가스 맨틀

Gas mantle
최대 밝기로 빛나는 콜맨 화이트 가스 랜턴 맨틀

백열가스 맨틀, 가스 맨틀 또는 웰스바흐 맨틀은 화염에 의해 가열되었을 때 백열선명한 백색광을 발생시키는 장치이다.이 이름은 19세기 후반 유럽과 북미의 거리를 비추던 가스등의 원래 열원을 가리킨다.맨틀은 불꽃 위에 망토처럼 매달려 있는 것을 말한다.가스 맨틀은 휴대용 캠핑등, 압력등,[1] 오일램프에도 사용되었다.

가스 맨틀은 보통 직물 품목으로 판매되는데, 금속 질산염 함침으로 인해 최초 사용 시 금속 산화물의 단단하지만 부서지기 쉬운 그물망을 남기게 됩니다. 이러한 금속 산화물은 사용될 때마다 불꽃의 열로부터 빛을 생성합니다.이산화토륨은 일반적으로 주요 성분이었다; 방사능이 있기 때문에, 그것은 제조 맨틀에 관련된 사람들의 안전에 대한 우려로 이어졌다.그러나 정상적인 사용은 건강상의 위험을 최소화합니다.

메커니즘

뜨거운 가스 맨틀.맨틀의 가장 낮은 부분이 파손되어 광출력이 감소합니다.
85mm 찬스 브라더스백열석유 증기 설비

맨틀은 대략 배 모양의 직물 가방으로 실크, 모시 소재의 인조 실크 또는 레이온으로 만들어집니다.섬유에는 금속성 소금이 함침되어 있습니다. 맨틀이 화염에 처음 가열되면 섬유는 몇 초 만에 연소되고 금속성 소금은 고체 산화물로 변환되어 원래의 섬유 모양으로 부서지기 쉬운 세라믹 쉘을 형성합니다.맨틀은 적외선을 거의 방출하지 않으면서 가시 스펙트럼에서 밝게 빛난다.맨틀의 희토류 산화물(세륨)과 악티늄(토륨)은 (이상적인 흑체에 비해) 적외선에서는 낮은 방사율을 가지지만 가시 스펙트럼에서는 높은 방사율을 가진다.또한 발열량이 [2]열평형에 도달하기 전에 연소 생성물로부터 빛을 방출하는 캔돌루미네센스에 의해 방출이 증가한다는 증거도 있습니다.이러한 성질의 조합은 등유나 액화석유가스 불꽃에 의해 가열될 때 불필요한 적외선에 상대적으로 적은 에너지로 대부분 가시광선인 강한 방사선을 방출하여 발광 효율을 높이는 맨틀을 생성한다.

맨틀은 불꽃을 작게 유지하고 내부에 단순한 램프보다 높은 연료 유량으로 포함시킴으로써 연소 과정을 돕습니다.맨틀 내부의 이러한 연소 집중은 화염에서 맨틀로의 열 전달을 개선합니다.맨틀은 모든 직물 재료가 연소된 후 수축하며 처음 사용 후에는 매우 연약해집니다.

역사

수세기 동안, 인공 빛은 불꽃을 이용해 생성되어 왔다.조명은 1820년대에 발명되었지만, 흑체 복사만으로 가시광을 내는 데 필요한 온도가 너무 높아 작은 빛에는 실용적이지 못했다.19세기 후반에 몇몇 발명가들은 물질을 낮은 온도로 가열하지만 백색광을 시뮬레이션하기 위해 이산 스펙트럼 라인의 방출을 사용하는 것에 기초한 효과적인 대안을 개발하려고 시도했다.

많은 초기 시도가 금속 질산염에 적신 백금 이리듐 거즈를 사용했지만, 이러한 재료의 높은 비용과 낮은 신뢰성 때문에 성공하지 못했습니다.최초의 효과적인 맨틀은 1881년 발명가의 이름을 딴 클레이몬드 바구니였다.이 장치는 플래티넘 와이어 케이지가 지지할 필요가 없는 산화마그네슘 매트릭스로 정교하게 제작되어 1883년 크리스탈 팰리스 전시회에 전시되었다.

현대의 가스 맨틀은 1880년대에 희토류 원소를 연구했고 로버트 분젠의 제자였던 화학자 칼 아우어 폰 웰스바흐의 많은 발명품 중 하나였다.Ignaz Kreidl은 그와 함께 웰스바흐 맨틀을 만들기 위한 초기 실험을 했다.그의 첫 번째 공정은 산화마그네슘 60%, 산화란탄 20%, 산화이트륨 20%의 혼합물을 사용했는데, 그는 이것을 "악티노포어"라고 불렀고 1887년 3월 15일 미국 특허 #359,524를 발행했다.이 원래의 망토는 녹색 빛을 발했고 그다지 성공적이지 못했다.칼 아우어 폰 웰스바흐의 첫 번째 회사는 1887년 아츠게르스도르프에 공장을 세웠지만 1889년에 실패했다.1889년 웰스바흐는 토륨에 관한 첫 특허를 1889년 3월 5일 미국 특허 #399,174를 받았다.1891년에 그는 99%의 이산화토륨과 1%의 이산화세륨의 새로운 혼합물을 완성했는데, 이것은 훨씬 더 하얀 빛을 발산하고 더 강한 맨틀을 만들어냈다.1892년에 이 새로운 맨틀을 상업적으로 도입한 후, 그것은 유럽 전역으로 빠르게 퍼져나갔다.가스 맨틀은 1900년대 [3]초에 전등이 널리 도입되기 전까지 거리 조명의 중요한 부분으로 남아있었다.

생산.

가로등 가스 맨틀(냉간)
사용하지 않는 플랫 포장 형태의 맨틀

맨틀을 만들기 위해, 면화를 짜거나 짜서 그물 주머니로 만들고, 선택한 금속의 용해성 질산염에 함침시킨 후 가열합니다. 면화는 타버리고, 질산염은 아질산염으로 변환되며, 아질산염은 함께 결합되어 단단한 그물을 형성합니다.가열이 계속됨에 따라 아질산염은 마침내 매우 높은 녹는점의 고체 산화물로 이루어진 깨지기 쉬운 메시로 분해됩니다.

초기 망토는 산화물 구조가 너무 약해서 쉽게 운반할 수 없었기 때문에 가열되지 않은 면망 상태로 판매되었습니다.맨틀은 처음 사용했을 때 솜이 타 없어졌을 때 작업 형태로 바뀌었다.사용되지 않은 망토는 산성 금속 질산염의 부식성 특성으로 인해 빠르게 썩었기 때문에 오래 보관할 수 없었다. 이 문제는 나중에 과도한 산을 중화시키기 위해 암모니아 용액에 맨틀을 담그는 것으로 해결되었다.

이후 맨틀은 일반 면직물이 아닌 건코튼(니트로셀룰로오스)이나 콜로디온으로 만들어졌는데, 건코튼은 가연성이 높고 폭발성이 높기 때문에 처음 사용하기 전에 황화암모늄에 담가 셀룰로오스로 다시 전환해야 했다.나중에, 면 맨틀을 처음 사용했을 때 탈 수 있는 얇은 층으로 코팅된 콜로디온 용액에 담그면 면 맨틀이 충분히 강화될 수 있다는 것이 발견되었다.

맨틀에는 램프 피팅에 묶기 위한 바인딩 실이 있습니다.발암성 때문에 석면이 금지되기 전까지는 석면사가 사용되었습니다. 현대의 맨틀은 철사나 세라믹 섬유사를 사용합니다.

안전에 관한 우려

토륨은 방사성 물질로 붕괴 생성물 중 하나로 방사성 가스 라돈-220을 생성한다.또한 토륨은 가열되어 소멸되면 성장 중인 라디오 딸들, 특히 라듐-224를 휘발시킨다.그것의 매우 짧은 반감기에도 불구하고, 라듐은 무선 부모로부터 빠르게 보충되고, 맨틀의 새로운 가열에서 발화까지 모든 새로운 라듐-224의 새로운 홍수를 공기 중으로 방출합니다.이 부산물은 맨틀이 실내에서 사용될 경우 흡입될 수 있으며 내부 알파 방출 방사성 독성 우려 사항이다.토륨의 2차 붕괴 생성물은 라듐과 악티늄을 포함한다.이 때문에 토륨 망토의 안전성에 대한 우려가 있다.호주 방사선방호원자력안전국은 대신 [4]이트륨으로 만든 맨틀을 추천한다.

1981년 연구에 따르면 1년 동안 주말마다 토륨 맨틀을 사용한 선량은 3-6마이크로시버트(0.3-0.6mrem)로 일반적인 연간 배경 방사선량 약 2.4mSv(240mrem)에 비해 작을 것으로 추정됐다. 단, 이는 토륨이 공기 중으로 유지된다고 가정한다.실제로 맨틀을 섭취하는 사람은 2 mSv (200 mrem)[5][6]의 선량을 받게 된다.그러나 방사능은 맨틀 제조와 일부 이전 공장 [7]현장 주변의 토양 오염과 관련된 사람들의 주요 관심사이다.

우려되는 한 가지 잠재적 원인은 토륨 가스 맨틀의 입자가 시간이 지남에 따라 "떨어져" 공기 중으로 들어가 음식이나 음료에 섭취될 수 있다는 것입니다.또한 이러한 입자는 흡입되어 폐나 간에 남아 백그라운드 방사선의 위험을 초과하는 장기 노출을 일으킬 수 있습니다.또한 기계적 충격으로 인해 맨틀이 산산조각날 경우 토륨이 포함된 분진의 방출도 우려된다.

이러한 모든 문제는 일부 국가(일반적으로 이트륨 또는 때로는 지르코늄)에서 대체품을 사용하는 것으로 이어졌지만, 이러한 것들은 일반적으로 더 비싸거나 덜 효율적이다.안전상의 우려는 콜맨 컴퍼니를 상대로 한 연방 소송의 주제였다(Wagner v. Coleman). 콜맨 컴퍼니는 처음에 이러한 우려에 대한 경고 라벨을 부착하기로 동의했고, 이후 [6][8]이트륨을 사용하는 것으로 전환했다.

2001년 6월 NUREG는 미국에서 [10]방사성 가스 맨틀이 명시적으로 합법적이라는 내용의 '선원 및 부산물[9] 물질의 면제 체계적 방사선 평가'에 관한 연구를 발표했다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 알라딘 맨틀 램프
  2. ^ H. F. Ivey (1974). "Candoluminescence and radical-excited luminescence". Journal of Luminescence. 8 (4): 271–307. Bibcode:1974JLum....8..271I. doi:10.1016/0022-2313(74)90001-5.
  3. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
  4. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2010-09-13. Retrieved 2010-09-17.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로서의 아카이브 카피(링크).
  5. ^ 스토브 – Survival Unlimited 아카이브 2005년 4월 3일 Wayback Machine에 저장
  6. ^ a b Cecil Adams, 2003년 12월 5일, The Strate Dop: 야영등은 방사능이 있나요?
  7. ^ "New Jersey Department of Health Environmental Health Services, Volume 1, Number 3 Spring 1996: Welsbach And General Gas Mantle Sites, U.S. Radium" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2006-06-13. Retrieved 2005-09-25.
  8. ^ "The Hidden Radioactive Danger of Mantle Lamps - Natural Health".
  9. ^ NUREG-1717 (섹션 3.14). 백열 만틀).PDF 3,1 MB]
  10. ^ NUREG-1717 섹션 3.14:「백열 가스 벽난로에 포함되는 토륨의 양만큼을 취득, 보유, 사용 또는 양도하는 한, 면허 요건으로부터 면제됩니다.이 면제는 1947년 3월 20일(12 FR 1855)에 확립되었으며, 그 이후로 근본적으로 변경되지 않았습니다."

외부 링크