Prototipo di lampadina con bulbo a raggi catodici può competere con i LED

Ricercatori dell’Istituto di Fisica e Tecnologia di Mosca (MIPT) e dell’Istituto Fisico Lebedev dell’Accademia Russa delle Scienze hanno sviluppato la nuova lampadina, per emettere luce si basa sul fenomeno delle emissioni di campo. Lo sviluppo è stato riportato nello Journal of Vacuum Science & Technology B.
Le lampadine a LED sono diventate comuni, ma non sono l’unica alternativa pulita e a risparmio energetico alle lampadine a incandescenza, gli ingegneri di tutto il mondo dagli anni ’80 hanno esaminato le cosiddette lampade catodoluminescenti come un’altra opzione per scopi d’illuminazione generale.
Le nuove lampadine si basano sullo stesso principio che ha alimentato i vecchi televisori con tubi a raggi catodici, una differenza di potenziale fino a 10 kilovolt accelera gli elettroni emessi verso un elettrodo piatto rivestito di fosforo con carica positiva – l’anodo – all’estremità opposta del tubo, questo bombardamento di elettroni porta alla luce.

Lampadine UV catodoluminescenti non contengono mercurio
Le lampadine catodoluminescenti hanno il vantaggio di poter emettere luce quasi a qualsiasi lunghezza d’onda, dal rosso all’ultravioletto, secondo il materiale fluorescente utilizzato.
I ricercatori dicono che la loro lampadina può sostituire i tubi fluorescenti ultravioletti, spesso utilizzati nelle serre, sono stati penalizzati dalla Convenzione Minamata, un trattato delle Nazioni Unite firmato da 128 paesi, vieta il mercurio nei prodotti per la casa.
Le lampadine UV catodoluminescenti non contengono mercurio, sono più ecologiche nel periodo di utilizzo e al momento dello smaltimento.
Mikhail Danilkin del Lebedev Physical Institute ha detto:
«Alcune industrie che utilizzano lampade al mercurio per il trattamento delle acque e la disinfezione dell’aria, ad esempio, saranno molto lente e riluttanti a eliminarle gradualmente.
Gli standard ambientali stanno diventando più severi, anche il problema che riguarda lo smaltimento delle lampade al mercurio nelle singole strutture mediche non è stato risolto, per questo le lampade catodoluminescenti potrebbero essere utilizzate anche per la decontaminazione della sala operatoria, l’irradiazione UV della gola e delle tonsille e l’indurimento del riempimento dentale».
I ricercatori hanno detto che un altro importante vantaggio della nuova lampadina rispetto ai LED e alle lampade fluorescenti è che non si basa sulle cosiddette materie prime critiche, includono gallio, indio e alcuni elementi di terre rare: sebbene la loro offerta sia limitata, questi materiali sono essenziali e insostituibili per la salute, la difesa, le aerospaziali e altre importanti industrie.

Soluzione per produrre commercialmente le lampadine catodoluminescenti
I tentativi di produrre in serie lampadine catodoluminescenti commerciali sono stati fatti negli Stati Uniti, ma i consumatori non hanno adottato il dispositivo, soprattutto perché era ingombrante e servivano diversi secondi per riscaldare il catodo alla temperatura operativa.
I catodi a emissione di campo, non richiedono alcun riscaldamento, ma progettare un catodo efficiente, duraturo e tecnologicamente avanzato che potesse essere prodotto in serie e venduto a un prezzo accessibile si è rivelato impegnativo.
Il team di ricercatori russi nonostante i continui sforzi in Giappone e negli Stati Uniti, afferma che il suo studio segna il primo tentativo di successo in questo senso.
Evgenii Sheshin, vice presidente dell’elettronica del vuoto al MIPT, ha guidato il team di ricerca, ha detto:
«Il nostro catodo di emissione sul campo è fatto di carbonio ordinario, questo carbonio non è usato solo come sostanza chimica, ma piuttosto come struttura. Abbiamo trovato un metodo per creare una struttura in fibre di carbonio che sia resistente ai bombardamenti ionici, produca una corrente ad alte emissioni, sia tecnologica e accessibile in produzione. E’ una nostra invenzione, al mondo siamo gli unici a possedere questa tecnologia».
Sottoponendo il carbonio a un trattamento speciale, molte sporgenze submicrometriche – meno di un milionesimo di un metro di dimensione – sono formate sulla punta del catodo. Ciò si traduce in una trasmissione di energia elettrica ad altissima tensione sulla punta, spinge gli elettroni fuori, nel vuoto.
Il gruppo di ricerca del MIPT ha anche sviluppato una fonte di energia compatta per la loro lampadina catodoluminescente, fornisce abbastanza chilovolt per il successo dell’emissione di elettroni di campo. La sorgente è montata attorno alla lampadina di vetro senza quasi alcun effetto sulle sue dimensioni.
Il team ritiene che, la nuova lampadina catodoluminescente prodotta in serie, potrebbe competere con le lampade a basso costo basate su diodi emettitori di luce. La nuova lampadina contribuirebbe anche a eliminare gradualmente le pericolose lampade fluorescenti contenenti mercurio, ancora in uso in molte abitazioni.
Dmitry Ozol del dipartimento di elettronica sottovuoto del MIPT, ha partecipato allo studio, in conclusione ha detto:
«La nostra lampadina a differenza della lampadina a LED, non teme le temperature elevate. E’ possibile utilizzarla dove i diodi svaniscono rapidamente, come nei faretti a soffitto, dove il raffreddamento è insufficiente».
L’UE nel tentativo di aumentare l’efficienza dell’illuminazione nel continente nel 2018 ha istituito un divieto di vendita di lampadine alogene.

Pino Silvestri

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Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
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