Osvity současných vojenských a pilotních hodinek - část první

1 Úvod

Tento příspěvek byl původně iniciován snahou sám sobě si odpovědět na otázku, jak jsou vojenské pilotní hodinky Marathon Navigator s osvity na bázi tritiových kapslí GTLS kompatibilní s brýlemi pro noční vidění NVG na palubě současných bojových letounů.

Postupně se mi ale podařilo shromáždit takové množství informací, nejen o osvitech na bázi tritiových trubic, ale o hodinkových osvitech obecně, že výsledný článek se ?poněkud" roztáhl na délku.

1.1 Obsah

Tento článek je členěn do osmi navazujících kapitol:

1 Úvod

2 Osvity hodinek - historický přehled

3 Tritium ? historický přehled

4 Gaseous Tritium Light Source (GTLS) ? co to je ?

5 Swiss Super-LumiNova a LumiNova

6 Porovnání osvitů na bázi Tritia s osvity (Swiss Super) LumiNova

7 Osvity pilotních prostorů a kompatibilita s brýlemi nočního vidění (NVG)

8 NVG a osvity současných pilotních hodinek

Tyto kapitoly jsou z technologických důvodů rozděleny na sedm příspěvků na mém blogu.

1.2 Upozornění

Tento příspěvek obsahuje názory a formulace, které nemusí být slučitelné s vědomostmi a přesvědčením částicových fyziků, chemiků a také učitelů fyziky na všech stupních našeho vzdělávacího procesu.

Taktéž čtenáře z opačného spektra, tedy ty, které děsí jakákoliv zmínka o fyzice a chemii, raději upozorňuji, že se v tomto blogu tyto témata rozhodně vyskytují.

Proto pokud patříte do některé z těchto skupin, dále prosím nepokračujte. A pokud Vás neodradí ani toto varování, přivřete prosím obě oči a buďte ke mně shovívaví.

1.3 Poděkování

Tento příspěvek by nemohl vzniknout bez podpory následujících institucí a společností:

• Ministerstvo obrany Spojeného království Velké Británie a Severního Irska - informace o tritiových zdrojích osvitu GTLS
  
• mb-microtetec AG AG (Švýcarsko) - informace o tritiových zdrojích osvitu GTLS
  
• RC Tritec AG (Švýcarsko) a Nemoto & Co (Japonsko) - informace o osvitové technologii Swiss Super-LumiNova a SuperLumiNova
  

V přípravě článku mi také velmi pomohly následující publikované články (blogy):

• ?Luminosity in Watches", xpatUSA, last edited 2009
  
• ?Radioluminescent Paint", Paul Frame, Oak Ridge Associated Universities, 1999
  
• ? .. and there was LIGHT", Lucien F. Trueb , WatchTime Magazine, December 2007
  
• ?Seeining in the Dark ", Keith W. Strandberg, InSync Watches Magazine, October 2006
  

V blogu je také použito množství dalších zdrojů informací a kdykoliv to bude praktické, jsou tyto zdroje také zmíněny.

V neposlední řadě je slušností připomenout si všechny členy tohoto fóra, kteří se uvedenou problematikou zabývali dávno přede mnou. Konkrétně je to:

• Afrikabův blog o tritiových zdrojích osvitu
  
• Téma Svítící barvy hodinek - test
  
• Téma SVÍTIVOST
  
• Fotogalerie NIGHTSHOTS
  

A také témata, která se objevily po zveřejněni tohoto článku:

• Životnost GTLS trubic 1
  
• Životnost GTLS trubic 2
  
• Obecné vlákno diskutující tento článek
  

2 Osvity hodinek - historický přehled

Než se dostanu k současným technologiím osvitů hodinek, nebude na škodu podívat se zpátky do historie.

2.1 Počátky luminiscenčních látek

Historie používání luminiscenčních látek je velmi dlouhá. První důkazy o použití samosvítících látek jsou datovány minimálně do doby před 1000 roky. V Číně a Japonsku se v té době používaly barvy na bázi organického materiálu z ústřic smíchané se sopečnou horninou obsahující sulfidy alkalických kovů jako je zinek.

Tento organický luminiscenční materiál a také další materiály na bázi sulfidů alkalických kovů (zinek, baryum) byly později ?znovuobjeveny" v Evropě během 17. a 18. A do konce 19. století si našly svoji cestu do hodinářství.

2.2 Radioaktivita ? nový zdroj luminiscence

Koncem 19. století byl celý vědecký svět vzrušen objevem radioaktivity některých prvků. Tato událost zasáhla velmi pronikavě do poklidného vývoje přírodních věd, rozvířila jejich poklidnou hladinu a otřásla mnohými domněnkami, ba i dosud platnými přírodními zákony. Byla to skutečné vědecká revoluce, která fyzice a chemii umožnila v krátké době tří desetiletí proniknout hluboko do tajemství hmoty tak, jak se to předtím nikdy nepodařilo.

Roku 1896 zjistil francouzský fyzik Antoine Henri Becquerel, že sloučeniny uranu vysílají samovolné záření, které se podobá rentgenovým paprskům ? objevil přirozenou radiaci. V roce 1898 pak manželé Marie a Piere Curie objevili v jáchymovském smolinci silně radioaktivní prvky polonium (Po) a rádium (Ra). Do roku 1902 pak připravili oba prvky v čistém stavu, takže mohli prokázat nejen jejich skutečnou existenci, ale zjistit i jejich fyzikální a chemické vlastnosti.

Dobový snímek objevitelů radia (vpravo a uprostřed) v jejich laboratoři. Zdroj fotografie: zde

A právě zde začíná moderní etapa použití luminiscenčních materiálu v hodinkách. Nový prvek rádium totiž ve velkých koncentracích svítil modře. Radium nesvítilo samo o sobě, ale na radioaktivní záření tak reagovaly další složky sloučeniny v soli radia. Jako první to objevil Becquerel a prozkoumal fosforenci (jak se tento jev jmenuje) u řady sloučenin, jako je například sulfid zinku (ZnS). Cesta k radioluminiscenčním pigmentům, které pak dominovaly hodinářství dalších téměř devadesát let, byla volná.

2.3 Radium

Kdo skutečně první namíchal první radiolumiscenční pigment na bázi směsi sulfidu zinku a soli radia pro průmyslové použití v hodinářství není přesně známo. Ve Francii to byly v roce 1902 opět manželé Curierovi a to na objednávku bratrů Ernesta a Camilleho Lipmannových, majitelů francouzské hodinářské společnosti Lip (tehdy Societe Anonyme d'Horlogerie Lipmann Freres) v Besançonu.

V USA jako první (opět okolo roku 1902) William J Hammer vytvořil vlastní hodinářský pigment s použitím vzorku radia, který získal od manželů Curieových při osobním setkání. Nicméně jako první si uvedenou technologii ve Spojených státech patentoval George Kunz pracující pro šperkařskou společnost Tiffany & Company.. Protože ale radioaktivní materiály byly tehdy nesmírně vzácné, tak rozjezd výroby v Evropě (Francie, Švýcarsko) a v USA byl poměrně pomalý. Naplno se rozjel až po první světové válce a ve 20. letech se přidaly i Japonští výrobci (Seiko 1927).

Tolik o začátcích prvního typu samo-svítícího pigmentu v hodinářství, který využívá radioaktivity radia a který dominoval hodinářství až do 50. let a jeho konečný ústup z trhu v celosvětovém měřítku nastal někdy na přelomu 60. a 70. let 20. století. V USA se přestalo radium do náramkových hodinek používat v roce 1968 a v hodinách v roce 1978.

Hlavním důvody proč se tak stalo, byly víceméně dva ? Ra 226 je vysoce radioaktivní prvek, který při svém radioaktivním rozpadu uvolňuje záření ? (atomy helia), ? (elektrony) a bohužel i velmi pronikající záření ? (fotony) o poměrně vysoké energii 186 keV (srovnej s tritiem kapitole 4). Nízká koncentrace radioaktivní příměsi v pigmentu samozřejmě neohrožovala nositele, ale čím dál větším společenským problémem byla vlastní výroba.

Zdravotní problémy způsobené radioaktivním rádiem neovlivnily jen hodinářský průmysl, ale staly se fenoménem s mnohem širším celospolečenských dopadem, který v mnohém změnil chápání lidské společnosti na to, jak by měla vypadat bezpečnostní a zdravotní ochrana na pracovišti. Ve své době (30. léta) se v USA stal soudní proces mezi zdravotně postiženými zaměstnankyněmi výrobce pigmentu a jejich zaměstnavatelem mimořádně sledovanou událostí a přispěl ke zformování dosud neexistujících předpisů na ochranu zdraví na pracovišti. Více o tomto konkrétním případě lze nalézt zde.

Druhým důvodem, proč radium uvolnilo cestu novějším technologiím, bylo, že časem docházelo k významnému poklesu svítivosti pigmentu. Ačkoliv radium má poločas rozpadu 1600 let, záření ? narušuje krystaly ZnS dopované kovovými příměsemi.

Více o použití rádia, jeho parametrech a problémech spojených s použitím tohoto radioaktivního chemického prvku, lze nalézt na následujícím odkazu.

Obrázek: Použití rádia se neomezovalo jen na hodinářský průmysl, ale používalo se i na letecké přístroje a přepínače. Zdroj fotografie: zde

2.4 Promethium

Dlouho po druhé světové válce, koncem 50. let, se začaly v osvitech hodinek používat další radioaktivní materiály, z nichž největšího rozšíření doznaly dva ? Tritium (jemuž budou věnovány následující kapitoly 3 a 4) jako součást pigmentu a Promethium.

Promethium 147 se stalo populární zejména u japonských výrobců pigmentů jako je například společnost Nemoto & Co. Japonsko totiž nikdy široce neakceptovalo tritium. Patrně vzhledem k jejich historickým zkušenostem nebylo společensky přijatelné využívat tritium, což byl produkt úzce spjatý s vývojem a výrobou atomových zbraní (zejména těch novějších termonukleárních neboli vodíkových). Nemoto & Co uvádí, že pigment na bázi promethia pod obchodním názvem ?N-luminous paint" uvedla na trh v roce v roce 1960. Vrchol nastal v roce 1984, kdy se v Japonsku vyrobilo 10 miliónů náramkových hodinek a 12 milionů hodin s osvitem na bázi promethia. Více o použití promethia 147 a jeho parametrech lze opět nalézt na následujícím odkazu.

Oba typy radioaktivních pigmentů jsou dnes sice už vzácné, ale jejich používání na hodinkách je povoleno mezinárodními regulačními předpisy.

2.5 Současnost

Koncem 80. a počátkem 90. let minulého století se na trhu objevily dvě nové technologie osvitů, které jsou používány až do dnešních dnů.

Nejdříve to byla nová technologie osvitů hodinek na bázi radioaktivního tritia. Nikoliv ale ve formě tuhého pigmentu jako dosud, ale ve formě plynného tritia uzavřeného ve skleněných kapslích. Anglicky se tyto svítící prvky označují jako GTLS (Gaseous Tritium Light Source). Tato technologie byla nejdříve určena jen pro ozbrojené síly USA, nicméně postupně si našla cestu i do komerčních produktů. Více o GTLS kapitoly 3 a 4 tohoto článku.

Druhou technologií, která dnes dominuje na většině náramkových hodinek, jsou zcela neradioaktivní fosforeční pigmenty s dlouhou dobou dosvitu. Na trhu je nepřeberné množství různých obchodních názvů jako jsou například MarGlo, LumiBrite, LumiNova a Swiss Super LumiNova. A právě dvojici posledních z nich bude věnována celá kapitola 5.

2.6 Mezinárodní předpisy

Základní mezinárodní předpisy, které dnes definují používání radioaktivních zdrojů světla v hodinkách a hodinách, jsou následující:

i) International Atomic Energy Agency, Radiation Protection Standards for Radioluminous Timepieces, Safety Series No. 23, Vienna, 1967.

ii) International Association for Standardization, Radioluminescence for Time Measurement Instruments ?specifications (ISO 3157), Geneva, 1975.

iii) Nuclear Energy Agency, Radiation Protection Standards for Gaseous Tritium Light Devices, Organization for Economic Co?operation and Development, Paris, 1973.

Poznámka: Je zajímavé, že ačkoliv se hodinářské řemeslo a umění, tradičně založené na zručnosti a znalosti mechanické podstaty věci, po celá století rozvíjelo nezávisle na vědeckém bádání fyziků a chemiků, tak má jméno Curie hned dva zářezy v historii hodinářského oboru. Kromě již zmíněného vlivu na luminiscenční materiály je jméno Curie (tentokráte bratrského dua Piere a Jacques) také spojeno s objevem piezoelektrického jevu jevu v 80. letech 19. století. Piezoelektrický jev je základem pro činnost Quartzových strojků, které po svém nástupu na trh koncem 60. let 20. století, revolučně překreslily mapu světa hodin a náramkových hodinek na stav, jaký zhruba známe z dnes.

- Konec první části -