Russische natuurkundigen hebben een prototype van een lamp gemaakt, vergelijkbaar met de werkingsprincipes van een tv-beeldbuis, met kenmerken van betrouwbaarheid, duurzaamheid en lichtsterkte die door niemand anders ter wereld zijn bereikt. Het "recept" voor de montage en de eerste resultaten van de controle werden gepresenteerd in de Journal of Vacuum Science & Technology.
Lange tijd dienden gewone gloeilampen als de belangrijkste lichtbron in huizen, waarvan de eerste prototypes aan het einde van de 19e eeuw verschenen dankzij de experimenten van Lodygin, Edison en andere bekende wetenschappers uit die tijd. Pas relatief recent zijn ze begonnen te worden vervangen door alternatieve compacte verlichtingsbronnen, waaronder led- en fluorescerende stralers.
Ondanks hun lage energieverbruik en relatieve duurzaamheid hebben dergelijke verlichtingsbronnen veel nadelen, beginnend met een onnatuurlijk stralingsspectrum en eindigend met het feit dat hun productie of de lampen zelf kwik en andere giftige stoffen bevatten. Dit alles dwingt wetenschappers en ingenieurs om een vervanging voor hen te zoeken en bestaande soorten gloeilampen "opnieuw uit te vinden".
Vier en drie jaar geleden creëerden natuurkundigen uit Zuid-Korea en de Verenigde Staten bijvoorbeeld speciale coatings en grafeenfilamenten voor een conventionele gloeilamp, waardoor de efficiëntie honderden keren werd verhoogd en zuiniger werd dan beide soorten "energiebesparende" lampen.
Volgens de MIPT-persdienst zijn Ozol en zijn collega's van Phystech en het Physics Institute van de Russische Academie van Wetenschappen erin geslaagd om iets soortgelijks te doen, door het ontwerp van de zogenaamde kathodoluminescente lampen radicaal te verbeteren.
Dergelijke verlichtingsapparaten bestaan al meer dan een halve eeuw, maar ze hebben een extreem beperkte distributie gekregen vanwege het feit dat ze merkbaar groter waren dan hun "concurrenten", zo langzaam aangingen als fluorescentielampen en ongeveer twee keer achterbleven bij LED's. in termen van energie-efficiëntie.
Deze nadelen zijn te wijten aan het feit dat kathodelampen ongeveer volgens hetzelfde principe werken als de beeldbuis van oude televisies. In feite is het een kolf die is bedekt met een speciale fosforsubstantie. Het gloeit wanneer het wordt "gebombardeerd" door elektronen, die worden uitgezonden door de kathode, een negatief geladen elektrode of een "elektronenbundelkanon".
In de meeste van dergelijke apparaten beginnen negatief geladen deeltjes de kathode niet onmiddellijk te verlaten, maar pas nadat deze is opgewarmd en de bedrijfstemperatuur heeft bereikt. Om deze reden gaan tv-beeldbuizen en oude kathodelampen niet direct aan, maar na enkele seconden.
Promotie video:
Dit probleem kan worden opgelost door gebruik te maken van de zogenaamde veldemissiekathoden, elektroden van een speciaal apparaat dat in staat is om elektronen in een koude toestand te “schieten” door kwantumtunneling.
Dergelijke "elektronenkanonnen" werden vroeger gebruikt om vacuümbuizen te maken voor de eerste primitieve computers, evenals systemen voor achtergrondverlichting voor schermen met vloeibare kristallen. Ondanks de inspanningen van wetenschappers en ingenieurs slaagden ze er niet in om ze duurzaam, compact en goedkoop te maken, en daarom maakten ze plaats voor transistors en leds.
“Onze autokathode is gebouwd op conventionele koolstof. Het werkt niet alleen als een chemische stof, maar als een structuur: we hebben geleerd een structuur te maken uit koolstofvezels die niet bang is voor ionenbombardementen, een hoge emissiestroom afgeeft, technologisch geavanceerd is en goedkoop te vervaardigen. Dit is puur onze knowhow, een dergelijke technologie bestaat nergens anders ter wereld”, zegt Evgeny Sheshin, professor aan het MIPT.
Zoals de natuurkundige opmerkt, hebben wetenschappers hiervoor de punt van de kathode zodanig bewerkt dat het een soort borstel of kam wordt, bedekt met vele micro-uitsteeksels van een fractie van een micron dik. Ze creëren een ultrahoge elektrische veldsterkte nabij het kathodeoppervlak, waardoor elektronen in het omringende vacuüm worden geslagen.
Bovendien hebben Russische onderzoekers een compacte stroombron voor de kathodelamp gemaakt, waardoor deze kan worden "geperst" tot de grootte van een conventionele gloeilamp of zijn tegenhanger in LED. Een vergelijkbare lamp, zoals opgemerkt door wetenschappers, verbruikt slechts 5,6 watt aan energie en produceert ongeveer dezelfde hoeveelheid licht als een gloeilamp van 25 watt.
In dit opzicht is het niet onderdoen voor LED- of conventionele fluorescentielampen, maar tegelijkertijd worden de duurzaamheid en gloed zelf niet beïnvloed door de omgevingstemperatuur, het heeft een natuurlijker spectrum en kan meer dan 10 duizend uur werken.
Bovendien bevatten deze lampen geen geïmporteerde componenten, hebben ze geen geïmporteerde grondstoffen nodig voor de productie en kunnen ze in principe in elke huishoudelijke elektrische lampenfabriek worden geproduceerd. Wetenschappers hopen dat hun uitvinding Rusland zal helpen om het gebruik van kwik bij de productie van verlichtingsapparatuur volledig te staken.
