История

Свойства

Применение

Опыты

         Криптон

 
    Криптон, был открыт Рамзаем и Травесом практически одновременно с ксеноном и неоном при разделении жидкого воздуха. Как и значительная часть элементов открытых во второй половине девятнадцатого и начале двадцатого веков, впервые, криптон был обнаружен методом спектрального анализа. То есть при возбуждении атомов криптона например пропусканием электрического разряда газ начинает излучать характерный только для него одного спектр.


    Трубка заполненная криптоном под давлением в несколько миллибар, при пропускании через неё электрического разряда, светится голубовато-красноватым светом. При низкой интенсивности разряда похоже на ксенон, а при высокой на азот. Однако если взглянуть на этот разряд "вооруженным взглядом", появятся значительные отличия от свечения этих газов. Впрочем об этом немного позже...

 
    Как и для остальных газов, для криптона, я сначала купил, а потом и изготовил самостоятельно разрядную трубку в форме символа элемета. Тут, красное свечение видно даже более отчетливо, чем на предыдущем фото, поскольку эти буквы я запускал от более мощного трансформатора предназначенного для неоновой рекламы. Кстати в световой рекламе (сейчас все газоразрядные трубки используемые в световой рекламе называются неоном, не зависимо от того, какой газ находится внутри), криптон так же нашел себе применение в смесях с неоном.

 
    Если хочется получить образец криптона, а баллон покупать не охота, среди окружающих нас предметов, газообразный криптон проще всего встретить в лампе для карманного фонарика. Но не в любой...
    Вольфрамовая спираль в лампе накаливания нагрета до достаточно высокой температуры, а даже такой тугоплавкий металл как вольфрам, при очень высоких температурах может постепенно испаряться. Так же, "улетучивание" может происходить за счет транспортных реакций со следами воды (они переносят вольфрам от более горячей спирали к более холодным стенкам). Что бы этого не происходило, можно возвращать металл с колбочки обратно на спираль другим типом транспортных реакций, используя галогениды вольфрама. Они переносят вольфрам от более холодной колбы лампочки к нагретой спирали не позволяя ей испаряться (именно так и работают галогенные лампы). А можно, просто заполнить колбу каким-нибудь газом, который бы просто препятствовал испарению вольфрама.
    При ближайшем рассмотрении, подходящих кандидатов среди газов оказывается не так уж много. Во первых, газ не должен реагировать с нагретыми частями лампы, то есть быть инертным. Среди "инертных" (благородных) газов, гелий и неон не подойдут из-за высокой теплопроводности, то есть во первых, потребуется больше энергии, чтобы нагреть спираль до нужной температуры, а во вторых, баллон лампы будет сильно греться, что не всегда полезно. Аргон гораздо дешевле первых двух благородных газов и имеет более низкую теплопроводность (в группе благородных газов она уменьшается сверху вниз) и по этому достаточно широко используется для наполнения ламп накаливания. Но все-таки его теплоизолирующих свойств не достаточно, чтобы сделать лампу более компактной (чем меньше баллон лампы, тем ближе его стенки расположены от нагретой спирали и тем больше он нагревается). А вот заполнение ламп криптоном, уже позволяет существенно уменьшить габариты лампы (ксенон имеет еще меньшую теплопроводность, но он примерно в 10 раз дороже криптона).
    В советское время, колбы криптоновых ламп имели характерную грибовидную форму, но когда недавно приобрел несколько таких ламп в разных магазинах, и подключил их к высокочастотному трансформатору, оказалось, что судя по цвету разряда (фиолетово-красный), внутри находится аргон или его смесь с азотом.
    Пришлось купить маленькую лампочку для карманного фонаря, которая судя по надписи "krp" должна быть заполнена именно криптоном. В этот раз я не ошибся и при подключении к трансформатору внутри колбы появилось более светлое свечение похожее по цвету на криптоновую разрядную трубку. Снаружи лампы можно увидеть фиолетовое свечение азота в воздухе, а вот почему колба светится зеленым, я точно не знаю. Возможно люминесценция каких-то добавок в стекле.
    Кстати, в перегоревшей лампочке запустить разряд еще проще. Если в рабочей можно подключить к трансформатору только один электрод (нить накала), и разряд возможен только если источник питания высокочастотный, в перегоревшей лампочке образуется разрядный промежуток и небольшой разряд между токовводами можно получить и от источника постоянного тока.

 
    И еще один вид ламп, в которых используется криптон, правда в отличие от ламп накаливания с криптоновым наполнением, эти лампочки в быту практически не встречаются. Речь идет о криптоновых дуговых лампах, которые используются для накачки твердотельных лазеров.

    Для накачки активного элеметна лазера, как правило, требуется очень мощный источник света, но просто большой мощности тут недостаточно. Дело в том, что для того, чтобы начать генерировать луч, лазерный стержень должен поглотить свет с определенной длиной волны. Например у иттрий алюминиевого граната с неодимом, это две полосы поглощения в диапазоне 730-760 нм и 790-820 нм (ближнее ИК излучение). То есть должен он поглотить свет именно такого "цвета". Другие длины волн не будут поглозаться активным элементом неодимового лазера или же не будут вызывать генерацию луча. Соответственно желательно, чтобы лампа накачки лазера излучала как можно больше света с нужными длинами волн, только тогда лазер будет иметь высокий КПД.
    А теперь посмотрим на спектры поглощения граната с неодимом (Nd:YAG) и спектры испускания галогенной, ксеноновой ламп.
    Галогенная лампа дает непрерывный спектр излучения, то есть на нужные нам длины волн приходится совсем небольшая доля излучения (хотя все-таки иногда такие лампы и используются для накачки не очень мощных лазеров).
    У ксеноновой дуговой лампы есть несколько интенсивных линий в области 820-850 нм но они не совпадают с полосой поглощения Nd:YAG. Так же ксенон дает несколько мощных линий 870-1000нм (на спектре из не видно, по скольку диапазон моего спектрометра 200-860 нм), но они не вызывают генераци лазерного излучения.
    А вот линии испускания криптоновой лампы имеют как раз нужную длину волны, поглощаются Nd:YAG очень хорошо и вызывают генерацию лазерного излучения.
    Кстати криптоновые дуговые лампы имеют достаточно большую мощность. Например мощность лампы с фотографии составляет 4-5 киловатт (но для нормальной работы требуется водяное охлаждение).

 
    И наконец просто немного чистого газообразного криптона в баллончике. В такой фасовке криптон можно купить или у фирм - поставщиков реактивов или у компаний, которые продают расходные материалы для производства световой рекламы. В отличие от больших стальных баллонов, этот сделан из алюминия и давление газа в нем составляет всего десять атмосфер (то есть объем криптона при нормальных условиях составит десять литров). По конструкции, баллончик больше напоминает аэрозольную упаковку от бытовых аэрозолей.

    Разумеется в такой таре можно приобрести и другие газы, например водород, ксенон и прочие не коррозионно активные вещества. Стоимость баллона зависит от закаченного в него газа. Баллон с криптоном стоил примерно 50 Евро. Это в несколько раз выше цены (за литр) криптона с больших баллонах, но зато общая сумма покупки такого небольшого количества газа получается на порядок меньше.