Ученые из МФТИ готовятся запустить в промышленное производство лампы нового типа, которые могут составить конкуренцию светодиодам и стать безопасной альтернативой ртутным лампам.
Ученые из МФТИ готовятся запустить в промышленное производство лампы нового типа, которые могут составить конкуренцию светодиодам и стать безопасной альтернативой ртутным лампам.
Энергосберегающие, дешевые, устойчивые к нагреванию, экологически безопасные и практически вечные — катодолюминесцентные лампы, созданные физиками из МФТИ и ФИАН, кажется, всем хороши.
На совершенствование конструкции ушло три десятилетия, сейчас уникальная технология производства катодов масштабируется, и уже через год «лампы Шешина» появятся на полках магазинов.
Если российские производители вовремя оценят разработку, «лампы Шешина» могут прийти на смену светодиодам и заменить ультрафиолетовые ртутные лампы в медицинской технике.
Спрос на энергоэффективные источники освещения в мире растет, и у России есть все шансы стать лидером рынка.
Максим Гарькуша Выпускник факультета физической и квантовой электроники МФТИ //
Сотрудник лаборатории вакуумной электроники // Ответственный за сборку прототипов катодолюминесцентных ламп
Матчасть
В «лампе Шешина» (по фамилии заместителя заведующего кафедрой вакуумной электроники МФТИ) свет дает люминофор, которым покрыта внутренняя сторона вакуумной колбы; свечение люминофора вызывает поток электронов с катода в цоколе.
Немного теории: чтобы превратить тело в источник электронов, нужно заставить электроны покинуть это тело.
Сделать это можно, сообщив телу энергию — повысив температуру (термоэмиссия) или облучив материал (фотоэмиссия).
В катодно-лучевых трубках старых телевизоров электронный поток возникал в результате термоэмиссии, поэтому экрану требовалось время на разогрев.
Однако получить поток электронов можно без затрат энергии на нагрев катода; для этого нужно воспользоваться чудесами квантовой механики.
Электроны — объекты квантового мира и могут вести себя странно, к примеру перемещаться в пространстве без затрат энергии.
Это явление называется туннельным эффектом и давно используется в полупроводниковых светодиодах.
Правда, чтобы построить такой «туннель» для электронов, мощность поля должна быть очень большой.
Форма и функция
Уменьшить необходимую для туннелирования мощность поля можно, меняя геометрию материала.
Катод «лампы Шешина» представляет собой набор углеродных волокон, усаженных тонкими (7 микрон) иголочками; такая форма позволяет получать поток электронов в слабом поле, для создания которого достаточно совсем небольшого напряжения.
Поэтому катоднолюминесцентная лампа экономно расходует электроэнергию — так же, как сравнимые по яркости светодиоды.
Нужную форму катоду придают по разработанной в МФТИ технологии.
Она — главное ноу-хау, отличающее прототипы, собранные в МФТИ, от других подобных проектов.
Попытку сделать КЛЛ предприняла несколько лет назад частная американская компания; материалом катода в этом проекте служили углеродные нанотрубки, оказавшиеся не самым удачным решением из-за быстрого выгорания.
Тонкие иголки из углеволокна не разрушаются в процессе работы и, по словам Шешина, будут работать «пока вам не надоест».
Его слова подтверждают прототипы, которые хранятся в лаборатории вакуумной электроники; некоторые из них светят с конца восьмидесятых и не думают гаснуть.
Химия и жизнь
Диапазон КЛЛ зависит от состава люминофора; уже разработаны формулы, дающие цвет в разных частях видимого спектра (красном, синем, желтом, белом), в рентгене и ультрафиолете.
Некоторые составы известны давно, другие изобретают заново: так, для получения УФ-лучей в МФТИ экспериментируют с люминофорами с содержанием лантана.
Усовершенствовать технологию получения УФ-излучения особенно важно: сегодня главные источники жесткого ультрафиолета — это ртутные лампы, но в действие скоро вступит Минаматская конвенция, запрещающая производство и оборот бытовых приборов, содержащих ртуть.
Россия подписала этот документ, поэтому со следующего года все ртутные УФ-светильники в стране окажутся вне закона.
В катодолюминесцентных лампах ядовитой ртути нет, и утилизировать их можно с бытовыми отходами, поэтому они могут оказаться единственной безопасной альтернативой для медицины, промышленности и сельского хозяйства — отраслей, которые сегодня зависят от производителей ртутных светильников.
Статья «Новый свет» опубликована в журнале «Популярная механика»
(№8, Август 2019).
pcnews.ru/
