Российские физики создали прототип лампы, похожей по принципам работы на кинескоп телевизора, обладающей не достигнутыми никем в мире характеристиками надежности, долговечности и силы света. "Рецепт" по ее сборке и первые итоги проверки были представлены в Journal of Vacuum Science & Technology.
"Наша лампочка не боится повышенных температур, в отличие от светодиода. Она может эксплуатироваться там, где светодиод быстро потеряет яркость, например, в спотовых потолочных светильниках, где не обеспечивается хорошее охлаждение", — рассказывает Дмитрий Озол из Московского физико-технического института в Долгопрудном.
Долгое время главным источником света в домах служили обычные лампы накаливания, чьи первые прототипы появились еще в конце XIX века благодаря экспериментам Лодыгина, Эдисона и других светил науки того времени. Лишь относительно недавно их стали заменять альтернативные компактные источники освещения, в том числе светодиодные и люминесцентные излучатели.
Несмотря на низкое потребление энергии и относительную долговечность, подобные источники освещения обладают массой недостатков, начиная с неестественного спектра излучения и заканчивая тем, что их производство или сами лампы содержат в себе ртуть и другие токсичные вещества. Все это заставляет ученых и инженеров искать им замену и "переизобретать" уже существующие типы лампочек.
К примеру, четыре и три года назад физики из Южной Кореи и США создали специальные покрытия и нити из графена для обычной лампы накаливания, которые повысили ее эффективность в сотни раз и сделали более экономичной, чем оба типа "энергосберегающих" ламп.
Как передает пресс-служба МФТИ, нечто похожее удалось сделать Озолу и его коллегам по Физтеху и Физическому институту РАН, радикально улучшив конструкцию так называемых катодолюминесцентных ламп.
Подобные осветительные приборы существуют уже больше полувека, однако они получили крайне ограниченное распространение по той причине, что они были заметно крупнее по размерам, чем их "конкуренты", включались так же медленно, как и люминесцентные светильники, и примерно в два раза отставали от светодиодов в плане энергоэффективности.
Эти недостатки связаны с тем, что катодные лампы работают по примерно такому же принципу, как и кинескоп старых телевизоров. По сути, они представляют собой колбу, покрытую специальным веществом-люминофором. Оно светится при его "бомбардировке" электронами, которые испускает катод, отрицательно заряженный электрод, или "электронно-лучевая пушка".
В большинстве подобных устройств отрицательно заряженные частицы начинают покидать катод не сразу, а только после того, как он разогреется и достигнет рабочей температуры. По этой причине кинескопы телевизоров и старые катодные лампы включаются далеко не сразу, а через несколько секунд.
Эту проблему можно решить, используя так называемые автоэмиссионные катоды, электроды особого устройства, способные "стрелять" электронами и в холодном состоянии за счет квантового туннелирования.
Подобные "электронные пушки" раньше использовались при создании электронных ламп для первых примитивных компьютеров, а также систем подсветки для жидкокристаллических экранов. Несмотря на усилия ученых и инженеров, сделать их долговечными, компактными и дешевыми не получилось, из-за чего они уступили место транзисторам и светодиодам.
"Наш автокатод построен на основе обычного углерода. Он работает не просто химикатом, а структурой: мы научились создавать из углеродных волокон такую конструкцию, которая не боится ионной бомбардировки, дает высокий эмиссионный ток, технологична и дешева в производстве. Это чисто наше ноу-хау, такой технологии нет больше нигде в мире", — заявил Евгений Шешин, профессор МФТИ.
Как отмечает физик, для этого ученые обработали острие катода таким образом, что он стал похож на своеобразную кисточку или расческу, покрывшись множеством микровыступов толщиной в доли микрона. Они создают вблизи поверхности катода сверхвысокую напряженность электрического поля, которая и выбивает электроны в окружающий вакуум.
Вдобавок, российские исследователи создали компактный источник питания для катодной лампы, позволяющей "ужать" ее до размеров обычной лампы накаливания или ее светодиодного аналога. Подобная лампа, как отмечают ученые, потребляет всего 5,6 Ватт энергии, вырабатывая примерно столько же света, как лампа накаливания мощностью в 25 Ватт.
В этом отношении она не уступает ни светодиодным, ни обычным люминесцентным лампам, но при этом на ее долговечность и само свечение не влияют температуры окружающей среды, она обладает более естественным спектром и может проработать более 10 тысяч часов.
Вдобавок, эти лампы не содержат импортных комплектующих, не требуют при производстве импортного сырья и, в принципе, могут выпускаться на любом отечественном электроламповом заводе. Как надеются ученые, их изобретение поможет России полностью отказаться от использования ртути при производстве осветительных приборов.
