Вчені з МФТІ готуються запустити в промислове виробництво лампи нового типу, які можуть скласти конкуренцію світлодіодам і стати безпечною альтернативою ртутним лампам.
Енергозберігаючі, дешеві, стійкі до нагрівання, екологічно безпечні і практично вічні — катодолюмінесцентні лампи (КЛЛ), створені фізиками з МФТІ, здається, всім хороші. На вдосконалення конструкції пішло три десятиліття, зараз унікальна технологія виробництва катодів масштабується, і вже через рік «лампи Шешина» з'являться на полицях магазинів. Якщо російські виробники вчасно оцінять розробку, «лампи Шешина» можуть прийти на зміну світлодіодам і замінити ультрафіолетові ртутні лампи в медичній техніці. Попит на енергоефективні джерела освітлення в світі зростає, і у Росії є всі шанси стати лідером ринку.
Матчастина
У «лампі Шешина» (за прізвищем заступника завідувача кафедрою вакуумної електроніки МФТІ) світло дає люмінофор, яким покрита внутрішня сторона вакуумної колби; світіння люмінофора викликає потік електронів з катода в цоколі.
Трохи теорії: щоб перетворити тіло в джерело електронів, потрібно змусити електрони покинути це тіло. Зробити це можна, повідомивши тілу енергію — підвищивши температуру (термоемісію) або опромінити матеріал (фотоемісія). У катодно-променевих трубках старих телевізорів електронний потік виникав в результаті термоемісіі, тому екрану був потрібен час на розігрів. Однак отримати потік електронів можна без витрат енергії на нагрів катода; для цього потрібно скористатися чудесами квантової механіки.
Електрони — об'єкти квантового світу і можуть поводитися дивно, наприклад переміщатися в просторі без витрат енергії. Це явище називається тунельним ефектом і давно використовується в напівпровідникових світлодіодах. Правда, щоб побудувати такий «тунель» для електронів, потужність поля повинна бути дуже великою.
Форма і функція
Зменшити необхідну для тунелювання потужність поля можна, змінюючи геометрію матеріалу. Катод «лампи Шешина» являє собою набір вуглецевих волокон, усаджених тонкими (7 мікрон) голочками; така форма дозволяє отримувати потік електронів в слабкому полі, для створення якого досить зовсім невеликого напруги. Тому катоднолюмінесцентна лампа економно витрачає електроенергію — так само, як порівняні за яскравістю світлодіоди. Потрібну форму катода надають за розробленою в МФТІ технології. Вона — головне ноу-хау, що відрізняє прототипи, зібрані в МФТІ, від інших подібних проектів.
Спробу зробити КЛЛ намагалася кілька років тому приватна американська компанія; матеріалом катода в цьому проекті служили вуглецеві нанотрубки, які опинилися не найвдалішим рішенням через швидке вигоряння. Тонкі голки з вуглеволокна не руйнуються в процесі роботи і, за словами Шешина, працюватимуть «поки вам не набридне». Його слова підтверджують прототипи, які зберігаються в лабораторії вакуумної електроніки; деякі з них світять з кінця вісімдесятих і не думають гаснути.
Хімія і життя
Діапазон КЛЛ залежить від складу люмінофора; вже розроблені формули, що дають колір в різних частинах видимого спектру (червоному, синьому, жовтому, білому), в рентгені і ультрафіолеті. Деякі склади відомі давно, інші винаходять заново: так, для отримання УФ-променів в МФТІ експериментують з люмінофорами з вмістом лантану. Удосконалити технологію отримання УФ-випромінювання особливо важливо: сьогодні головні джерела жорсткого ультрафіолету — це ртутні лампи, але в дію скоро вступить Мінаматська конвенція, яка забороняє виробництво і оборот побутових приладів, що містять ртуть. Росія підписала цей документ, тому з наступного року всі ртутні УФ-світильники в країні опиняться поза законом. У катодолюмінесцентних лампах отруйної ртуті немає, і утилізувати їх можна з побутовими відходами, тому вони можуть виявитися єдиною безпечною альтернативою для медицини, промисловості і сільського господарства — галузей, які сьогодні залежать від виробників ртутних світильників.
Якщо вам цікаві новітні розробки в науковій та технічній сфері, підпишіться на електронну версію нашого журналу. 
Там ви знайдете ексклюзивні матеріали, які не були опубліковані на нашому сайті!