«Лампы Шешина»

Ученые из МФТИ готовятся запустить промышленное производство катодолюминесцентных ламп и составить конкуренцию светодиодам.

Катодолюминесцентные лампы («лампы Шешина»), созданные физиками из МФТИ и ФИАН, — это энергосберегающие, дешевые, устойчивые к нагреванию, экологически безопасные и практически вечные лампы.

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.

Сегодня спрос на энергоэффективные источники освещения в мире растет, и у России есть все шансы стать лидером данного рынка.

В «лампе Шешина» свет дает люминофор, которым покрыта внутренняя сторона вакуумной колбы, и свечение люминофора вызывает поток электронов с катода в цоколе.

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 с помощью 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. 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.

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 опубликована на основе материала https://mipt.ru/