Газовая мантия

Газовая мантия накаливания , газовая мантия или мантия Welsbach - это устройство для генерации накаливания ярко -белого света при нагревании пламенем. Название относится к первоначальному источнику тепла в газовых огнях , который освещал улицы Европы в и Северной Америки конце 19 -го века. Мантла относится к тому, как он висит как плащ над пламенем. Газовые мантии также использовались в портативных кемпинговых фонарях , фонарях под давлением и некоторыми масляными лампами. ^{[ 1 ]}

Газовые мантии обычно продаются в виде мешка для ткани, которая из -за пропитки металлическими нитратами сгорает, чтобы оставить жесткую, но хрупкую сетку оксидов металлов при нагревании во время первоначального использования; Эти металлические оксиды производят свет от тепла пламени, когда используются. Диоксид тория обычно был основным компонентом; Будучи радиоактивным , это привело к опасениям по поводу безопасности тех, кто участвует в производственных мантиях. Нормальное использование, однако, представляет минимальный риск здоровья. ^{[ Цитация необходима ]}

Механизм

Мантия представляет собой примерно грушевидную ткани, изготовленную из шелкового, искусственного шелка на основе Рами или Района . Волокна пропитаны металлическими солями; Когда мантия сначала нагревается в пламени, волокна сжигают за считанные секунды, а металлические соли превращаются в твердые оксиды, образуя хрупкий керамический оксидный оболочка в форме исходной ткани. Мантия ярко светится в видимом спектре , испуская мало инфракрасного излучения. Оксиды редкоземельного церия ( излучательную ) и актинид ( тория ) в мантии имеют низкую способность в инфракрасной (по сравнению с идеальным черным телом ), но обладают высокой излучательной способностью в видимом спектре . Существует также некоторые доказательства того, что излучение усиливается канколуминесценцией , излучение света из продуктов сгорания до того, как они достигнут теплового равновесия. ^{[ 2 ]} Комбинация этих свойств дает мантию, которая при нагревании керосином или жидким пламенем нефтяного газа излучает интенсивное излучение, которое в основном является видимым светом, с относительно небольшой энергией в нежелательном инфракрасном виде, повышающей светящуюся эффективность.

Мантия помогает процессу сгорания, сохраняя пламя маленьким и содержащимся при более высоких скоростях потока топлива, чем в простой лампе. Концентрация сжигания внутри мантии улучшает перенос тепла от пламени в мантию. Мантия сжимается после того, как все материал ткани сгорел во время установки, оставляя очень хрупкую керамическую оксидную оболочку после первого использования.

История

На протяжении веков искусственный свет генерировался с использованием открытого пламени. В 1820-х годах было изобретено в центре внимания , но температура, необходимая для получения видимого света через только излучение черного тела, была слишком высокой, чтобы быть практичной для небольших огней. В конце 19 -го века несколько изобретателей пытались разработать эффективную альтернативу, основанную на нагреве материала до более низкой температуры, но с использованием излучения дискретных спектральных линий для имитации белого света.

Во многих ранних попытках использовались платиновая - иридийная марля, пропитанная металлическими нитратами , но они не были успешными из -за высокой стоимости этих материалов и их плохой надежности. Первой эффективной мантией была корзина Clamond в 1881 году, названную в честь ее изобретателя. Это устройство было сделано из матрицы оксида магния , которая не должна была поддерживать платиновую проволочную клетку и была выставлена на выставке Crystal Palace в 1883 году.

Современная газовая мантия была одним из многих изобретений Карла Ауэра фон Уэлсбаха , химика , который изучал редкоземельные элементы в 1880-х годах и который был Роберта Бунзена студентом . Игназ Крейдл работал с ним над своими ранними экспериментами, чтобы создать мантию Welsbach. В его первом процессе использовалась смесь 60% оксида магния , 20% оксида лантана и 20% оксида иттрия , которую он назвал «актинофор» и запатентовал в 1887 году (15 марта 1887 года, патент США #359 524). Эти оригинальные мантиля испускали зеленый свет и не были очень успешными. Первая компания Welsbach основала фабрику в Atzgersdorf в 1887 году, но в 1889 году она потерпела неудачу. В 1889 году Вэлсбах получил свой первый патент с упоминанием Тория (5 марта 1889 года, патент США #399 174). В 1891 году он усовершенствовал новую смесь из 99% диоксида тория и 1% диоксида церия , которая испускала гораздо более белый свет и создал более сильную мантию. После коммерческого представления этой новой мантии в 1892 году она быстро распространилась по всей Европе. Газовая мантия оставалась важной частью уличного освещения до широкого распространения электрического освещения в начале 1900 -х годов. ^{[ 3 ]}

Производство

Чтобы произвести мантию, хлопок вплетен или вязает в мешок с сетевой сеткой, пропитанную растворимыми нитратами избранных металлов, а затем транспортируется в пункт назначения. Пользователь устанавливает мантию, а затем сжигает ее, чтобы снять ватный пакет и преобразовать металлические нитраты в нитриты, которые объединяются вместе, чтобы сформировать твердую сетку. Когда нагревание продолжается, нитриты, наконец, разлагаются в хрупкую сетку твердых оксидов с очень высокими точками плавления.

Ранние мантии были проданы в неприятном состоянии хлопчатобумажной сетки, так как структура оксида после отопления была слишком хрупкой, чтобы легко транспортировать. Мантия превращается в свою рабочую форму, когда хлопок горит при первом использовании. Первоначально, неиспользованные мантии не могли храниться очень долго, потому что хлопок быстро сгнился из -за коррозийной природы кислых металлических нитратов. Коррозия кислых металлов позже рассматривалась путем замачивания мантии в растворе аммиака для нейтрализации избыточной кислоты.

Более поздние мантии были изготовлены из Гункоттона ( нитроцеллюлоза ), которая может быть получена с чрезвычайно тонкими нитями по сравнению с обычными хлопковыми нити. Они должны были быть преобразованы обратно в целлюлозу путем погружения в сульфид аммония, прежде чем первое использование, поскольку Гункоттон очень легко воспламеняется и может быть взрывоопасным. Позже было обнаружено, что хлопчатобумажная мантия может быть достаточно укреплена, погрузив ее в раствор из коллодиона, чтобы покрыть ее тонким слоем, который был бы сожжен, когда мантия была впервые использована.

У мантий есть переплетная нить, чтобы привязать их к фитингу лампы. Пока асбест не был запрещен из -за его канцерогенности , использовалась асбеста. Современные мантии используют проволоку или керамическую нить волокна.

Проблемы безопасности

Торий является радиоактивным и производит радиоактивный газовый рад -220 в качестве одного из своих продуктов распада . Более того, при нагревании до лаковки торий улетучивает его удвоенные радиодочеки , особенно радий -224. Несмотря на очень короткий период полураспада, Radium быстро пополняется от своего радио-родителя (Thorium-228), и каждое новое нагрев мантии в лампа выпускает свежий промыл радия-224 в воздух. Этот побочный продукт может быть вдыхается, если мантия используется в помещении и является внутренней альфа-эмиттер проблемой радиотоксичности . Вторичное распад продукты тория включают радий и актиний . Из -за этого есть опасения по поводу безопасности торийских мантий. Австралийское агентство по радиационной защите и ядерной безопасности рекомендует вместо этого мантивы, изготовленные с иттрием. ^{[ 4 ]}

Исследование в 1981 году подсчитано, что доза использования мантии тория каждые выходные в течение года будет составлять 3–6 микросиверт (0,3–0,6 МРЕМ ), крошечная по сравнению с нормальной годовой дозой фонового излучения около 2,4 мсв (240 МРМ), Хотя это предполагает, что торий остается нетронутым, а не в воздухе. Человек, фактически принимающий мантию, получит дозу 2 MSV (200 MREM). ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]} Тем не менее, радиоактивность является серьезной проблемой для людей, связанных с производством мантий, и проблема с загрязнением почвы вокруг некоторых бывших заводских участков. ^{[ 7 ]}

Одной из потенциальных причин для беспокойства является то, что частицы из мантий тория «выпадают» со временем и попадают в воздух, где они могут попасть в пищу или напитки. Эти частицы также могут быть вдыхаются и оставаться в легких или печени, вызывая длительное воздействие, превышающее риск фонового излучения. Также обеспокоен выбросом пыли с торие, если мантия разбивается из-за механического воздействия.

Все эти проблемы привели к использованию альтернатив в некоторых странах, обычно иттрия или иногда циркония , хотя они обычно являются либо более дорогими, так и более эффективными. Проблемы безопасности были предметом федерального иска против компании Coleman Company ( Wagner v. Coleman ), который изначально согласился разместить предупреждающие метки на мантии для этой проблемы и впоследствии переключился на использование Yttrium. ^{[ 6 ]}^{[ 8 ]}

США В июне 2001 года Комиссия по ядерному регулированию опубликовала исследование о систематической рентгенологической оценке исключений для материалов исходного и побочного продукта , ^{[ 9 ]} Заявление, что радиоактивные газовые мантии явно законны в США. ^{[ 10 ]}

Смотрите также

Примечания

^ Aladdin Mantle Lamp Co.
^ Hf Ivey (1974). «Кандолуминесценция и радикальная 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-Хейнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
^ «Арпанса - радиоактивность в мантиях фонарей» . Архивировано из оригинала 2010-09-13 . Получено 2010-09-17 . Полем
^ Пеки - выживание неограниченное архив 3 апреля 2005 года на машине Wayback
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Сесил Адамс, 5 декабря 2003 г., Прямой допинг: Радиоактивны ли лагеря?
^ «Министерство здравоохранения Нью -Джерси, службы здравоохранения, том 1, номер 3 Весна 1996: Уэлсбах и общие газовые мантийные участки, радий США» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) на 2006-06-13 . Получено 2005-09-25 .
^ «Скрытая радиоактивная опасность мантийных ламп» . Естественное здоровье. Ноябрь 1982.
^ Nureg-1717 (раздел 3.14. Манля накаливания) . PDF 3,1 МБ].
^ Nureg-1717 Раздел 3.14.: «Любое лицо освобождается от требований к лицензии в той степени, в которой человек получает, обладает, использует или передает любое количество тория, содержащегося в газовых манках накаливания. Это освобождение было установлено 20 марта. , 1947 (12 FR 1855), и с тех пор остается по существу неизменным ».

Внешние ссылки

[1] Aladdin Mantle Lamp Co.

[Ivey-2] Hf Ivey (1974). «Кандолуминесценция и радикальная люминесценция». Журнал люминесценции . 8 (4): 271–307. Bibcode : 1974Jlum .... 8..271i . doi : 10.1016/0022-2313 (74) 90001-5 .

[GW-3] Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2 -е изд.). Баттерворт-Хейнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .

[4] «Арпанса - радиоактивность в мантиях фонарей» . Архивировано из оригинала 2010-09-13 . Получено 2010-09-17 . Полем

[5] Пеки - выживание неограниченное архив 3 апреля 2005 года на машине Wayback

[adams-6] Jump up to: ^а ^{беременный} Сесил Адамс, 5 декабря 2003 г., Прямой допинг: Радиоактивны ли лагеря?

[7] «Министерство здравоохранения Нью -Джерси, службы здравоохранения, том 1, номер 3 Весна 1996: Уэлсбах и общие газовые мантийные участки, радий США» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) на 2006-06-13 . Получено 2005-09-25 .

[8] «Скрытая радиоактивная опасность мантийных ламп» . Естественное здоровье. Ноябрь 1982.

[9] Nureg-1717 (раздел 3.14. Манля накаливания) . PDF 3,1 МБ].

[10] Nureg-1717 Раздел 3.14.: «Любое лицо освобождается от требований к лицензии в той степени, в которой человек получает, обладает, использует или передает любое количество тория, содержащегося в газовых манках накаливания. Это освобождение было установлено 20 марта. , 1947 (12 FR 1855), и с тех пор остается по существу неизменным ».

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]