(«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.

«Да будет свет!»

Подсветки в часах – необходимая составляющая каждодневной жизни, без неё уже невозможно представить современные наручные часы. Это реальность, в которой качество изготовления подсветки решает всё.

Сегодня в наручных часах часто встречается электролюминесцентная подсветка, но обороты популярности день ото дня набирает и подсветка тритиевая .

Подсветка Indiglo , представленная американской компанией Timex в 1992 году, как нельзя лучше подходит в качестве примера электролюминесцентной подсветки . Нажимаем на кнопку, электричество преобразуется в свет посредством воздействия напряжения в 100-200 вольт на атомы фосфора. Конечно, тут свою роль играет преобразователь напряжения (1:100), без которого получение даже ста вольт было бы невозможным. Получив заряд, атомы фосфора выделяют фотоны, они и подсвечивают циферблат. Само название «Indiglo» произошло от слова «Indigo» . Именно цветом индиго (нечто среднее между синим и фиолетовым) подсвечивался циферблат модели часов семейства Ironman . Эта серия часов стала первой в истории компании Timex , оснащённой подсветкой Indiglo .

Вездесущая японская корпорация Casio не могла остаться в стороне, в 1995 году ответив на изобретение американцев подсветкой Illuminator . Подсветка Casio Illuminator по своему устройству схожа с подсветкой Indiglo . В Японии подсветка Illuminator носит название «Fox Fire» .

Только стрелки и метки отдельно взятого циферблата могут быть оснащены тритиевой подсветкой , тогда как электролюминесцентная подсветка освещает циферблат полностью. Но не торопитесь делать скоропостижные выводы!

Применение тритиевой подсветки в циферблатах является процессом куда более сложным, чем установка электролюминесцентной подсветки. Тритиевая подсветка не требует нажатия кнопок и не использует вспомогательные источники энергии – будь то батарея часов, или энергия солнечного света. Соответственно, такая подсветка не влияет на запас «жизненной силы» энергоносителя часов.

Тритий – радиоактивный изотоп водорода, использующийся в термоядерном оружии, как источник нейтронов и горючее. «Всё, с меня хватит, оставьте часы с такой подсветкой себе, а я лучше выберу безобидную электролюминесцентную подсветку!» - подумаете вы. И будете неправы.

Тритий не представляет радиационной опасности, ведь он заключён в герметичные ёмкости из боросиликатного стекла. Но даже если циферблат часов вдруг треснул, а герметичная ёмкость с тритием была повреждена, то нашему здоровью всё равно ничего не будет угрожать. В ёмкостях, расположенных на циферблатах часов, содержится сравнительно небольшое количество трития, которое при утечке успеет выйти в атмосферу без пагубных последствий для человека. Самое главное – не вдыхать и не глотать тритий. Особенно тогда, когда утечка произошла из большой ёмкости.

Долгий срок службы без всякой подзарядки – вот главный козырь тритиевой подсветки. Тритиевая подсветка способна прослужить целых 25 лет. За это время тритий в ёмкостях будет подвержен радиоактивному бета-распаду, что заставляет появившиеся электроны воздействовать на атомы люминофора. Именно этот процесс и даёт яркое зелёное свечение стрелок и меток, способное выручить владельца часов при любых обстоятельствах.

К слову, тритиевая подсветка может быть представлена самыми разными цветами, не только зелёным, но и темно-синим, жёлтым, оранжевым, красным, белым . В часовой промышленности, однако, применяется именно зелёный, ведь человеческий глаз воспринимает его, как самый яркий (интенсивность – 100%). Тритиевая подсветка потеряет половину своей яркости за 12 лет, а за 25 лет службы «исхудает» на 80% яркости.

Пользующиеся устойчивым спросом у военных и пожарных часы Traser примечательны не только своей прочностью, но и тритиевой подсветкой trigalight . Не отстаёт и известная компания Luminox , дающая гарантию 25 лет на беспрерывную работу тритиевой подсветки в своих часах.

Отдельного упоминания достойна подсветка Super LumiNova . Данная система заявила о себе в 1993 году , чётко обозначив свои положительные свойства. Работа подсветки SuperLumiNova стала возможной благодаря алюминату стронция, веществу, наносимому на стрелки и метки часовых циферблатов. Система SuperLumiNova не содержит радиоактивных веществ, а значит, не потеряет свои качества с течением времени, как это происходит с тритиевой подсветкой. Для подсветки Super LumiNova важны периодические «встречи» с солнечным или искусственным светом, именно они заряжают светящееся покрытие стрелок и меток нужной энергией.

Некоторые часы не только обладают продвинутой системой освещения циферблата, но и могут быть использованы в качестве самостоятельного источника освещения. Мужские часы – лучший тому пример.

Их циферблат подсвечивается светодиодом высокой мощности, обеспечивающим отличное считывание показаний часов в темноте. Но стоит нам выйти за грани циферблата, и о себе напоминает встроенный в корпус фонарь, работающий в трёх режимах. С подробностями системы освещения часов Victorinox Swiss Army Night Vision можно ознакомиться в отдельной статье .

Разнообразные системы подсветок в часах сегодня способны ответить потребностям многих людей. Практичная электролюминесцентная подсветка в часах Timex , Casio способствует появлению привлекательных цен на модели этих компаний. Более сложная в изготовлении тритиевая подсветка ждёт на циферблатах часов Traser и Luminox .

Простота и доступность, или технические изыски и новшества? Выбор за вами!

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:

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.