(«ХиЖ», 1977, №10)

Диву дался тут Иван.

«Что, — сказал он, - за шайтан:

Шапок пять найдется свету,

А тепла и дыма нету,

Эко чудо-огонек!

П. П. Ершов. Конек-горбунок

Далеко не все представляют себе, почему часы светятся. Не раз приходилось объяснять - устно и письменно, - что нет, элемент фосфор тут ни при чем. Светом часы обязаны люминофорам - веществам, способным отдавать в виде излучения избыток энергии, которую они получили при возбуждении, или, если хотите, подзарядке, скажем, видимым светом либо ультрафиолетовыми лучами. Довольно часто задают и такой вопрос: не вредно ли это свечение для здоровья? Здесь рассказывается о тех люминофорах, которые наносят на циферблаты и стрелки, о том, из чего их делают и как; коротко сказано и о гигиенической стороне дела.

Впитывающие солнечные лучи

Науке и практикам известно много разных люминофоров. Например, биолюминофоры (возбудитель энергии - биохимическая реакция); электролюминофоры, которые начинают светиться под действием электрического разряда; хемилюминофоры, возбуждаемые химическими реакциями, и многие другие. В часовой промышленности используют только малую часть их, а именно фотолюминофоры и радиолюминофоры.

Если вещество после возбуждения излучает лишь миллиардные доли секунды, то такое свечение называют флюоресценцией (слово происходит от названия плавикового шпата - флюорит; некоторые разновидности его светятся). Когда же вещество испускает лучи минуты, часы, дни, то это явление именуют фосфоресценцией, а светящиеся материалы - фосфорами. Как и название химического элемента, это слово происходит от греческого «фосфорос» - светоносный.

Термин «фосфор» применительно к люминесцирующим веществам появился в середине XVII века - после того, как было обнаружено, что после прокаливания некоторые минералы приобретают способность как бы впитывать солнечные лучи, а потом в темноте их испускать. В 1612 году такими минералами заинтересовался Галилей; он оставил нам одно из первых описаний фосфоресценции, однако причину этого странного явления объяснить не смог.

Прошло еще 250 лет, прежде чем удалось разгадать загадку светящихся камней... В семидесятых годах прошлого столетия английская фирма «Бальмен» начала промышленное изготовление бальменовской светящейся краски. Как и положено, состав ее был секретом фирмы. Однако вскоре он был разгадан французским химиком Вернейлем. Ученый установил, что основа краски - сернистый кальций, а свойство светиться она приобретает благодаря ничтожной примеси солей висмута. Сейчас такие примеси называют активаторами.

Электроны в ловушке

Люминофоры, или кристаллофосфоры, состоят из основы и активатора (например, сернистого кальция и солей висмута, как в бальменовской краске; существует множество других сочетаний). Однако способностью светиться обладает не весь люминофор, а лишь некоторые участки его, так называемые центры свечения, или центры фосфоресценции. Это места, где в кристаллической решетке основы есть нарушения. Вот как они возникают: смесь основы и активатора подвергают термической обработке; тогда строго определенное количество примеси входит в решетку основы и происходит их совместная кристаллизация; там, где это произошло, кристаллическая решетка оказывается нарушенной. Кстати, было обнаружено, что проникновение примеси облегчают легкоплавкие соли - плавни, поэтому при изготовлении люминофора их специально вводят в реакционную массу.

В кристаллофосфоре существуют три энергетические зоны; отличаются они тем, в какой степени их энергетические уровни заполнены электронами; отсюда и название зон: заполненная, или валентная (I), запрещенная (II), незаполненная, или зона проводимости (III). Вероятность попадания электронов идеального кристалла в зону II ничтожно мала, поэтому она и называется запрещенной. Когда же в решетку внедряются специальные примеси - активаторы, то в местах их вхождения в решетку картина изменяется: в зоне II появляются новые уровни - центров свечения (Ц) и ловушек (Л), в которые могут забираться электроны люминофора.

На самом деле, конечно, никаких реальных ловушек тут нет, просто в таком энергетическом состоянии электрон может оставаться довольно долго и после прекращения возбуждения кристалла; природа этого явления до конца еще не ясна. Под действием тепловых колебаний решетки электроны постепенно высвобождаются из ловушек, теряют энергию, и люминофор светится. Было замечено, что длительность послесвечения тем больше, чем ниже расположена ловушка, то есть чем больше энергии требуется для освобождения электрона.

Под действием видимого света или ультрафиолетовых лучей, от соударения с быстро движущимися заряженными частицами (например, альфа- или бета-) электроны люминофора возбуждаются и перемещаются на уровни с более высокой энергией. Возвращаясь затем в исходное состояние, электроны излучают избыток энергии в виде квантов света. Простым глазом мы видим не отдельные вспышки, а сплошной поток света, а вот через лупу можно наблюдать и единичные сцинтилляции, хотя длительность каждой - около 0,00005 секунды.

Люминофоры-долгожители

Люминофоры подразделяют на временные и постоянно действующие. Вспомните елочные игрушки, покрытые люминесцентными красками. В состав таких красок входят короткоживущие люминофоры... Лампы выключены. Игрушки светятся ярко. Но через некоторое время их уже не видно. Если опять включить свет и затем выключить, игрушки снова загорятся.

Основу светящихся составов временного действия составляют сернистые соединения цинка, кальция, кадмия, стронция, бария. Их прокаливают с ничтожными количествами солей тяжелых металлов: меди, марганца, висмута. Одни люминофоры светятся голубым светом, другие - красным, третьи - зеленым.

Для часов неудобны люминофоры, светящиеся недолго (хотя раньше, а иногда, к сожалению, и сейчас некоторые предприятия такие вещества все-таки используют). Циферблаты должны быть различимы по крайней мере спустя 10-12 часов после освещения. Среди люминофоров временного действия такие составы есть Например, стронций-сульфидный люминофор; он излучает свет около 12 часов без подзарядки. Но у этого вещества есть существенный недостаток: в присутствии влаги происходит гидролиз сульфида стронция и выделяется сероводород - агрессивный газ, разъедающий механизм часов.

В часовом деле все больше применяют люминофоры постоянного действия. К таким долгожителям относятся радиолюминофоры. В их состав, кроме обычных основы и активатора, входит еще и источник энергии - радиоактивное вещество. Люминесцентные смеси такого рода не нуждаются в периодическом освещении: люминофор заставляют работать заряженные частицы, испускаемые радиоактивной добавкой.

К радиоактивным добавкам в часовой промышленности предъявляют строгие требования. Вначале в люминофоры вводили соединения радия-220. Но период его полураспада - 1500 лет. Часы старели, ломались, а циферблат продолжал оставаться источником радиоактивного излучения. В дальнейшем стало ясно, что в люминесцентных составах более приемлемы в качестве источников энергии тритий, прометий-147, углерод-14. Живут они около 10 лет. К тому же эти вещества испускают мягкие бета-лучи, что тоже очень важно.

Чем больше радиоактивного вещества добавляется в фосфоресцирующую массу, тем она ярче светится. Но постоянная бомбардировка заряженными частицами не проходит для самого люминофора бесследно. Если частиц слишком много и они несут слишком большую энергию, центры свечения фосфоров быстро разрушаются. Пустили жильцов в дом, а они его развалили... Поэтому из радиоактивных веществ берут те, что испускают бета-лучи: во-первых, они меньше разрушают люминофор, а, во-вторых, их почти полностью поглощают корпус и стекло часов.

К люминофорам предъявляют жесткие санитарно-гигиенические требования. В свое время была тщательно замерена величина радиоактивного излучения от циферблатов со светомассой постоянного действия, и медики пришли к выводу, что носить часы с такими люминофорами можно, угрозы для здоровья они не представляют. Однако полностью не были решены проблемы производственной вредности: как наносить светящиеся составы, соблюдая при этом правила техники безопасности; куда девать отходы; как хранить большие партии таких часов. Это привело к тому, что в 1958 году в СССР был прекращен выпуск часов с радиоактивной светомассой. Сейчас благодаря усилиям технологов, химиков, медиков и инженеров созданы специальные участки, где готовят и наносят люминофоры; эти участки отвечают всем требованиям техники безопасности.

Люминофор-каприза

Фосфоресцирующая смесь - это бесцветный кристаллический порошок, очень нежный и капризный: разрушение кристаллической решетки или появление посторонних примесей резко уменьшает яркость его свечения. И все-таки некоторой обработке подвергнуть порошок приходится. Хотя бы для того, чтобы приклеить его к циферблату.

Самое лучшее было бы, конечно, заключить кристаллики в прозрачную оболочку и в таком виде прикреплять на часы. Но этот способ возможен не всегда. Значит, нужны связующие: клеи, лаки. С их помощью, кстати, не только удерживают люминофор на циферблате, но и защищают его от воздействия атмосферной влаги, от механических повреждений и даже от ультрафиолетовых лучей, способных разрушить светящееся покрытие.

Наиболее часто в часовой промышленности применяют акриловые, винилитовые и полистирольные лаки; реже используют цапонлак или ацетилцеллюлозный; и особое предпочтение отдают даммаровому паку, он образует прочную прозрачную пленку, непроницаемую для ультрафиолетовых лучей.

Количество связующего, подмешиваемого к люминофору, обычно очень невелико, иначе лак обволакивает кристаллики и сильно уменьшает яркость их свечения. Компоненты осторожно смешивают в стеклянной или фарфоровой посуде, о растирании смеси и речи быть не может. Готовят состав непосредственно перед нанесением. Готовую смесь наносят кистью, пером, стеклянной палочкой, шприцем или с помощью печатной установки.

Не так давно в зарубежной литературе появились сообщения еще об одном способе нанесения фосфоресцирующих смесей- о методе осаждения их из электролитов вместе с металлами: никелем, серебром, палладием, золотом. На циферблате образуется красивое комбинированное покрытие, оно одинаково хорошо выглядит и на свету, и в темноте.

Сейчас часовая промышленность страны выпускает часы с циферблатами, которые покрыты люминофорами постоянного действия в нескольких вариантах, например «Амфибия» для аквалангистов. (Кроме того по-прежнему делают будильники с циферблатами, на которые нанесена люминесцентная краска, но она плохо выполняет свою роль - через полтора-два часа после подзарядки уже не светится.) В будущем ассортимент часов с люминофорами-долгожителями будет расширяться, производство их увеличится.

Кандидат технических наук Е. Я. Бесидовский,

Научно-исследовательский институт часовой промышленности

Человек давно стремиться создать технические полезности. Научился он и измерять время. Однако и сейчас не изобрел идеальный способ подсветки часовых стрелок в темноте. Наиболее известный материал, который используют для подсветки часового циферблата - люминесценция. Данная функция позволяет увидеть время на циферблате при плохой освещенности. Люминесцентный способ подсветки еще называют «холодным светом». На стрелки часов наносится специальное покрытие, которое светится в темноте. Но для того, чтобы излучать свет в темноте, часы с таким покрытием должны пробыть некоторое время при ярком освещении, тогда оно заряжается энергией и в темноте отдает ее. Известно несколько видов люминесценции :

• хемилюминесценция;
• фотолюминесценция;
• радиолюминесценция.

Ранее для подсветки часового циферблата чаще всего использовали фотолюминесцентные и радиолюминесцентные способы. Радиолюминесценция происходит в результате ядерного излучения. До Второй мировой войны люди не понимали всей опасности радиоактивного излучения. Даже после того, как узнали весь риск использования радиации, в некоторых магазинах продолжали продавать часы с циферблатами, обработанными радием.

Сегодня популярным остается фотолюминесцентное покрытие . В этом случае световая энергия происходит в результате жесткого электромагнитного излучения. Такой материал в течение длительного времени поглощает световую энергию. Потом излучает свет значительно дольше, чем поглощал.

Существует еще одно вещество, которое используют для подсветки часовых стрелок – тритий. Тритий является радиоактивным изотопом водорода. Его радиоактивность почти полностью поглощается стеклом циферблата. Тритий соответствует международным стандартам NIHS 97-10 и ISO 3157. Эти стандарты созданы для определения минимального количества люминесцентного материала, необходимого для того чтобы увидеть время на часовом циферблате в темноте. Если в составе трития качественное люминесцентное вещество, он может сохранять выделение света несколько лет. Интенсивность освещения также зависит от объема покрытия и толщины нанесенного слоя. Несмотря на низкую радиоактивность трития, он все же не завоевал стопроцентного доверия у людей. Опасения потребителей и требования некоторых стран предоставлять сертификат экологической безопасности, вынуждают часовых производителей искать новые виды подсветки часовых циферблатов.

Японские часовые компании недавно начали использовать совершенно новые материалы: LumiBright и LumiNova. Хотя они лучшего качества, однако, не способны долгое время сохранять способность светится. Такой часовой циферблат необходимо постоянно подзаряжать – держать под ярким светом.

На сегодняшний день Швейцарская ассоциация часового производства (ASRH) тратит большие деньги на исследования по усовершенствованию фотолюминесценции. Однако, до сих пор, тритий является наилучшим веществом, которое позволяет решить проблему индикации времени при плохом освещении.

Часы являются необходимой деталью в жизни каждого из нас. Трудно представить человека, который бы ни разу за день не поинтересовался, который час. Настенные часы, кроме своей функциональности, с давних времен служат достойным элементом декора. На сегодня существует множество разнообразных по дизайну часов. Этот необходимы механизм каждого дома может иметь всевозможную вариацию формы, цвета, стиля. Эффектным украшением интерьера станут светящиеся настенные часы, которые не только сыграют эстетическую роль, но и дадут возможность увидеть точное время в любое время суток.

Более того, светящиеся часы можно смастерить самостоятельно при помощи светодиодов. Автором предложенный проекта стал зарубежный дизайнер, Джон Шредер. Светящиеся настенные часы станут оригинальным дополнением декоративности дома днем и верным помощником в определении времени ночью.

Подбираем материалы.

Для изготовления светящихся часов понадобится немного свободного времени, желание и некоторые необходимые технические элементы, а именно:
1. 4 деревянные рейки, размером 30 см на 1.3 см на 1.3 см.
2. Древесновокнистая плита. Позаботьтесь, что бы ее размер был 30 см на 30 см.
3. Белая ПВХ наклейка (для циферблата) соответствующего размера 30 см на 30 см.
4. 12 стетодиодов, с помощью которых будет обеспеченна подстветка.
5. 2 диода IN 4007.
6. Конденсатор 0.22 мкФ/400 Вольт.
7. Кварцевый часовой механизм, который можно приобрести в магазине.
8. Несколько гвоздей.
9. Припой, паяльник и другие подручные инструменты.

Именно этот инвентарь нужен для того, сделать настенные светящиеся часы.

2. Изготавливаем рамку.
Первое, с чего нужно начать – создать квадратную рамку для часов из создаем квадратную рамку для часов из древесноволокнистой плиты. С помощью карандаша отмечаем, где именно будут находится часы. После этого вставляем иголки в те места, куда позже поместим светодиоды. Очень аккуратно делам специальное центральное отверстие, предназначенное для механизма часового механизма. Затем крепим белую наклейку циферблата. Можно также украсить рамку на свой вкус.

3. Работаем с часовым механизмом.
На подготовленных местах (где находятся иголки) закрепляем светодиоды так, чтобы они лежали параллельно основной платформе. Обратим внимание, что их «плюсы» должны находится в строго в одинаковом положение, другими словами, смотреть в одну сторону.

4. Делаем цепь.
Необходимая электрическая схема часов показана на рисунке. Следует учесть, что она предполагает работу с 220 В.
Берем 6 светодиодов и вставляем их в цепь, после этого крепим резистор и конденсатор. Следим за полярностью. Проверяем, чтобы 2 диода контролировали обратное напряжение.

5. Занимаемся сборкой.
Собираем, непосредственно, часовой механизм и приступаем к его подсоединению к стрелкам путем центрального отверстия, сделанного в деревянной рамке. После этого вставляем батарейки.

Итак, к вопросу о том, что делать если в «старых» часах (от 10 лет и старше) перестала работать подсветка циферблата, т.е. светонакопительный состав, которым, как правило, покрыты стрелки и часовые маркеры на циферблате и безеле, в темноте либо отдает свет очень быстро, либо уже не светится вообще.

Методик устранения такого рода проблемы существует несколько. Какую из них применять, решать исключительно владельцу часов, руководствуясь своими возможностями (в т.ч. и финансовыми) и видением конечного результата.

Значит, вариант первый — результативный . Так как подсветка циферблата, точнее светонакопительный состав в, скажем так, не новых наручных часах тоже может стареть, изнашиваться (трескаться и осыпаться) или портиться (в частности от попавшей внутрь корпуса влаги), то единственным гарантированно эффективным способом в полной мере восстановить его функционал будет заменить все стрелки, подложку циферблата и, если надо, кольцо безеля.

Разумеется, такую замену должен проводить квалифицированный мастер в условиях авторизированного сервисного центра (или даже часового завода) и с использованием запасных частей из фирменного ремонтного комплекта, предоставленного (или по заказу или в обычном порядке) компанией-производителем часов.

Попутно с заменой указанных элементов можно также провести осмотр и обслуживание часового механизма (в частности смазку, регулировку хода и прочие регламентные работы), которые старым часам в любом случае не помешают.

Вариант второй — компромиссный . Некоторые сервисные центры и часовые мастерские предоставляют услугу восстановления светонакопителя в старых и очень старых наручных часах. Владельцу обходится такая услуга зачастую дешевле, чем замена стрелок и подложки с маркерам на фирменные и новые.

Однако не всегда. Кроме того, такое восстановление предполагает использование не оригинальных материалов, с которыми восстановленная подсветка циферблата функционировать может не так качественно и/или не так долго, как оригинальная.

Выглядит процедура восстановления светонакопителя примерно так:

За всю историю существования часов для подсветки циферблата использовалось большое количество различных составов. Применение некоторых из них со временем было прекращено ввиду различных причин, которые мы рассмотрим в данной статье. Итак, начнем по порядку.

Радий

Впервые о создании подсветки задумались более века назад, в 1902 году. Первоочередной задачей было производство часов для военных целей, циферблат и стрелки которых можно было бы без труда разглядеть при малом освещении либо при полном его отсутствии. В те времена никто не заботился о радиационной безопасности (впрочем, мало кто вообще знал об этом). Главным было лишь то, что удалось найти способ получить состав для подсветки часов. Но в дальнейшем оказалось, что составы, созданные на основе солей радия, спустя десятков лет полностью деградировали, и их свечение прекращалось. И это было не зависимо от того, что период полураспада радия занимает примерно более 1500 лет.Несмотря на это, данный элемент использовали для создания подсветки в часах до 60-х годов прошлого века. Такая светомасса хорошо светится при ультрафиолете. Сам состав имеет оранжевый оттенок. Такие часы и приборы крайне не рекомендуется разбирать. Состав со временем осыпается и превращается в пыль, при вскрытие корпуса велика вероятность вдыхание этой пыли или загрязнения помещения. Затем было найдено новое, более выгодное, и, главное, безопасное решение.

Тритий

На часах, в которых используется светомасса на основе солей трития есть обозначение T SWIS T.

Этот элемент используется для создания светящихся составов, начиная со второй половины XX-го века, и по сей день. Но нужно отметить, что частота его применения с годами немного сократилась (из-за появления новых способов создания подсветки, но об этом – немного позже). Важной деталью является то, что абсолютно весь тритий для создания светящихся составов изготавливается искусственным путем. В природе он встречается очень редко (на всей планете имеется примерно 1 кг трития, так как этот элемент обладает чрезвычайно высокой активностью, вследствие которой происходит его быстрое рассеивание). Для получения искусственного трития литий, помещенный в специальный реактор, облучается нейтронами. Полученный элемент будет рассеиваться в течении 12-ти лет. И весь промежуток своего существования он будет выдавать свечение зеленоватого оттенка. Бета-излучение трития легко задерживается даже листом бумаги, не говоря уж о корпусе часов. Это делает состав, созданный на его основе, почти безвредным для здоровья человека.

Технология Trigalight

Также носит название «GTLS-технология». Была создана швейцарскими инженерами в компании «Mb-microtec». В настоящее время является наиболее популярной технологией на основе газообразного трития производства светящихся составов для подсветки. Её устройство включало в себя трубки, изготовленные из боросиликатного стекла, в которые был закачан тритий в газообразном состоянии. Для покрытия внутренней поверхности трубок применяется специальный люминофор, который издает яркое свечение при воздействии с бета-излучением трития. Состав полностью деградирует примерно за 25 лет (что является крайне высоким показателем). Из наиболее известных моделей часов, в которых для создания подсветки используется технология Trigalight, можно выделить «Traser», «Luminox», «Nite» и «Ball» (подсветки циферблата этих часов выполнена в разных цветах).

Luminova и SuperLumiNova

Luminova – это люминофор, который был разработан в 1993 году японской компанией Nemoto. Основой для его создания послужил стронций алюминат. Новый состав обладал гораздо более ярким свечением (примерно в 10 раз ярче), чем люминофоры, созданные на основе сульфида цинка. Период свечения Luminova равен примерно 18 часам. «Зарядка» состава происходит путем его контакта со световыми волнами различной длины (от 200 до 400 нм). Luminova является абсолютно нетоксичным люминофором, поэтому здоровью человека не будет нанесено ни малейшего вреда.

В 2000-м году, после длительных исследований, миру был представлен улучшенный люминофор, который получил название «SuperLumiNova». Изначальным естественным оттенком свечения этого состава является светло-зеленый, но его можно изменить путем внедрения в люминофор специальных пигментов. Правда, в этом случае интенсивность свечение может немного снизиться. Наиболее известными моделями часов, использующих для подсветки циферблата люминофоры «Luminova» и «SuperLumiNova», являются «Oris», «Hamilton», «Омега», «Longines», и «JeanRichard».

Заключение

Раритетные часы с радиевой подсветкой могут нанести существенный вред вашему здоровью (при заражении частицами светомассы). Поэтому рекомендуется хорошо взвесить все «за» и «против» перед их покупкой. Модели с более современной тритиевой подсветкой являютсяболее безопасным вариантом, так как бета-излучение трития легко блокируется корпусом часов и при повреждениях корпуса или колб с тритием, опасности загрязнения радиоактивными частицами нет (газообразный тритий моментально улетучивается). Состав будет издавать стабильное свечение на протяжении 12 лет. Ну а если вам не по душе носить на руке часы, внутри которых (хоть и в небольшом количестве) находится радиоактивный элемент, приобретайте устройства с технологией подсветки«Luminova» или «SuperLumiNova». Состав «заряжается» в дневное время суток, и ярко светит в течении более 18 часов. И при этом он абсолютно безопасен для здоровья.