Лампы накаливания газа мантия , газа мантия или Вельсбы мантия представляет собой устройство для генерирования яркого белого света при нагревании пламени. Название относится к своему первоначальному источнику тепла в газовых огнях , которые заполнили улицы из Европы и Северной Америки в конце 19 - го века, каминный со ссылкой на то , как она свисает как плащ над пламенем. Она также используется в портативных кемпинга фонари , фонари давления и некоторых масляных ламп. [1]
Газовые мантии обычно продаются как тканевые изделия, которые из-за пропитки нитратами металлов выгорают, оставляя жесткую, но хрупкую сетку из оксидов металлов при нагревании во время первоначального использования; эти оксиды металлов при использовании производят свет от тепла пламени. Диоксид тория обычно был основным компонентом; будучи радиоактивным , он вызвал опасения по поводу безопасности тех, кто занимается производством мантий. Однако нормальное использование представляет минимальный риск для здоровья.
Механизм [ править ]
Мантия представляет собой примерно груша -образный мешок ткани, изготовленные из шелка, Рами -На искусственный шелк или вискоза . Волокна пропитаны солями редкоземельных металлов; когда мантию сначала нагревают в пламени, волокна сгорают за секунды, а соли металлов превращаются в твердые оксиды, образуя хрупкую керамическую оболочку в форме оригинальной ткани. Мантия ярко светится в видимом спектре , излучая мало инфракрасного излучения. В редкоземельных оксидов ( церия ) и актинидов ( торий ) в мантии имеют низкий коэффициент излучения в инфракрасной области (в сравнении с идеаломчерное тело ), но имеют высокий коэффициент излучения в видимом спектре . Есть также некоторые свидетельства того, что излучение усиливается за счет свечения кандолуминесценции , т.е. испускания света продуктами сгорания до того, как они достигнут теплового равновесия. [2] Комбинация этих свойств дает мантию, которая при нагревании керосином или пламенем сжиженного нефтяного газа испускает интенсивное излучение, в основном видимый свет с относительно небольшой энергией в нежелательном инфракрасном диапазоне, что увеличивает световую отдачу.
Мантия способствует процессу горения, сохраняя небольшое пламя внутри себя при более высоких расходах топлива, чем в простой лампе. Эта концентрация горения внутри мантии улучшает передачу тепла от пламени к мантии. Мантия сжимается после того, как весь тканевый материал сгорел, и становится очень хрупким после первого использования.
85-миллиметровая установка на газе накаливания на нефтяных парах Chance Brothers
История [ править ]
На протяжении веков искусственный свет создавался с помощью открытого огня . Limelight был изобретен в 1820-х годах, но температура, необходимая для получения видимого света только через излучение черного тела, была слишком высокой, чтобы ее можно было использовать для небольших источников света. В конце 19 века несколько изобретателей попытались разработать эффективную альтернативу, основанную на нагреве материала до более низкой температуры, но с использованием излучения дискретных спектральных линий для имитации белого света.
Многие ранние попытки использовали платину - иридий марлей , смоченной в металлических нитратов , но они не увенчались успехом из-за высокой стоимости этих материалов и их низкой надежности. Первой эффективной мантией была корзина Кламонд в 1881 году, названная в честь ее изобретателя. Это устройство было сделано из искусно изготовленной матрицы оксида магния , которая не нуждалась в опоре каркаса из платиновой проволоки, и выставлялась на выставке Хрустального дворца 1883 года.
Современная газовая мантия была одним из многих изобретений Карла Ауэра фон Вельсбаха , химика , изучавшего редкоземельные элементы в 1880-х годах и бывшего учеником Роберта Бунзена . Игнац Крейдл работал с ним над своими ранними экспериментами по созданию мантии Вельсбаха. В его первом процессе использовалась смесь 60% оксида магния , 20% оксида лантана и 20% оксида иттрия , который он назвал «Актинофор» и запатентовал в 1887 г., патент США, выданный 15 марта 1887 г., № 359 524. Эти оригинальные мантии излучали зеленый свет и не имели большого успеха. Первая компания Карла Ауэра фон Вельсбаха открыла завод в Атцгерсдорфе.в 1887 году, но он потерпел неудачу в 1889 году. В 1889 году Вельсбах получил свой первый патент с упоминанием тория, 5 марта 1889 года, патент США № 399,174. В 1891 году он усовершенствовал новую смесь 99% диоксида тория и 1% диоксида церия, которая давала гораздо более белый свет и давала более прочную мантию. После того, как эта новая мантия была введена в продажу в 1892 году, она быстро распространилась по Европе. Газовая мантия оставалась важной частью уличного освещения до широкого распространения электрического освещения в начале 1900-х годов. [3]
Производство [ править ]
Для изготовления мантии хлопок плетется или вяжется в сетчатый мешок, пропитывается растворимыми нитратами выбранных металлов и затем нагревается; хлопок сгорает, а нитраты превращаются в нитриты, которые сплавляются вместе, образуя сплошную сетку. По мере продолжения нагрева нитриты в конце концов разлагаются на хрупкую сетку твердых оксидов с очень высокой температурой плавления.
Ранние мантии продавались с неотапливаемой хлопковой сеткой, поскольку оксидная структура была слишком хрупкой, чтобы ее было легко транспортировать. Мантия была преобразована в рабочую форму, когда хлопок сгорел при первом использовании. Неиспользованные мантии нельзя было хранить очень долго, так как хлопок быстро гнил из-за коррозионной природы кислых нитратов металлов, и эта проблема позже была решена путем вымачивания мантии в растворе аммиака для нейтрализации избытка кислоты.
Позднее мантии делали из пушечного хлопка ( нитроцеллюлозы ) или коллодия, а не из обычного хлопка, так как из этого материала можно было производить очень тонкие нити, но перед первым использованием его нужно было преобразовать обратно в целлюлозу путем погружения в сульфид аммония , так как пушечный хлопок легко воспламеняется. и может быть взрывоопасным. Позже было обнаружено, что хлопковую мантию можно в достаточной мере укрепить, погрузив ее в раствор коллодия, который покрыл ее тонким слоем, который сгорел при первом использовании мантии.
Накидки имеют обвязочную нить, чтобы прикрепить их к светильнику. До тех пор, пока асбест не был запрещен из-за его канцерогенности , использовалась асбестовая нить; современные мантии используют проволоку или нить из керамического волокна.
Проблемы безопасности [ править ]
Торий [ править ]
Торий радиоактивен и в качестве одного из продуктов распада выделяет радиоактивный газ радон- 220 . Более того, при нагревании до накала торий улетучивает свои радиоактивные дочерние элементы , в особенности радий- 224. Несмотря на очень короткий период полураспада, радий быстро пополняется за счет своего радиоактивного родителя (тория-228), и каждое новое нагревание мантии до накала высвобождает свежий поток радия-224 в воздух. Этот побочный продукт можно вдохнуть, если мантию используют в помещении, и он вызывает опасения по поводу радиотоксичности внутреннего альфа-излучателя . Вторичные продукты распада тория включают радий и актиний.. Из-за этого есть опасения по поводу безопасности ториевых мантий. Некоторые агентства по ядерной безопасности дают рекомендации по их использованию. [4]
Исследование 1981 г. показало, что доза от использования ториевой мантии каждые выходные в течение года будет составлять 3–6 микрозивертов (0,3–0,6 мбэр ), что очень мало по сравнению с нормальной годовой дозой фонового излучения около 2,4 мЗв (240 мбэр ). хотя это предполагает, что торий остается в целости, а не в воздухе. Человек, фактически проглотивший мантию, получит дозу 2 мЗв (200 мбэр ). [5] [6] Однако радиоактивность является серьезной проблемой для людей, занимающихся производством мантий, и проблемой загрязнения почвы вокруг некоторых бывших заводов. [7]
Одной из потенциальных причин для беспокойства является то, что частицы из газовых мантий тория со временем «выпадают» и попадают в воздух, где могут попасть в пищу или питье. Эти частицы могут также вдыхаться и оставаться в легких или печени, вызывая длительное воздействие, превышающее риск радиационного фона. Также вызывает беспокойство выброс торийсодержащей пыли, если мантия расколется из-за механического удара.
Все эти проблемы привели к использованию в некоторых странах альтернатив, обычно иттрия или иногда циркония , хотя они обычно либо более дороги, либо менее эффективны. Проблемы безопасности были предметом федерального иска против Coleman Company ( Wagner v. Coleman ), которая первоначально согласилась разместить предупреждающие надписи на мантии для этой проблемы, а затем перешла на использование иттрия. [6] [8]
В июне 2001 года NUREG опубликовал исследование о Систематической радиологической оценке исключений для исходных и побочных материалов [9], в котором говорится, что мантии с радиоактивным газом являются полностью законными в США. [10]
См. Также [ править ]
- Кандолюминесценция
- Фонарь Coleman
- Корзина для моллюсков
- Газовое освещение
Примечания [ править ]
- ↑ Aladdin Mantle Lamp Co.
- ↑ HF Айви (1974). «Кандолюминесценция и радикально-возбужденная люминесценция». Журнал люминесценции . 8 (4): 271–307. Bibcode : 1974JLum .... 8..271I . DOI : 10.1016 / 0022-2313 (74) 90001-5 .
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2010-09-13 . Проверено 17 сентября 2010 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ).
- ^ Печки - Выживание Безлимитный архивации 3 апреля 2005, в Wayback Machine
- ^ a b Сесил Адамс, 5 декабря 2003 г., Straight Dope: лагерные фонари радиоактивны?
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 13 июня 2006 года . Проверено 25 сентября 2005 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ http://www.motherearthnews.com/natural-health/radioactive-danger-of-mantle-lamps-zmaz82ndzgoe
- ^ NUREG-1717 (раздел 3.14. Покрытия накаливания) . PDF 3,1 МБ].
- ^ Раздел 3.14 NUREG-1717: «любое лицо освобождается от требований для получения лицензии в той степени, в которой оно получает, владеет, использует или передает любое количество тория, содержащегося в колпаках из раскаленного газа. Это освобождение было установлено 20 марта. , 1947 (12 FR 1855), и с тех пор практически не изменился ».
Внешние ссылки [ править ]
- . Encyclopdia Britannica . 16 (11-е изд.). 1911. С. 651–673.
- Краткая история лампы высокого давления Лампы накаливания мантийных
- Ауэр фон Вельсбах
- Статья Австралийского агентства по радиационной защите и ядерной безопасности "Радиоактивность в фонарях"
- Документ Службы охраны здоровья потребителей и окружающей среды Нью-Джерси, содержащий описание загрязнения на бывшей фабрике в Камдене, штат Нью-Джерси.
- Газовая горелка Clamond : Scientific American 2 октября 1886 г.
