[0001] 本发明属于放射性同位素光源技术领域，涉及一种基于放射性同位素的长寿命荧光棒及其制备方法。

[0002] 商用荧光棒是一种一次性、使用时开启发光的化学发光产品，具有制备简单、易携带、发光颜色多样化、启动使用方法简单等优点，已经广泛应用于娱乐、夜钓、婚庆、户外、军事、工程建设、水下作业等众多领域。目前市场上常见的荧光棒的外形为条状，外层以聚乙烯塑料包装，内置一玻璃管夹层的工业产品。夹层内外液体分别为过氧化物和酯类化合物，经弯折、击打、揉搓等使玻璃破裂，引起内外两种化合物反应，再将反应后的能量传递给内置的荧光染料，致使荧光染料发光。

[0003] 现阶段，各类荧光棒的有效发光时间为30s‑48h。而且荧光棒发光时间的长短与环境温度成反比(即：环境温度越高，荧光棒的发光时间越短)，也与荧光棒的初始亮度成反比(即：荧光棒刚折亮时的亮度越高，发光时间就越短)。因此，为了延长发光时间，常常将已经发光的荧光棒放在低温环境中(如：冰箱、冷柜)，抑制荧光棒中两种液体的化学反应，需要时，取出后继续使用。

[0004] 总体上来说，现有荧光棒发光时间较短，且受环境温度影响大，难以满足某些特殊场所、场景的照明需求。

[0005] 专利CN212204062U公开了一种运动力激励荧光棒及装置，其包括：透光外壳和应力发光珠粒，所述透光外壳设有一内腔，应力发光珠粒设置于所述内腔中，所述应力发光珠粒为内部或外表含有应力发光材料的珠状颗粒。但该专利为了解决常规荧光棒对于外界激励，如晃动、挤压、敲击等外力作用下其荧光亮度不变化的缺点，而且采用的荧光材料即使添加了长余晖发光粉，在外加应力的作用下，其发光持续时间仍然是间断的，不能实现长时间稳定发光；此外，该专利未解决环境温度变化对荧光棒亮度变化的影响。

[0062] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0063] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等用来描述共同的对象，仅表示指代相同对象的不同实例，而并不是要暗示这样描述的对象必须采用给定的顺序，无论是时间地、空间地、排序地或任何其它方式。

[0064] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0065] 下述各实施例中所采用的设备如无特别说明，则表示均为本领域的常规设备；所采用的试剂如无特别说明，则表示均为市售产品或采用本领域的常规方法或公开文献所述方法制备而成，以下实施例中没有做详细说明的均是采用本领域常规实验手段就能实现。

[0066] 实施例1：

[0067] 一种基于放射性同位素的长寿命荧光棒，如图1所示，包括荧光陶瓷体1、封装壳体2、保护壳体3、封装气囊4、尖锐物5和放射性同位素气体，保护壳体3内设置有封装壳体2，封装壳体2内设置有荧光陶瓷体1、封装气囊4和尖锐物5，封装气囊4内充装有放射性同位素气体，荧光陶瓷体1、封装壳体2和保护壳体3选用透明的材料；

[0068] 使用时，上下晃动荧光棒，封装气囊4在荧光陶瓷体1和尖锐物5的共同作用下被破碎，放射性同位素气体在封装气囊4破碎后，于封装壳体2内扩散，充分地与荧光陶瓷体1接触，并释放出β粒子激发荧光陶瓷体1发光；

[0069] 封装壳体2内为真空状态，用于容纳放射性同位素气体和荧光陶瓷体1，让两者充分接触，且起到防止气体泄漏和一定的屏蔽作用；

[0070] 保护壳体3主要起到抗冲击保护作用，并可以提供不同的形状样式；

[0071] 尖锐物5用于帮助破碎易碎的封装气囊4；

[0072] 尖锐物5设置于保护壳体3的底部，封装气囊4设置于尖锐物5的上方，荧光陶瓷体1设置于封装气囊4的上方；

[0073] 保护壳体3上设置有挂钩6，挂钩6与保护壳体3一体成型；

[0074] 挂钩6上还可开设有孔洞，孔洞内穿设有绳带，荧光棒可以通过挂钩6或挂钩6上的孔洞或绳带悬挂起来，起到照明作用；

[0075] 荧光陶瓷体1的材料可以为黄色荧光的Y3Al5O12:Ce3+(YAG:Ce3+，铈掺杂钇铝石榴3+ 3+
石)、绿色荧光的Lu3Al5O12:Ce (LuAG:Ce ，铈掺杂镥铝石榴石)、蓝色荧光的BaMgAl10O17:
2+ 2+ 3+ 3+
Eu (BAM:Eu ，铕掺杂铝酸镁钡)、黄色荧光的Sr2.53Ba0.47AlO4F:Ce (SBAOF:Ce ，铈掺杂氟
4+ 4+
铝酸锶钡)或红色荧光的Lu3Al5O12:Mn (LuAG:Mn ，锰掺杂镥铝石榴石)，根据需要的荧光棒
3+
颜色来选取，在本实施例中优选为黄色荧光的YAG:Ce ；

[0076] 按化学式称取所需原料和烧结助剂，经球磨、干燥、研磨、筛分、高温煅烧、制模、冷等静压、高温烧结、热处理和表面处理制得荧光陶瓷体1；

[0077] 采用了高温固相法合成荧光粉体，需严格控制各原料比例和烧结助剂的用量；

[0078] 荧光粉体的高温煅烧用于除去所含的有机杂质，温度为800℃，时间为3h；

[0079] 冷等静压压制后，需再次在800℃高温煅烧除杂3h；

[0080] 高温烧结的温度根据所用荧光陶瓷体1而不同，可以为1500‑1800℃，在本实施例中优选为1650℃，时间为4‑6h，在本实施例中优选为5h，且需要在不同的气氛下进行烧结，如真空条件、氢气气氛、空气气氛或氧气气氛下，在本实施例中优选为真空条件、绝压5‑10Pa，在本实施例中进一步优选为绝压8Pa；

[0081] 高温烧结后荧光陶瓷体1采用高温退火氧化处理，可以在空气气氛或氧气气氛中，温度为1200‑1600℃，时间为4‑6h，在本实施例中优选为1400℃、空气气氛退火5h处理；

[0082] 最后，根据荧光陶瓷体1的透明度进行抛光处理；

[0083] 荧光陶瓷体1的立体形状可以为柱状或筒状，截面形状为圆形、三角形、方形或多边形，在本实施例中优选为圆柱状，封装壳体2和保护壳体3的立体形状选用筒状，截面形状可以依据荧光陶瓷体1和使用场景的不同相应变化，在本实施例中优选为圆筒状；

[0084] 荧光陶瓷体1的外径略小于封装壳体2的内径，外壁在径向上与封装壳体2的内壁保持0.5‑1mm的空隙，在本实施例中优选为0.8mm，长度不小于封装壳体2的长度的1/2，在本实施例中优选为3/5，便于晃动荧光棒后封装气囊4在荧光陶瓷体1和尖锐物5的共同作用下被破碎；

[0085] 封装壳体2的材料选用高硼硅玻璃，高硼硅玻璃的可见光透明度高(可见光透过率2 ‑6
可达92％)、高抗张强度(40‑120N/mm)、熔点低(820℃)、热膨胀系数小(3.3×10 /K，20‑
300℃)、耐热(270℃温差)和耐辐射性好，可确保对放射性同位素气体的密封和发射光的出射；

[0086] 封装壳体2在径向和轴向上与保护壳体3紧密贴合，保证晃动荧光棒后封装壳体2在荧光陶瓷体1和尖锐物5的共同作用下不易破碎；

[0087] 保护壳体3的材料可以为聚碳酸酯或丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物(ABS)树脂，聚碳酸酯对可见光高度透明且具有很高的耐冲击性(普通玻璃的300倍)，可在对内部的封装壳体2提供保护的同时又具备好的透光性(可见光透过率可达91％)，ABS树脂具有优异的耐冲击性、良好的低温性能，尺寸稳定性好，表面光泽性好，易着色，在本实施例中优选为聚碳酸酯；

[0088] 保护壳体3的外径为10‑50mm，在本实施例中优选为20mm，厚度为1‑3mm，在本实施例中优选为2mm，主体长度为100‑500mm(不含挂钩6或手柄7)，在本实施例中优选为200mm；

[0089] 封装气囊4的材料选用普通薄壁玻璃；

[0090] 封装气囊4的立体形状选用两端封口的扁平筒状，其中一端在充装气体后封口，另一端为平面，与尖锐物5接触)，截面形状可以依据荧光陶瓷体1和使用场景的不同相应变化，在本实施例中优选为两端封口的扁平圆筒状；

[0091] 封装气囊4的厚度为0.5‑1.5mm，在本实施例中优选为1mm，外径略小于封装壳体2的内径，外壁在径向上与封装壳体2的内壁保持0.5‑1mm的空隙，在本实施例中优选为0.8mm，长度上满足：当尖锐物5、封装气囊4和荧光陶瓷体1三者按顺序装入封装壳体2后，三者的长度之和在轴向上与封装壳体2的两端封口有5‑10mm的空隙，在本实施例中优选为
8mm，便于晃动荧光棒后封装气囊4在荧光陶瓷体1和尖锐物5的共同作用下被破碎；

[0092] 尖锐物5的材料可以为轻质合金铝锂合金或镁锂合金，在本实施例中优选铝锂合金；

[0093] 尖锐物5的立体形状可以为四面体、五面体或六面体，在本实施例中优选为正四面体；

[0094] 尖锐物5的最小边长不小于封装壳体2的内径的1/2，在本实施例中优选为3/5，便于晃动荧光棒后封装气囊4在荧光陶瓷体1和尖锐物5的共同作用下被破碎；

[0095] 放射性同位素气体可以为3H氚或85Kr氪同位素气体，在本实施例中优选为85Kr气体。

[0096] 上述基于放射性同位素的长寿命荧光棒的制备方法，如图4所示，具体步骤如下：

[0097] S1、将封装气囊4安装入加热设备8内，将封装气囊4的开口端连接气源设备7和真空设备，边抽真空边加热至100‑300℃，在本实施例中优选为200℃，达到绝压1‑10Pa的真空度后，在本实施例中优选为绝压5Pa，恒温1‑2h，在本实施例中优选为1.5h，自然冷却至室温，确保将封装气囊4内的空气除去；

[0098] S2、打开放射性同位素气体的气源设备9，将放射性同位素气体充装入封装气囊4内，放射性同位素气体的充装压力为100‑300kPa，在本实施例中优选为100kPa，压力稳定后关闭气源设备9，通过控制放射性同位素气体的充装压力，可以调控荧光棒的发光性能；

[0099] S3、采用封切设备10对封装气囊4进行封切，封切设备8可以为氢氧火焰封切设备或二氧化碳中红外激光封切设备，在本实施例中优选为氢氧火焰封切设备；

[0100] S4、将尖锐物5、封装气囊4、荧光陶瓷体1依次安装入封装壳体2内；

[0101] S5、将封装壳体2抽真空，达到绝压1‑2kPa的真空度后，在本实施例中优选为绝压1kPa，采用步骤S3的封切，确保将封装壳体2内的空气除去；

[0102] S6、封装壳体2外组装保护壳体3，获得基于放射性同位素的长寿命荧光棒，保护壳体3的材料如采用聚碳酸酯或ABS树脂，则可以采用模具制成预设计形式的卡扣件(依据组装好的封装壳体2提前设计模具)，然后与封装壳体2和附件组装，在本实施例中优选为聚碳酸酯。

[0103] 一种基于放射性同位素的长寿命荧光棒的制备系统，采用所述系统实施上述的方法，包括加热设备8、气源设备9、真空设备和封切设备10，对象安装入加热设备8内，通过连接卡套和管路连接气源设备9和真空设备，封切设备10对对象进行封切。

[0104] 实施例1中荧光棒在‑50～70℃的温度范围内，48h，其发光强度变化值小于10％；在25～70℃的温度范围内，48h，其发光强度变化值小于1.2％。荧光棒制备后，分别在3个
85
月、6个月和9个月进行室温亮度衰减测试，符合 Kr氪同位素气体的衰减规律，即亮度变化‑(2.043E‑9/s)×t
满足公式Lr＝e ，式中，Lr为相对亮度，t为荧光棒制备后至测定亮度时所经过的
时间，单位为s，即满足5年内其亮度不低于起始亮度值的50％。

[0105] 实施例2：

[0106] 一种基于放射性同位素的长寿命荧光棒及其制备方法，如图2所示，与实施例1基本相同，不同之处在于，保护壳体3上不设置有挂钩6，设置有手柄7，手柄7与保护壳体3可以一体成型，也可以根据使用需要，手柄7的材料可以为钛合金或不锈钢，在本实施例中优选为钛合金，并采用螺纹或夹套的方式与保护壳体3连接，在本实施例中优选为螺纹连接，荧光棒可以手持或将荧光棒插入物体表面固定，起到照明作用；

[0107] 荧光陶瓷体1的材料选用红色荧光的LuAG:Mn4+；

[0108] 荧光陶瓷体1高温烧结的温度为1750℃，时间为5h，且需要在真空条件、绝压8Pa下进行烧结；

[0109] 高温烧结后荧光陶瓷体1采用1500℃、氧气气氛退火5h处理；

[0110] 保护壳体3的主体长度为100mm，手柄7的长度为50mm。

[0111] 上述基于放射性同位素的长寿命荧光棒的制备方法，与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤S1中边抽真空边加热至100℃，达到绝压10Pa的真空度后，恒温2h；

[0112] 步骤S2中放射性同位素气体的充装压力为200kPa；

[0113] 步骤S5中达到绝压1.5kPa的真空度。

[0114] 实施例2中荧光棒在‑50～70℃的温度范围内，48h，其发光强度变化值小于10％；在25～70℃的温度范围内，48h，其发光强度变化值小于5.1％。荧光棒制备后，分别在3个
85
月、6个月和9个月进行室温亮度衰减测试，符合 Kr氪同位素气体的衰减规律，即亮度变化‑(2.043E‑9/s)×t
满足公式Lr＝e ，式中，Lr为相对亮度，t为荧光棒制备后至测定亮度时所经过的
时间，单位为s，即满足5年内其亮度不低于起始亮度值的50％。

[0115] 实施例3：

[0116] 一种基于放射性同位素的长寿命荧光棒，如图3所示，与实施例2基本相同，不同之处在于，保护壳体3上同时设置有挂钩6和手柄7，挂钩6和手柄7与保护壳体3一体成型，荧光棒可以通过挂钩6悬挂起来，也可以手持或将荧光棒插入物体表面固定，起到照明作用；

[0117] 荧光陶瓷体1的材料选用绿色荧光的LuAG:Ce3+；

[0118] 荧光陶瓷体1高温烧结的温度为1700℃，时间为5h，且需要在真空条件、绝压8Pa下进行烧结；

[0119] 高温烧结后荧光陶瓷体1采用1400℃、空气气氛退火5h处理；

[0120] 保护壳体3的材料选用ABS树脂。

[0121] 上述基于放射性同位素的长寿命荧光棒的制备方法，与实施例2基本相同，不同之处在于，步骤S1中边抽真空边加热至300℃，达到绝压1Pa的真空度后，恒温1h；

[0122] 步骤S2中放射性同位素气体的充装压力为300kPa；

[0123] 步骤S5中达到绝压2kPa的真空度。

[0124] 实施例3中荧光棒在‑50～70℃的温度范围内，48h，其发光强度变化值小于10％；在25～70℃的温度范围内，48h，其发光强度变化值小于4.2％。荧光棒制备后，分别在3个
85
月、6个月和9个月进行室温亮度衰减测试，符合 Kr氪同位素气体的衰减规律，即亮度变化‑(2.043E‑9/s)×t
满足公式Lr＝e ，式中，Lr为相对亮度，t为荧光棒制备后至测定亮度时所经过的
时间，单位为s，即满足5年内其亮度不低于起始亮度值的50％。

[0125] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。