Підсвічування в годиннику
Проблема визначення часу в темний час доби виникла давно, але тільки винахід баштового механічного годинника з боєм вперше наблизив людство до її вирішення. Цим технічним досягненням, щоправда, могли скористатися лише жителі досить багатих середньовічних міст. У селах і селах люди продовжували визначати час сонячним годинником вдень і по свічці з мітками — вночі. У XIX столітті домашній годинник, переважно маятниковий, вже став доступним предметом інтер'єру. Популярним був годинник, який міг відбивати чверті години «на вимогу». З їхньою допомогою за кількістю ударів можна було визначати час, навіть не бачачи циферблату. Але ці зберігачі часу поступилися місцем кишеньковому годиннику, який, у свою чергу, до 20-х років XX століття були витіснені наручними. Думка змусити годинник світитися в темряві опанувала розум багатьох, хто був зайнятий їх виробництвом. Люмінесценція. Світло, як усім відомо ще зі шкільних уроків фізики, це форма енергії. А два найпоширеніші способи отримання світла — нагрівання та люмінесценція. Зірки і Сонце світяться завдяки ядерним реакціям, що відбуваються в них. У лампочці вольфрамову спіраль до температури свічення розігріває електричний струм. Люмінесценція, «холодне світло», навпаки, виникає за нормальної температури. Джерелом енергії є збуджений електрон, який, прагнучи стабільного стану, переміщається з вищого енергетичного рівня ( тобто. орбіти, за якою він обертається навколо ядра атома) на рівень, що знаходиться ближче до ядра. Під час цього "стрибка" виділяється енергія у вигляді світла.
Є кілька типів люмінесценції. Один із найвідоміших — хемілюмінесценція, найпростішим прикладом якої можеслужити світлячок. Його свічення виникає завдяки хімічній реакції. Той самий ефект можна отримати в лабораторії з відповідних речовин. Але основна проблема полягає в тому, що після закінчення реакції свічення припиняється. У живих організмах хімічні речовини, які утворюють світіння, постійно синтезуються, оновлюються. Очевидно, що зробити те ж саме з «мертвими» стрілками та циферблатами годинника неможливо. Фотолюмінесценція. Вчені звернули увагу на інший варіант зародження світла - фотолюмінесценцію. У цьому випадку світлова енергія виходить за рахунок жорсткішого електромагнітного випромінювання. Фотолюмінесцентний матеріал поглинає світлову енергію протягом значного періоду часу, а потім виділяє це світло, але вже меншу частоту порівняно з частотою поглиненого. Як не дивно, але це явище було відоме ще у Х столітті. Тоді японські художники користувалися лаками, до складу яких додавали фотолюмінесцентні речовини, що містяться в устриць. Переказ свідчить, що художник намалював картину, де у темряві з'являвся бик, намальований фарбою з домішкою фотолюмінесцентних речовин. Перший синтетичний люмінесцентний матеріал - сульфід барію - з'явився в Італії в XVII столітті. Його називали «болонським каменем», або «світловою губкою». А до кінця XIX століття швейцарські годинникарі почали обробляти циферблати годинника натуральною фарбою, що світиться, створеної за технологією японських художників. Радіолюмінесценція - результат ядерного випромінювання. Деякі хімічні сполуки, що випромінюють гамма- та рентгенівські промені, а також альфа- або бета-частинки, використовують для утворення радіолюмінесцентного шару в деяких речовинах, наприклад, сульфіді цинку, відомому з 1920 року. Завдяки покриттю із суміші сульфідуцинку та речовини-джерела радіації циферблати набули здатності зберігати світло дуже довго. Часто джерелом радіації була невелика кількість торію або радію-226. Радій відкрила французький хімік Марія Кюрі, заплативши за це дорогу ціну. У той час ще не було відомо, наскільки небезпечною є ця загадкова речовина, і безліч експериментів, що зробила з радієм М. Кюрі, зрештою, померла в 1934 році від лейкемії. Ця трагедія стала першим попередженням про небезпеку. Але ось що дивно: до 1945 року, коли було скинуто атомні бомби на Хіросіму та Нагасакі, радіація вважалася навіть корисною! Ось тільки один приклад: 1936 року в Німеччині було споруджено реабілітаційний центр усередині колишньої соляної шахти, насиченої радіоактивним газом радоном. І навіть після Другої світової війни, коли люди почали розуміти всю небезпеку радіації, в магазинах продовжували продавати будильники з циферблатами, обробленими речовиною, що містить радій, при наближенні до яких лічильник Гейгера зашкалювало.
Показовим є випадок, що стався в аеропорту Нью-Йорка. Торговця з валізою, повною хронографів та наручного годинника з люмінесцентними циферблатами, було зупинено на пропускному пункті. Сумарне випромінювання годинника виявилося настільки сильним, що спрацювала апаратура пильних митників, і «контрабандист-терорист», який нічого не розумів, був відразу закутий у наручники. Розібравшись, бідолаху відпустили, але цей випадок відіграв значну роль у дискредитації радіолюмінесцентних матеріалів, які використовуються у годиннику.
Новий тип фотолюмінесценції
Побоювання покупців та вимоги влади деяких країн надавати сертифікат екологічної безпеки на ввезену продукцію змусили виробників годинника переглянути своє ставлення до матеріалів, що використовуються для підсвічування. Японські компанії першими стали використовувати нові матеріали - LumiNova та LumiBright. Хоча в цілому вони і перевершують за якістю використовувані раніше, однак, не цілком відповідають стандарту видимості ISO 3157. Якщо порівняти LumiNova і з'єднання тритію, виявляється, що спочатку інтенсивність світіння LumiNova більша, потім вона починає різко спадати, і через 3-6 годин стає вже неприпустимо низькою. Ще одна дуже суттєва вада полягає в тому, що поверхню циферблата треба постійно «заряджати», тобто підставляти годинник під сонячні промені або світло потужної лампи. Якщо наручний годинник, як це зазвичай буває, прикритий рукавом одягу, то люмінесцентний шар не отримає необхідної підзарядки. На сьогоднішній день Швейцарська асоціація з розвитку годинникового виробництва (ASRH) вкладає чималі гроші у дослідження шляхів удосконалення фотолюмінесценції.
Ще одна речовина, яка використовується для підсвічування циферблатів, – тритій, радіоактивний ізотоп водню. Його радіоактивність викликана бета-частинками, які, до речі, у годиннику повністю поглинає скло колби, в яку поміщений газ. Розробником цієї технології є швейцарська компанія mb-microtec AG. Їй належить запатентована торгова марка trigalight, під якою виробляється газові тритієві світлові колби для підсвічування годинника. Підсвічування вироблене компанією mb-microtec AG встановлене в годиннику Traser (власний годинниковий бренд mb-microtec AG), Luminox, Tawatec, Swiss military watches, Vostok Europa та ще більше двадцяти годинних марок.
Тритій, що використовується в годиннику, відповідає міжнародним стандартам ISO 3157 і NIHS 97-10, що визначає мінімальну кількість люмінесцентної речовини, необхідної для того, щоб бачити циферблат у темряві. При високій якостілюмінесцентного складу може зберігати здатність світитися більше 25 років. Інтенсивність підсвічування, крім якості складу, також залежить від площі поверхні покриття та товщини шару. Гарантія, яку дає виробник для тритієвого підсвічування становить 10 років. Період напіврозпаду тритію 12,3 року.
То що ж із безпекою?
Сьогодні підсвічування на основі тритію є найкращим вирішенням проблеми індикації часу у темряві. Дослідження показали, що не слід відмовлятися від носіння годинника з подібним підсвічуванням. В одній із статей британського медичного журналу The Lancet щорічна доза загального опромінення людини від різних джерел радіації порівнюється із щорічною дозою опромінення, одержуваною організмом при носінні пластикового годинника з радіолюмінесцентним циферблатом.
Відповідно до цього дослідження, годинник дає щорічну дозу опромінення в 4 мікрозиверти. А при рентгенівському знімку грудної клітки людина отримує дозу опромінення 70 мікрозиверт. Величина щорічної дози радіації, яка отримується від натурального радіаційного фону, становить приблизно 2100 мікрозиверт. Ці цифри наочно демонструють, що радіаційне випромінювання годинника настільки незначне, що не становить небезпеки.