Investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú y del Instituto de Física Lebedev de la Academia de Ciencias de Rusia han diseñado y probado un prototipo de lámpara catodoluminiscente para iluminación general. La nueva lámpara que se basa en el fenómeno de emisión de campo, es más confiable, durable, y luminoso que sus análogos disponibles en todo el mundo. El desarrollo se informó en el Revista de ciencia y tecnología del vacío B .

Si bien las lámparas LED se han convertido en algo común, no son la única alternativa limpia y que ahorra energía a las lámparas incandescentes. Desde la década de 1980, Los ingenieros de todo el mundo han estado estudiando las llamadas lámparas catodoluminiscentes como otra opción para fines de iluminación general.

Como se muestra en la figura 1, una lámpara de este tipo se basa en el mismo principio que alimenta los tubos de rayos catódicos de TV:un electrodo cargado negativamente, o cátodo, en un extremo de un tubo de vacío sirve como un cañón de electrones. Una diferencia de potencial de hasta 10 kilovoltios acelera los electrones emitidos hacia un electrodo plano revestido de fósforo cargado positivamente, el ánodo, en el extremo opuesto del tubo. Este bombardeo de electrones produce luz.

Las lámparas catodoluminiscentes tienen la ventaja de emitir luz casi en cualquier longitud de onda, del rojo al ultravioleta, dependiendo del material fluorescente que se utilice.

Las nuevas bombillas de luz ultravioleta serían un desarrollo particularmente oportuno, considerando la reciente prohibición de los electrodomésticos que utilizan mercurio en virtud del Convenio de Minamata, un tratado de las Naciones Unidas firmado por 128 países que entró en vigor en agosto de 2017. Entre otros productos, la prohibición apunta a los tubos fluorescentes ultravioleta, ampliamente utilizado para iluminación de invernaderos y otras aplicaciones. Las bombillas de luz UV catodoluminiscentes no contienen mercurio y generalmente son más limpias en servicio y al desecharlas.

"Algunas industrias que utilizan lámparas de mercurio para el tratamiento del agua y la desinfección del aire, por ejemplo, será muy lento y no estará dispuesto a eliminarlos, "comentó Mikhail Danilkin del Instituto de Física Lebedev, RAS. "Pero la medicina es diferente, porque no se ha resuelto el problema de la eliminación de lámparas de mercurio en instalaciones médicas individuales, mientras que las normas medioambientales son cada vez más estrictas. Las lámparas catodoluminiscentes se pueden utilizar en la descontaminación de la sala de operaciones, Irradiación UV de garganta y amígdalas, y curado de empastes dentales ".

Otra ventaja importante de la nueva lámpara sobre los LED y las bombillas fluorescentes es que no depende de las denominadas materias primas críticas. Estos incluyen galio, indio y algunos elementos de tierras raras. Si bien su suministro es limitado, estos materiales son imprescindibles e insustituibles en la salud, defensa, aeroespacial, y otras industrias clave. La Comisión Europea los clasifica como estratégicamente importantes para la economía europea.

En los Estados Unidos se han realizado intentos de producir en masa bombillas catodoluminiscentes comerciales, pero los consumidores no aceptaron el dispositivo, principalmente porque era voluminoso y tardaba varios segundos en calentar el cátodo a la temperatura de funcionamiento. Similar, los viejos televisores comenzaron a mostrar la imagen después de un breve retraso.

Algunos cátodos no requieren calentamiento, aunque. Se conocen como cátodos de emisión de campo, porque se basan en el fenómeno de emisión de campo. Implica un cátodo frío que emite electrones bajo un campo electrostático solo, debido a los túneles.

Sin embargo, diseñando un duradero, y un cátodo tecnológicamente avanzado que podría producirse en masa y venderse a un precio asequible ha demostrado ser un desafío. A pesar de un esfuerzo continuo en Japón y EE. UU., el reciente estudio ruso marca el primer intento exitoso de lograrlo.

"Nuestro cátodo de emisión de campo está hecho de carbono ordinario, "dijo el profesor Evgenii Sheshin, vicepresidente de electrónica de vacío en MIPT, quien dirigió el equipo de investigación. "Pero este carbono no se utiliza meramente como producto químico, sino más bien como una estructura. Encontramos una manera de crear una estructura a partir de fibras de carbono que sea resistente al bombardeo de iones. emite una corriente de alta emisión, es tecnológico y asequible en producción. Esta tecnología es nuestro saber hacer, nadie más en el mundo lo tiene ".

Sometiendo el carbono a un tratamiento especial, muchas protuberancias submicrométricas, de menos de una millonésima parte de un metro, se forman en la punta del cátodo (figura 2). Esto da como resultado un campo eléctrico ultra alto en la punta, expulsando electrones, en el vacío.

El grupo de investigación MIPT también ha desarrollado una fuente de energía compacta para su lámpara catodoluminiscente, que suministra suficientes kilovoltios para una emisión de electrones de campo exitosa. La fuente se coloca alrededor de la bombilla de vidrio (figura 3) sin casi ningún efecto sobre su tamaño.

El documento informa sobre las pruebas de los prototipos y las características técnicas de la lámpara. Estos datos sugieren que si se producen en masa, la nueva bombilla catodoluminiscente podría competir con las lámparas baratas basadas en diodos emisores de luz. La nueva bombilla también ayudaría a eliminar gradualmente las peligrosas lámparas fluorescentes que contienen mercurio, que todavía se utilizan en muchos hogares.

"A diferencia de la bombilla LED, nuestra lámpara no teme a las temperaturas elevadas. Puede usarlo donde los diodos se desvanecen rápidamente, como en focos de techo, donde se proporciona una refrigeración insuficiente, ", agregó el coautor del estudio, Dmitry Ozol, del departamento de electrónica de vacío de MIPT.