Войти
A Коулман белый газ пламя фонаря светится на полную яркость газовая мантия, газовая мантия или мантия Вельсбаха - это устройство для генерации яркого белого света при нагревании пламенем. Название относится к его первоначальному источнику тепла в газовых фонарях, которые заполняли улицы в Европе и Северной Америке в конце 19 века., мантия, относящаяся к тому, как она висит, как плащ, над пламенем. Сегодня он все еще используется в переносных кемпингах фонари, напорных фонарях и некоторых масляных лампах.
Газовые мантии обычно продаются как тканевые изделия, который из-за пропитки нитратами металлов выгорает, 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 нормальное использование представляет минимальный риск для здоровья.
Мантия представляет собой тканевый мешок в форме примерно груши, сделанный из шелка, искусственного шелка на основе рами или вискозы. Волокна пропитаны солями металлов редкоземельных элементов ; 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, при этом испуская небольшое инфракрасное излучение. редкоземельные оксиды (церий ) и актинид (торий ) в мантии имеют низкую излучательную способность в инфракрасном диапазоне (для сравнения с идеальным черным телом ), но имеют высокий коэффициент излучения в видимом спектре. Есть также некоторые свидетельства того, что излучение усиливается за счет кандолюминесценции, излучения света от продуктов 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., увеличивая светоотдачу.
Мантия способствует процессу горения, сохраняя небольшое пламя внутри себя 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.
Манжета газовая в уличном фонаре (холодная)
Мантия горячего газа. Самая нижняя видимая мантия частично разорвана, что снижает ее световой поток.
85-миллиметровая Chance Brothers установка на парах накаливания на газе
На протяжении веков искусственный свет создавался с помощью открытого пламени. 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 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 использовалась платина - иридиевая сетка, пропитанная металлическими нитратами, но они не увенчались успехом из-за высокой стоимости этих материалов. и их низкая надежность. Первой эффективной мантией была корзина Clamon 1881 года, названная в честь ее изобретателя. Это устройство было сделано из искусно изготовленной матрицы из оксида магния, которая не нуждалась в опоре каркаса из платиновой проволоки, и экспонировалась на выставке Crystal Palace 1883 года.
Современная газовая мантия была одним из многих изобретений Карла Ауэра фон Вельсбаха, химика, изучавшего редкоземельные элементы в 1880-х годах. и который был учеником Роберта Бунзена. Игнац Крейдл работал с ним над его ранними экспериментами по созданию мантии Вельсбаха. 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., Патент США выдан 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 мантия оставалась важной частью уличного освещения до широкого распространения электрического освещения в начале 1900-х годов.
Мантия в неиспользованной плоскоупакованной форме Для изготовления мантии хлопок ткут или вяжут в сетку, пропитывают растворимыми нитратами выбранных металлов и затем нагревают; хлопок сгорает, а нитраты превращаются в нитриты, которые сливаются вместе, образуя твердую сетку. По мере продолжения нагрева нитриты в конце концов распадаются на хрупкую сетку твердых оксидов с очень высокой температурой плавления.
Ранние мантии продавались с ненагретой хлопковой сеткой, поскольку 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, и эта проблема позже была решена путем замачивания мантии в растворе аммиака для нейтрализации избытка. кислота.
Более поздние мантии изготавливались из пушечного хлопка (нитроцеллюлоза ) или коллодия, а не из обычного хлопка, так как из этого материала можно было производить очень тонкие нити, но он должен был быть преобразован обратно в целлюлозу путем погружения в сульфид аммония перед первым использованием, поскольку пушистый хлопок легко воспламеняется и может быть взрывоопасным. Позже было обнаружено, что хлопковую мантию можно в достаточной мере укрепить, окунув ее в раствор коллодия, который покрыл ее тонким слоем, который сгорел при первом использовании мантии.
Мантии имеют обвязочную нить, которой они прикрепляются к лампе. Пока асбест не был запрещен из-за его канцерогенности, использовалась нить асбест ; современные мантии используют проволоку или нить из керамического волокна .
Торий радиоактивен и выделяет радиоактивный газ радон -220 в качестве одного из продуктов распада. Кроме того, при нагревании до накала торий улетучивает свои растущие радиоактивные дочери, особенно 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 используется в помещении, и он является внутренним альфа-излучателем проблемой радиотоксичности. 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.
По оценкам исследования 1981 года, доза от использования ториевой мантии каждые выходные в течение года составит 3–6 микрозивертов (0,3–0,6 мбэр ), крошечный по сравнению с нормальной годовой фоновой дозой, составляющей около 2,4 мЗв (240 мбэр ), хотя это предполагает, что торий остается в целости, а не в воздухе. 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 "выпадают" «со временем и попадут в воздух, где они могут попасть в организм с едой или питьем. Эти частицы могут также 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 этой проблемы, 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.
