies ist sehr verwunderlich, da sowohl die Europäische Kommission als auch die Internationale Atomenergiebehörde (IAEA) an dem genannten Wert festhalten wollen und diesen unverändert für gesundheitlich absolut unbedenklich halten. Darüber hinaus plant das BMU zudem die StrlSchV mit einer Liste sogenannter nicht gerechtfertigter Tätigkeitsarten zu ergänzen (Anlage XVI) und im Zuge dessen ein generelles Verwendungsverbot von Tritium in Konsumgütern durchzusetzen. Hierfür sollen in Ziffer 9 der geplanten Anlage XVI explizit „Uhren“ als nicht gerechtfertigte Verwendungsart aufgenommen werden. Das Verbot bezieht sich ausschließlich auf den verbrauchernahen Bereich, d. h. Ausnahmen sollen für den hoheitlichen Bereich fortbestehen.

 Nachdem die Änderung der StrISchV im letzten Jahr noch unter der alten Bundesregierung von den mit beratenden Ministerien BMWI und BMBF aufgrund zahlreicher Einwände zurückgewiesen wurde, befindet sie sich derzeit unverändert in der Ressortabstimmung. Ob die StrlSchV wie geplant in Kraft tritt, ist fraglich. Das Verfahren zur Beschlussfassung wird sich jedenfalls noch eine Weile hinziehen. Mit einem Inkrafttreten der neuen StrlSchV ist nicht vor Beginn 2011 zu rechnen.

Und falls das Verwendungsverbot für Tritium beschlossen werden sollte, wird es Übergangfristen von mindestens einem Jahr geben.

 5.         Mögliche Folgen eines Verwendungsverbots von Tritium

 Tritt die Novelle der StrlSchV in Kraft, dürften tritiumhaltige Produkte in Deutschland nicht mehr in Verkehr gebracht oder hergestellt werden, es sei denn, sie sind für den hoheitlichen Bedarf bestimmt. Die Folgen wären:

 -           Das Aus für viele Unternehmen (z.B. Uhrenhändler, Spezialversender) in            Deutschland und damit verbunden ein Verlust von Arbeitsplätzen.

 -           Eine unnötige Veränderung der Marktbedingungen in Deutschland und damit      einseitige Schädigung von Industrie und Handel.

 -           Eine Verzerrung des europäischen Binnenmarktes, weil fortan in Deutschland andere

            Grenzwerte gelten würden als in Nachbarstaaten (z.B. Osterreich, Niederlande, Schweiz, GB und Frankreich) und ein Verbot von Tritium in Uhren ebenfalls einseitig           beschlossen würde.

 -           Ein Umlenken der Nachfrage auf weniger seriöse Anbieter im Ausland. Durch die          Übererfüllung europäischen Rechts, würden sich Konsumenten künftig ihre Produkte    anderweitig beschaffen. Eine lückenlose Kontrolle der Endverbraucher wäre kaum zu           gewährleisten.               

 Die Herabsetzung der Freigrenzen sowie das geplante Verwendungsverbot für Tritium in der privaten Verwendung sind aus den genannten Folgen unverhältnismäßig, weil nicht erforderlich. Denn Uhren auf Tritiumgas-Basis sind nicht gesundheits- oder umweltschädlich: Erstens besteht durch das Tragen solcher Uhren keine Gefahr einer Strahlenexposition für die Umwelt. Zweitens bestehen in Deutschland seitens der Händler und Hersteller kostenlose Rücknahmesysteme. Das Verwendungsverbot in Uhren würde zudem die innovative wie alternativlose Glasröhrchentechnologie abstrafen. Neben einer drohenden Marktverzerrung liegt in der Nicht-Unterscheidung die Unangemessenheit der geplanten Novelle begründet.

 Alternativ sollten folgende Parameter bei der Novelle der StrlSchV berücksichtigt werden:

 -           Orientierung der Freigrenzen in der StrlSchV am EU-Grenzwert von 1 GBq.

-           Berücksichtigung des aktuellen Standes der Technik bei der Novellierung der     StSchV, d.h. Differenzierung zwischen festem und gasförmigem Tritium.

-           Überprüfung und Einführung eines lückenlosen Rücknahmekonzepts für Uhren am       Ende des Lebenszyklus (Lebensende des Produktes).

-           Einführung einer auditierbaren Selbstkontrolle zum Einhalt der Grenzwerte in Uhren       (Lebensanfang des Produktes).

 6.         Hintergrund zur AG

 Die Firma stellt Produkte auf dem Gebiet der Radiolumineszenz her und verwendet dafür gasförmiges Tritium, das sicher in kleine Glasröhrchen aus Borosilikat eingeschlossen und in dieser Form auf die Zifferblätter aufgeklebt wird. Die bei dieser sog. GTLS-Technologie verwendete Menge Tritium ist so gering, dass sie nach aktuellem nationalen und internationalen Strahlenschutzrecht nicht als radioaktiver Stoff zählt und keinen einschränkenden Regelungen unterworfen ist (Unterschreitung der sog. Freigrenze für Tritium derzeit eine Menge von 1 Gigabecquerel).

Durch die GTLS-Technologie wird außerdem erreicht, dass im Gegensatz zu konventionell mit festem Tritium vermischter Leuchtfarbe keine messbare Strahlenexposition entsteht und der Umgang mit den Uhren gesundheitlich völlig unbedenklich ist. Die Firma beliefert in Deutschland eine Vielzahl von klein- und mittelständischen Unternehmen, die sich auf die Herstellung und den Handel von Tritium-Uhren und Messinstrumenten spezialisiert haben.

    Größe eines t-light

 Mit Bescheid Nr. 323 - At 100 vom 14.11.2014 wurde NIEBERGALL die Genehmigung zur grenzüberschreitenden Verbringung von Konsumgütern nach § 108 StrlSchV erteilt.

Ansprechpartner für Rückfragen:
Volker Niebergall
J.V. NIEBERGALL CDH / N+P NIEBERGALL + PARTNER
http://www.niebergall-boarding.de
65527 Niedernhausen
Neuhofer Str. 7
Tel.06128 970-817
Fax 06128 970-818
mail to: info@niebergall.de
VAT-no./USt-ID: DE 111335308
ATLAS/EORI: 4684230,  NATO - NCage  DK875

 

T–Light technology  

 

T-Light work similar to a CRT tube, formerly used in TV screens. Like TV CRT tubes, the lights are built using a glass housing, a gas proof glass containment. The inner walls of this glass vessel are coated with a very thin layer of phosphorescent powder. This powder (zinc sulfide) has the ability to change electrical energy into light.

 Info-Film: http://niebergall.de/tlight.mp4

T-Light inserts are produced as tactical or economy inserts.
T-Light inserts are protected by either a metal or plastic sleeve used in a number of different applications.
T-Light inserts are available in the following colours:

  

 

Further models including the model with a sapphire on both side are available on request:

   

Tactical inserts

Tactical inserts are T-Light sources protected by a metal sleeve and a sapphire crystal.
The tactical inserts find wide application within the gun sight illumination sector.
Their absolutely outstanding reliability which requires no external power source have even greater benefits when it comes to after sales costs, compactness and durability. All tactical inserts are tested to withstand extreme shock and weather conditions and come with a 10 year illumination warranty.
Tactical inserts can be used at temperatures ranging from -94 deg.Fahrenheit to 250 deg. Fahrenheit, not only for a short period but for several years if needed.

Reference	Dimensions D x L [mm]	Sleeve Material/ Window	Specials	Activity [GBq] +/- 20%
T 4500	2.6 x 10.0	Aluminium / sapphire	crimped, high temp resistant	0.48
T 4962	1.9 x 7.0	Aluminium / sapphire	sapphire fixed	0.66
T 4963	1.9 x 6.8	Aluminium / sapphire	sapphire fixed	0.66
T 4367	1.5 x 5.0	Aluminium / sapphire	sapphire fixed	0.22
T 4964	1.5 x 5.1	Aluminium / sapphire	sapphire fixed	0.22

Economy inserts

These special plastic sleeved insert provide a perfect length/diameter ratio, as the length of the T-Light used is only twice its diameter. The white sleeve white sleeve provides additional reflection and shock protection. Installed in gun sights, the sleeve appears as white ring and provides perfect day visibility. The sights are installed using a permanent elastic silicone glue and if required a protective lens made from a glass clear UV-curing glue can be added.

Reference	ø x L [mm]	Sleeve Material	Activity [GBq] +/- 20%
T 4838/I	2.0×4.0	plastic	0.56
T 4868/l	2.4×4.0	plastic	0.59
T 4731/I	2.10X4.0	plastic	0.50
T 5835/I	3.0×5.8	plastic	0.34

Tritium

Discovered in 1934 by Ernest Rutherford, ML Oliphant and Paul Harteck, tritium is the third isotope of hydrogen (H, or H1) alongside deuterium (D, or H2).Although tritium (also known as superheavy hydrogen) is a natural isotope, it is mainly manufactured for industrial purposes.

 

Tritium has two neutrons in its atom core in addition to one proton (just like hydrogen). It is unstable and disintegrates whilst sending out beta radiation (electrons) with a half-life time of 12.3 years.

During this transition, each atom emits just one electron, which leaves the core with a maximum energy of approx. 18 KeV. This energy is very low compared with other radioactive isotopes.

Thus, for example, the electron is unable to penetrate the human skin and can be stopped without any problems by a sheet of paper. Under standard condition, a millilitre (ml) of tritium gas has an activity of approx. 2.588 Ci [Curie] or 94 GBq [Giga Becquerel]. Further physical and chemical characteristics of tritium are almost identical to those of hydrogen. Like hydrogen, tritium oxidises when exposed to oxygen. Doing so with tritium results in tritiated water (HTO). The tritium gas is tasteless, odourless and considerably lighter than air. If tritium enters the body, it spreads evenly in the body water and is then again eliminated with a biological half-life time of 10 days.

T-Light Technology

T-Light works similar to a CRT tube, formerly used in TV screens. Like TV CRT tubes, our lights are built using a glass housing, a gas proof glass containment. The inner walls of this glass vessel are coated with a very thin layer of phosphorescent powder. This powder (zinc sulfide) has the ability to change electrical energy into light.

The electric energy in case of the T-Light is generated by the tritium gas, a low radiation beta emitter. While decaying, the tritium (red) looses its electrons (blue) . When such an electron hits the layer, it is captured and transformed into light.
The colours of our T-Lights are therefore not dependent on the gas filled in, but on the coating, which can be varied.

The brightness of the light is however proportional to the filling pressure (quantity of gas).

T-Light Production Process

Due to the decay of tritium gas, T-Lights are (except watch lights) not available from stock.

Each lot of lights is specifically custom made.Bench made versus laser sealed lightsTraditionally the glass container (of whatever shape and size) are coated internally with a luminescent powder,  then one by one filled with tritium gas and then sealed manually. Single lights like arcs, spheres and any other shapes and forms are produced like this.

 

Smaller straight lights for use as watch- or gun sights illumination are produced as glass capillaries. The glass capillaries are filled manually as described above and then sliced in segments by a laser beam. Due to the laser cutting, both sealing ends of the final light are flat, not formed as a pipe as it appears with bench made lamps. Another benefit of the laser sealing process is possibility of producing ultra small lights.

In a first step, a glass vessel is manufactured to the customer’s requirements. A luminescent material (powder) is then coated onto the inner walls of the glass part.
In the next production step the glass vessel is filled with tritium gas. The tritium pressure can be also be defined by the customer. In general the higher the pressure the brighter the light will glow, but also means it will have higher activity.

Radiological Facts

Our daily life is surrounded by radiation. Most of the sources are natural, some such as medical cancer treatment therapies, atomic fallout, or consumer products that contain very small amounts of radioactivity are man made.With regard to radioactivity it is important to know that there are different particles (rays) such as Alpha, Beta, Gamma rays and different energies of these particles (waves) when travelling. Every element (isotope) may have its own fingerprint of particle and energy.

The lowest energy is emitted by tritium at only approx. 17 keV energy. Other isotopes come up to the MeV range. The electron emitted by tritium is so low in energy that it is unable to penetrate the human skin. Pure T2 gas as contained has almost no interaction with the body and will be exhaled by >99.9%. Tritium however can be inhaled or ingested as HTO (tritiated water), where it causes a dose during its biological half-life time of approx. 5-7 days.

 

Radioactivity in food

Some of the not so well known natural radiation sources are foods. Radioactive isotopes can be found in many food stuffs especially bananas, mushrooms and mineral water. A calculated example shows that consuming 1 banana every other day causes the same dose as breaking a trigalight equiped watch (1GBq of activity) and absorbing 100% of it’s tritium content.
Smoking tobacco ( 20 cigarettes a day ) is factor 9000 higher this is due to the enrichment of potassium 40 isotope in the tobacco plant.

Dose by breaking a GTLS equipped watch (1GBq)

Theoretical Calculation

Average Natural Dose per year : 5’600 µSv

or 5’600 µSv devided through 365d = 15,3µSv/d
Inhalation of 25mCi of Tritium gas (1GBq) at 1,8E-15 Sv/Bq*
(100%) = expected calculated dose equal 20µSv
or 1,3 days of additional exposure to natural radiation.

Practical experience

……shows that should the GTLS in a watch break, the amount of inhaled tritium is not more than approx. 35% of the total tritium content.

If we now take a 35% inhalation as a possible scenario, we end up with a realistic dose of 7 µSv caused by the 1 GBq tritium gas content of all lights.

This is equal to a 0.455 day (= 10.9 hours) exposure to natural radiation.

Defense & Security

The T-Light technology lends it to many applications in the defence and security markets.Be it in the form of ultra small GTLS imbedded either in protective aluminium or plastic sleeve used iron sights or the slightly larger trigalight sources used in compasses, arc markers or tactical torches or gun scopes.

With a life of 12.3 years our tritium filled sources are the only true place and forget technology available, no wires, batteries or maintenance free.