В поисках ртути в советских (и не только) «неонках»



Данный вопрос уже неоднократно поднимался в различных дискуссиях и пока так и не получил однозначного ответа. Есть ли ртуть в неоновых индикаторах? С одной стороны, она вроде как там совсем ни к чему. А с другой, уж слишком сильно порой отличаются оттенки свечения разных моделей и даже экземпляров индикаторов, при том что их единственно возможным цветом должен бы быть оранжево-красный неоновый. Дабы внести окончательную ясность в эту проблему, я решил воспользоваться уже знакомым нам прибором – спектроколориметром Konica Minolta CL-70F, характеристики которого мы кратко рассматривали ранее. По сравнению с прошлой серией измерений изменилось только одно: теперь этот прибор официально поверен во ВНИИОФИ, а значит его показаниям в значительной степени можно доверять Smile

Немного об общем замысле эксперимента. Как известно, все инертные (и не только) газы, а также пары металлов обладают характерными спектрами излучения при определённых условиях. Зная «фирменный отпечаток» (характеристические линии излучения) того или иного газа либо металла, можно определить его наличие в лампе, даже если там также присутствуют и другие газы и пары. Было решено провести измерение спектров целого ряда «подозрительных» неоновых индикаторов, а также источников с заведомым наличием ртути, дабы сопоставить полученные данные и сделать выводы на их основе.

Сразу нужно отметить один важный момент. Так как нас в данном случае интересуют тлеющие разряды низкого давления, их спектры имеют выраженный линейчатый характер, то есть состоят из практически монохроматических отдельных линий. Прибор CL-70F, к сожалению, в силу своих габаритов просто не может иметь серьёзного монохроматора, позволяющего наблюдать подобные спектры в их оригинальном виде; по некоторым данным его разрешающая способность составляет не менее 10нм. Следовательно, линейчатые спектры немного «оплывают» и «размазываются» – для точной работы с ними необходимы приборы другого класса. Однако, так как наша задача состоит лишь в выделении характеристических спектральных линий, этот недостаток будем считать несущественным.

Итак, начнём. Для начала посмотрим на классический спектр чистого неона (по версии прибора):

Здесь мы видим специфический набор жёлто-красных линий в диапазона 590...745нм и совсем немного зелёных излучений. Какие-либо излучения с длинами волн менее 500нм полностью отсутствуют. Вот так подобный свет выглядит в реальности:

Свечение чистого неона имеет выраженный огненный оттенок. Создаётся иллюзия, что электроды раскалены и просто пышат жаром. Правда, мы прекрасно знаем, что на самом деле это не так Wink . Для сравнения – а так выглядят лампы с аномальным цветом разряда:

Причём съёмка сделана точно с тем же фиксированным балансом белого, что и для предыдущих ламп. Теперь посмотрим на спектр тлеющего разряда в аргоне с парами ртути:

Здесь хорошо заметен всплеск так называемого «красного спектра аргона» (состоящего из линий 696, 727, 750, 763 и 772нм), а также характерные линии ртути с длинами волн 405, 436, 546 и 578нм. Занятно, что они присутствуют практически во всех видах ртутных ламп, например в ЛЛ:

в КЛЛ:

в рекламных трубках с люминофором:

и в МГЛ:


Но самый характерный «ртутный паттерн» наблюдается, конечно же, у ламп ДРЛ:

В качестве разминки попробуем выяснить состав газа в неизвестной лампе, которая до сего момента проходила у нас как неизвестная ИФК (с ксеноновым наполнением):

Во как! Полный набор ртутных линий налицо. Кроме этого, мы можем явственно наблюдать и красный спектр аргона, следовательно, кроме ртути, лампа также содержит и этот газ. Смело переименовываем её из ксеноновой в неизвестную ДРШ.

Теперь приступим к изучению «подозрительных пациентов». Первой на очереди, конечно же, лампа ИН-18, известная своим голубоватым свечением при определённых обстоятельствах. Вначале посмотрим на неё в обычном режиме:

А теперь загоним её в режим голубого свечения:

И... боже, что мы здесь видим? Отчётливо просматривается весь набор ртутных линий (405, 436, 546, 578нм). Так или иначе, ртуть со всей определённостью присутствует! Shok . Кроме этого, мы также видим здесь длинноволновый отпечаток аргона, то есть и здесь без него не обошлось.

Аналогичным образом были проверены и другие модели неоновых и люминесцентных индикаторов. Результаты анализа сведены в таблицу.

Лампа Анализ спектра Выводы
Линия 405нм Пик 420нм1 Линия 436нм Линия 546нм Красный спектр Ртуть Аргон
Osram 75.3700 + + + +
Stabilovolt SW70/6 + + +
ИН-1 + + +
ИН-2              
ИН-3
ИН-4 + + +
ИН-42 + + +
ИН-12А + + + + + +
ИН-14 + ~ + + + + +
ИН-18 + + + + + +
ИН-21
ИНС-1
МН-3 + + +
МН-5 + + +
МН-6              
МН-7 + + +
МП-220
МТХ-90
ТЛГ-1-3 B9s3 ? + ? ? + ? +
Г7V1 (ТЛГ-1-3) B9s3 ? + ? ? ? ? ?
ТЛГ-3-13 ? + ? ? + ? +
ТЛГ-3-2В3 ? + ? ? + ? +
ТЛЖ-1-3 B9s + ? + +
ТЛЖ-1-3 б/м E10 + ? + +
ТЛЗ-1-1 IV70 E10 + ? + +
ТЛЗ-3-2 + ? + +
ТЛО-1-1 б/м B9s
ТЛО-220
ТН-0,2-1 0375 B9s + + +
ТН-0,2-1 1074 E10 + + +
ТН-0,3 VII 66 E10 ~ + +
ТН-0,3 1074 E10 ~ + +
ТН-0,3-3 0282 B9s + +
ТН-0,3-3 0980 E10 + + +
ТН-0,8 + + +
ТН-20              
ТН-204              
ТНУВ + + +
Стартёр СК-220 (1)
Стартёр СК-220 (2)5 ~ + +
Стартёр 20С-1275 + + +
Стартёр 80С-220

Примечания:

  1. Некий характерный всплеск излучения в диапазоне 420-430нм, не вполне пока понятного происхождения. Чаще всего наблюдается в лампах с аргоном.
  2. Лампа с дефектом наполнения (сиреневое свечение цифр). Наблюдается мощный пик излучения с длиной волны 390нм.
  3. Точно определить присутствие ряда линий затруднительно из-за мощного излучения люминофора.
  4. Лампа розоватого свечения (дата выпуска XII 62).
  5. В спектре присутствует практически сплошной участок в диапазоне 380...620нм, очевидно вызванный примесью некого молекулярного газа.

Выводы:

  • Достоверно наличие ртути удалось определить только в трёх образцах индикаторов: ИН-12А, ИН-14, ИН-18, а также в лампе Osram (впрочем, в последней ртуть заметна невооружённым глазом).
  • Большинство неоновых индикаторов содержат добавку аргона (очевидно, для снижения напряжения зажигания и возможно для улучшения температурных характеристик).
  • Похоже, что люминесцентные индикаторы тлеющего разряда (ТЛх-х-х) для возбуждения люминофора используют разряд в аргоне. Наличие в них ртути пока ничем не подтверждается.

 

Все спектры, снятые в ходе нашего «расследования», со временем будут добавлены в нашу Базу спектральных измерений, где с ними смогут ознакомиться все желающие.

Автор: Dominique, опубликовано: 19.07.19
(3)

Комментарии

Очень любопытное исследование. Могу также предположить, что результаты, вероятно, будут иметь различия еще и в зависимости от года выпуска ламп.

Скорее от актуальной ревизии ТУ. Не думаю, что добавки могли произвольно варьировать по мере выпуска ламп.

Интересно, а каким образом эти лампы были "загнаны в аномальный режим"? Изменением частоты? Хотя возможно такое может быть при сильном завышении тока. Или я не прав? 

Лампы включались от слаботочного источника высокого напряжения (~10000В). Аномальный режим получался при питании через воздушный промежуток, своего рода импровизированный конденсатор. При этом резко повышалась яркость и свечение обычно заполняло весь внутренний объём колбы. Насколько при этом рос ток – не знаю, источник в принципе очень слабенький (с питанием от батареек), там ток КЗ от силы 0,1-0,2мА.

Так через конденсатор или через разрядник? Если через разрядник, то это логично -- появляется множество ВЧ-гармоник благодаря искре.

Ну да, фактически через воздушный разрядник.