Физики МФТИ создали прототип нового вида ламп освещения, обладающих лучшими в мире характеристиками надежности, долговечности и силы света.
Проблема в том, что Россия подписала международную Минаматскую конвенцию о ртути, направленную на защиту здоровья людей и окружающей среды от выбросов ртути и её соединений, которые могут приводить к отравлениям. С 2020 года конвенция запрещает производство ряда бытовых приборов, содержащих ртуть. Так что с будущего года люминесцентные лампы окажутся вне закона. Что же придёт им на смену?
С 1980-х годов во многих странах исследователи ведут работы по созданию так называемых катодолюминесцентных светильников. В них внутри вакуумной колбы находятся катод (отрицательный электрод) и анод (положительный электрод), между которыми создано значительное напряжение (до десятка тысяч Вольт). Под действием электрического поля электроны, испускаемые катодом, разгоняются и бомбардируют поверхность анода, под которой нанесен слой люминофора, испускающий при этом свет. В зависимости от люминофора такая лампа может излучать практически в любой области спектра — от красной до ультрафиолетовой. Особенно актуальна сейчас их способность давать ультрафиолетовое излучение. При этом, что важно, катодолюминесцентные осветительные приборы никакой ртути не содержат и абсолютно экологичны как в эксплуатации, так и при утилизации.
Как говорится, всё новое – это хорошо забытое старое. Таким же способом создавали поток электронов кинескопы старых телевизоров и электронные лампы (радиолампы). Однако в них катод испускал электроны при сильном нагреве. Когда же катодолюминесцентные лампочки с нагреваемым катодом попытались серийно производить в США, рынок не принял новинку, – основном из-за ее громоздких размеров и необходимости ждать после включения несколько секунд, пока катод достигнет рабочей температуры. По той же причине старый ламповый телевизор или радиоприёмник начинал работать не сразу после включения, а после того, как «прогреется».
В поисках решения проблемы физики изобрели катоды, не требующие нагрева, так называемые автокатоды. Их принцип действия основан на явлении автоэлектронной эмиссии — испускании электронов холодным катодом под действием электрического поля за счет туннельного эффекта. Вот только создать эффективный, долговечный и при этом технологичный автокатод, имеющий приемлемую для массового производства себестоимость, оказалось крайне сложно. Ни в Японии, ни в США, где сейчас ведутся подобные работы, этого сделать до сих пор не удалось, а российским физикам — удалось!
Исследователи из МФТИ и ФИАН создали и испытали прототип такой лампы, обладающей не достигнутыми никем в мире характеристиками надежности, долговечности и силы света. Об этом они рассказали в журнале Journal of Vacuum Science & Technology B
Как объяснил руководитель работы профессор МФТИ Евгений Шешин, разработанный автокатод построен на основе обычного углерода. Исследователи научились создавать из углеродных волокон такую конструкцию, которая не боится ионной бомбардировки, дает большой ток, технологична и дешева в производстве. Такой технологии нет больше нигде в мире. Специальная обработка позволяет формировать на острие катода множество микровыступов размером в доли микрона (тысячная доля миллиметра), создающих вблизи поверхности катода сверхвысокую напряженность электрического поля, которая и выбивает электроны в окружающий вакуум.
Второе достижение российских физиков заключается в том, что им удалось сконструировать компактный источник высокого напряжения, необходимого для работы лампы. Его удалось разместить по периметру колбы лампочки, почти не влияя на ее размеры.
Результаты испытаний свидетельствуют, что новая лампочка при массовом производстве вполне способна конкурировать с массовой светодиодной продукцией из Китая. Она не содержит импортных комплектующих и может выпускаться на любом отечественном электроламповом заводе. Она сможет окончательно вытеснить экологически опасные ртутные люминесцентные лампы, которые мы сейчас повсеместно используем в своих квартирах.
По материалам пресс релиза МФТИ