HomeLAMPADEfluorescentiColori a tutto gas: catodi freddi #1

Colori a tutto gas: catodi freddi #1

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Dopo una lunga parentesi vorrei ricominciare a pubblicare un po’ di articoli tecnici che mi stanno abbastanza a cuore e che, a quanto pare, suscitano un discreto interesse.
Oggi vorrei portare avanti un discorso iniziato qualche mese fa sulle lampade fluorescenti, introducendo, sempre parlando di lampade a scarica nei gas, il principio di funzionamento dei così detti “Catodi Freddi” con particolar attenzione all’emissione spettrale dei gas Nobili di riempimento.

Per rendere più agevole la lettura dividerò quest’argomento in un paio di puntate…via con la parte prima allora! buona lettura.

Abbiamo visto nello scorso articolo come nelle lampade fluorescenti a “catodo caldo” gli elettrodi che stanno all’estremità del tubo di vetro, costituiti generalmente de un filamento di tungsteno, vengono portati ad incandescenza (circa 900°C) dal passaggio di corrente, con conseguente emissione di elettroni che innesca la scarica nell’Argon miscelato con il mercurio (miscela di Penning).

fluorescente filamento

Il processo che definisce l’emissione di elettroni con le suddette caratteristiche si dice “emissione termoionica” che piano piano consuma il filamento-catodo limitando la vita media della sorgente a circa 15mila ore.Diverso è ciò che accade all’interno dei “catodi freddi”, quelli che fino a poco tempo fa erano destinati al solo ambito decorativo nelle insegne colorate dei locali, ma che oggi iniziano a trovare una discreta applicazione in ambito architettonico, quali sostituti proprio delle più comuni fluorescenti all’interno delle “gole luminose” che sempre di più vengono utilizzate per illuminare gli spazi pubblici di alberghi, teatri, ristoranti, ecc.

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I catodi freddi sono caratterizzati da un catodo/anodo costituito da un cilindro metallico °(e non da un filamento)che lavora a circa max 200°C , dal quale l’estrazione di elettroni (elettroni secondari) avviene impattando degli ioni positivi direttamente sul cilindro metallico.

 dettaglio catodo

Tale processo è possibile grazie all’utilizzo di tensioni di funzionamento molto più elevate di quelle normalmente utilizzate nei catodi caldi.

A volte alcune lampade fluorescenti a catodo freddo non funzionano a casua di un problema sugli elettrodi, imputabile ad un difetto di fabbricazione:

  1. gli elettrodi si sono danneggiati del tutto o parzialmente durante la fase di bombardamento e vuotatura. Ciò significa che hanno funzionato come degli elettrodi non attivati e quindi non idonei a sopportare la corrente nominale.
  2. gli elettrodi hanno avuto una massa attivante insufficiente in
    origine.

Le due cause potrebbero anche coesistere. Il deterioramento della massa attivante si accompagna a un fenomeno di “sputtering” che provoca – in prossimità dell’elettrodo – una deposizione metallica (ferro, nichel, mercurio) sulla parete interna del vetro.

Vi rimando in merito ad un interessante approfondimento qua

Grazie proprio alle caratteristiche costitutive del catodo freddo, la vita media garantita per questa tipologia di lampada si aggira attorno alle 50 mila ore.

catodi freddi schema

I catodi freddi sono normalmente costituiti da un tubo in vetro di sezione variabile (10-15-20mm) alle cui estremità sono saldati degli elettrodi e al cui interno è inserito un gas nobile singolo o in miscela.
I gas nobili normalmente utilizzati sono 5 (dei 6): Elio, Neon, Argon, Kripton, Xenon. Quando i gas all’interno del tubo di scarica sono investiti dall’emissione di elettroni, questi vengono sottoposti ad un processo di ionizzazione ed eccitamento con conseguente emissione spettrale specifica per ogni gas o miscela.
L’emissione spettrale è definita proprio dal processo di eccitamento quando l’elettrone “eccitato” salta temporaneamente di orbitale per poi tornare allo stato iniziale, durante questo processo viene rilasciata energia sotto forma ad esempio di fotoni.

Come vedremo nella prossima puntata i 5 gas (e relative miscele) una volta eccitati sono caratterizzati da un’emissione spettrale tipica, ad esempio il Neon (il gas nobile più noto) è caratterizzato da una luce rossa abbastanza intensa.

Per finire un’ultima considerazione sui catodi freddi, confrontati con le fluorescenti tradizionali subito emergono alcuni aspetti diciamo negativi che farebbero pendere l’ago della bilancia a favore delle seconde, ad esempio le alte tensioni di funzionamento, i costi che mediamente sono maggiori rispetto ad una sorgente fluorescente tradizionale. Tuttavia la maggior vita media (maggiore di 50 mila ore), la minor dimensione installata, la customizzazione dell’impianto (i tubi di vetro possono essere modellati a piacimento) e la dimmerazione senza ausiliari specifici rendono queste sorgenti estremamente interessanti.

alla prossima puntata

ciao a tutti

Giacomo
Giacomohttp://www.rossilighting.it
Giacomo Rossi, architetto e lighting designer free lance, fondatore di Luxemozione.com. Dopo anni di attività nella progettazione della luce, fonda assieme ad altri colleghi LDT-Lighting Design Team , studio multidisciplinare di progettazione della luce. Alla progettazione affianca l'attività come docente presso il Politecnico di Milano e altre importanti scuole di architettura e design. tra cui IED Istituto Europeo di Design. E' inoltre autore di articoli su riviste del settore illuminotecnico. Dal 2014 è membro del Consiglio Direttivo di Apil-associazione dei professionisti dell'illuminazione.

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