Множество области на приложение на кварцови тръби, легирани с церий

Кварцовите тръби с UV-филтър са проектирани така, че ефективно да блокират вредната за човешкото тяло ултравиолетова радиация, като същевременно поддържат максимална пропускливост на видимата светлина. Те се използват широко в производството на различни екологични електрооптични продукти.

Кварцовите тръби, легирани с церий (Ce), са специални материали, произведени чрез въвеждане на цериеви йони (Ce³⁺/Ce⁴⁺) в стопен силициев диоксид с висока чистота. Тези тръби притежават уникалната способност да поглъщат вредното UV лъчение, като същевременно поддържат висока пропускливост на видимата светлина. Те често се използват в медицинско оборудване, външни източници на светлина и други екологични осветителни системи. Сред всички кварцови продукти с UV филтър, кварцовите тръби, легирани с церий, са най-широко използвани в приложения, включващи излагане на хора на светлинни източници.

Основни области на приложение:

1. Откриване на високоенергийни лъчения

• Материали за сцинтилатори: Цериевите йони излъчват флуоресценция (в ултравиолетовия или видимия диапазон), когато са възбудени от високоенергийно лъчение, например рентгенови или гама-лъчи. Това свойство се използва в нуклеарната медицина (напр. PET скенери), експерименти с високоенергийни физични елементи (напр. детектори на частици) и промишлени неразрушаващи тестове.
• Предимства: Бързо време за реакция (в диапазона от наносекунди) и висока радиационна устойчивост, идеални за интензивни радиационни среди.

2. Ултравиолетова филтрация

• Ултравиолетова абсорбция: Йоните на Ce³⁺ силно поглъщат UV лъчението, особено UVC и UVB. Това прави кварца, легиран с церий, подходящ за производство на прозорци с UV филтри и защитна оптика, особено в полупроводниковата фотолитография за предотвратяване на блуждаещи UV смущения.

3. Лазерни и оптични устройства

• Лазерна среда с възможност за настройка: Кварцът, легиран с церий, може да служи като среда за усилване в някои твърдотелни лазери, особено в тези, които работят в ултравиолетовия или близкия до него диапазон.
• Преобразуване на флуоресценцията: Използва се в светодиоди или флуоресцентни системи за преобразуване на ултравиолетовата светлина в специфични видими дължини на вълната.

4. Оптични компоненти, устойчиви на радиация

• Аерокосмически и ядрени приложения: Кварцовите тръби, легирани с церий, се използват като зрителни прозорци или оптични сензори в спътници и ядрени реактори поради по-високата им радиационна устойчивост в сравнение с обикновеното кварцово стъкло.

5. Научни изследвания и специализирано осветление

• Синхротронни съоръжения: Прилага се в оптиката на лъчеви линии, където има високоенергийна радиация, като свежда до минимум флуоресцентните смущения.
• UV лампи: Използват се в гермицидни или специални осветителни системи, в които допирането на церий спомага за модулиране на изходния спектър на ултравиолетовите лъчи.

Критични свойства, които подпомагат тези приложения

• Радиационна стабилност: Допирането на церий намалява образуването на цветни центрове под въздействието на радиацията, което удължава експлоатационния живот на продукта.
• Оптична прозрачност: Запазва широкия спектрален обхват на кварца (от дълбока ултравиолетова до близка инфрачервена област), като същевременно добавя полезни флуоресцентни свойства.

Примерни спецификации на продукта: Кварцови тръби, легирани с церий, от TotalQuartzWorks

• SiO₂ Чистота: 99.5%
• Съдържание на церий за допиране: 0.3%
• OH Съдържание: ≤50 ppm
• Коефициент на топлинно разширение: 6,7 × 10-⁷ cm/cm-°C
• Точка на омекотяване: 1680°C
• Точка на отгряване: 1210°C
• Точка на натоварване: 1150°C
• Характеристики на UV излъчване:
  Продуктът ефективно блокира UVC вълните (100-280 nm). По-специално, Ce³⁺ има значителна абсорбция в диапазона 200-280 nm, известен с това, че причинява увреждане на ДНК и вредни биологични ефекти. Почти пълното филтриране на UVC прави тези тръби изключително подходящи за медицинско и стерилизационно оборудване, където защитата от излагане на радиация е от решаващо значение.

Важни съображения

• Прецизност на допирането: Концентрацията на церий трябва да се контролира стриктно. Прекомерното допиране може да доведе до нежелано разсейване или фонова флуоресценция.
• Проектиране на приложения: Изборът трябва да балансира между пропускателната способност, ефективността на флуоресценцията и механичната здравина за оптимална работа.