Газовая мантия - Gas mantle

Coleman белого газа фонаря мантия светящейся на полной яркости

Лампы накаливания газа мантия , газа мантия или Вельсбы мантия представляет собой устройство для генерирования лампы накаливания яркого белого света при нагревании пламени. Название относится к своему первоначальному источнику тепла в газовых огнях , которые освещали улицы из Европы и Северной Америки в конце 19 - го века. Мантия - это то, как она висит как плащ над пламенем. Накидки газа были также использованы в портативных кемпинга фонари , фонари давления и некоторых масляных ламп.

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 вызывает опасения по поводу безопасности тех, кто занимается производством мантий. Однако при нормальном использовании риск для здоровья минимален.

Механизм

Мантия представляет собой примерно груша -образный мешок ткани, изготовленные из шелка, Рами -На искусственный шелк или вискоза . Волокна пропитаны солями 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 идеалом черного тела ) , но имеют высокий коэффициент излучения в видимом спектре . Имеются также некоторые свидетельства того, что излучение усиливается за счет свечения кандолуминесценции , т.е. испускания света продуктами сгорания до того, как они достигнут теплового равновесия. Комбинация этих свойств дает мантию, которая при нагревании пламенем керосина или сжиженного нефтяного газа испускает интенсивное излучение, которое в основном представляет собой видимый свет с относительно небольшой энергией в нежелательном инфракрасном диапазоне, что увеличивает световую отдачу.

Мантия способствует процессу горения, сохраняя небольшое пламя и удерживая его внутри 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.

История

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 было выставлено 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 основала фабрику в Атцгерсдорфе в 1887 году, но потерпела 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 крышка оставалась важной частью уличного освещения до широкого распространения электрического освещения в начале 1900-х годов.

Производство

Мантии в неиспользованной плоскоупакованной форме

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 сливаются вместе, образуя сплошную сетку. По мере продолжения нагревания нитриты в конце концов распадаются на хрупкую сетку твердых оксидов с очень высокой температурой плавления.

Ранние мантии продавались с неотапливаемой хлопковой сеткой, так как оксидная структура была слишком хрупкой, чтобы ее можно 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 - проблема, которая позже была решена путем замачивания мантии в растворе аммиака для нейтрализации избытка кислоты.

Позднее мантии делали из пушечного хлопка ( нитроцеллюлозы ) или коллодия, а не из обычного хлопка, поскольку из этого материала можно было производить очень тонкие нити, но перед первым использованием его нужно было снова превратить в целлюлозу путем погружения в сульфид аммония , так как пушистый хлопок легко воспламеняется. и может быть взрывоопасным. Позже было обнаружено, что хлопковую мантию можно в достаточной степени укрепить, погрузив ее в раствор коллодия, который покрыл ее тонким слоем, который сгорел при первом использовании мантии.

Мантии имеют обвязочную нить, чтобы привязать их к светильнику. Пока асбест не был запрещен из-за его канцерогенности , использовалась асбестовая нить; современные мантии используют проволоку или нить из керамического волокна.

Соображения безопасности

Торий

Торий радиоактивен и в качестве одного из продуктов распада образует радиоактивный газ радон- 220 . Более того, при нагревании до накала торий улетучивает свои радиоактивные дочери , в особенности радий- 224. Несмотря на очень короткий период полураспада, радий быстро пополняется за счет своего радиоактивного родителя (торий-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.

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, составляющей около 2,4  мЗв (240  мбэр ). хотя это предполагает, что торий остается нетронутым, а не переносится по воздуху. Человек, фактически проглотивший мантию, получит дозу 2  мЗв (200  мбэр ). Однако радиоактивность является серьезной проблемой для людей, занимающихся производством мантий, и проблемой загрязнения почвы вокруг некоторых бывших заводов.

Одной из потенциальных причин для беспокойства является то, что частицы из газовых мантий тория со временем «выпадают» и попадают в воздух, где они могут попасть в пищу или питье. Эти частицы также могут 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 сначала согласилась разместить предупреждающие надписи на мантии для этого беспокойства, а затем перешла на использование иттрия.

В июне 2001 года NUREG опубликовал исследование о Систематической радиологической оценке исключений для исходных и побочных материалов, в котором говорится, что мантии с радиоактивным газом являются полностью законными в США.

Смотрите также

Примечания

внешние ссылки