Dlaczego rtęć?

Dlaczego rtęć jest niezbędna w świetlówkach?

Odpowiedź na to pytanie tkwi w zasadzie działania lamp fluorescencyjnych. Świetlówka składa się ze szklanej rurki, gazu wypełniającego, elektrod i warstwy luminoforu (patrz rysunek poniżej). Po doprowadzeniu niezbędnego napięcia do dwóch elektrod lampy, dochodzi do wyładowania gazu pomiędzy elektrodami.

Przepływ elektronów (czyli prąd) pobudza atomy rtęci do emitowania promieniowania nadfioletowego (UV).

Warstwa luminoforu na szklanej rurce przekształca promieniowanie UV w światło widzialne.

Zasadniczo niskociśnieniowe wyładowanie w gazie takie jak w świetlówkach emituje większość światła w zakresie nadfioletu (UV). To promieniowanie UV w zakresie widma niewidzialnego jest przetwarzane na światło widzialne za pomocą warstwy luminoforu. Oba procesy, wytworzenie światła UV poprzez wyładowanie w gazie wykorzystujące energię elektryczną i przetworzenie promieniowania UV na światło widzialne nie można przeprowadzić bez strat energii.

Wydajność wyładowania w gazie zdecydowanie zależy od połączenia gazu wypełniajacego z odpowiednią warstwą luminoforu na ściankach szklanej rurki. Dotychczasowe doświadczenia pokazały, że najlepszym gazem wypełniającym nie jest zwykły gaz czy też jego mieszanina, ale pary rtęci. Wynika to z korelacji pomiędzy światłem wytwarzanym poprzez wyładowanie w gazie a dostępnym luminoforem. (Uwaga: gaz czyli rtęć to faktycznie pary rtęci obecne w temperaturze pracy lampy. Właściwości fizyczne rtęci są pod tym względem wyjątkowe.)

Po ponad 50 latach prac naukowo-badawczych i różnych próbach zastąpienia rtęci mniej toksycznymi substancjami, powszechna wiedza na temat właściwości fizycznych i chemicznych wśród wszystkich ekspertów jest taka, że najskuteczniejszy system do wyładowania i późniejszego przetwarzania promieniowania UV opiera się na rtęci. Obecnie świetlówki liniowe działające z wbudowanym statecznikiem elektronicznym osiągają wydajność systemową wynoszącą ponad 100 lm/W. Wprawdzie skuteczność ta spada nieznacznie dla krótszych świetlówek, to świetlówki kompaktowe nadal osiągają około 60 lm/W.

Jedna z ostatnich i ambitnych prób zastąpienia rtęci w świetlówkach została podjęta przez OSRAM. W czasie ostatniej dekady została stworzona płaska i bardzo cienka lampa z wykorzystaniem rzadkiego gazu ksenonu zamiast rtęci. Podobnie jak w innych świetlówkach do przetworzenia promieniowania UV w światło widzialne wykorzystano warstwę luminoforu. Skuteczność osiągnięta przez ten system była absolutnie najlepsza spośród odnotowanych rozwiązań bez rtęci. Jednakże przy 35 lm/W osiągnięta skuteczność była nadal znacznie poniżej tej osiąganej przez świetlówki wykorzystujące rtęć. W trakcie doświadczeń stało się jasne, że taka skuteczność nigdy nie będzie osiągnięta jak w przypadku świetlówek rtęciowych.