Varför kvicksilver?

Varför är kvicksilver nödvändigt i ett lysrör?

Svaret på den frågan finns att finna i driftsprincipen hos ett lysrör. Ett lysrör består av en glastub, en gasfyllnad, elektroder och en fosforbeläggning (se nedan). Efter att den nödvändiga voltstyrkan har tillförts de två elektroderna så uppkommer en gasurladdning mellan elektroderna. 

Elektroner som rör sig i utrymmet som genererats av elektroderna krockar med gasens atomer. Dessa kollisioner gör att atomerna uppnår en högre energinivå. Atomerna återgår sedan till den ursprungliga nivån och avger energiskillnaden till största delen i form av UV-ljus.

Effektiviteten av den här gasurladdningen beror på kombinationen av gasfyllningen och fosforet på glastubens vägg. Experiment har visat att det bästa valet av gasfyllning inte är en vanlig gas eller en gasblandning utan att det är kvicksilver. Anledningen till detta är baserat på växelverkandet mellan det ljus som avges av gasurladdningen och det tillängliga fosforet. (Notera: Kvicksilver"gas" är i själva verket kvicksilverångor som uppkommer vid lampans drifttemperatur. Kvicksilvrets fysiska egenskaper är i detta fall unika).

Generellt så avger en lågtrycksgasurladdning, som i till exempel lysrör, det mesta ljuset i det ultravioletta (UV) spektrat. Detta UV-ljus är inte synligt och måste därför konverteras till synligt ljus med hjälp av ett lager fosfor. Båda processerna, genererandet av UV-ljus och konverteringen till synligt ljus kan göras utan energiförluster.

Efter mer än 50 år av forskning och utveckling och olika försök att ersätta kvicksilvret med en mindre giftig substans så är den gemensamma fysikaliska och kemiska uppfattningen hos alla experter att det mest effektiva systemet för urladdning och UV-konvertering baseras på kvicksilver. I nuläget uppnår raka lysrör som drivs med elektroniska förkopplingsdon en systemeffektivitet på över 100 lm/W (lumen per watt). Även om effektiviteten avtar något med kortare ljuskällor så uppnår ändå lågenergilampor cirka 60 lm/W.

Ett av de senare och mest ambitiösa försöken att ersätta kvicksilver i urladdningslampor utfördes av OSRAM. Under det senaste årtiondet så utvecklades en platt och mycket tunn ljuskälla där ädelgasen xenon användes istället för kvicksilver. Precis som för andra urladdningslampor så användes fosfor för att konvertera UV-ljuset till synligt ljus. Effektiviteten som detta system uppnådde var det hittills bästa som någonsin uppnåtts av en kvicksilverfri lösning. Men med 35 lm/W, så var det ändå betydligt lägre än det som uppnås med urladdningslampor innehållande kvicksilver. Det blev uppenbart under experimentets gång att effektivteten aldrig skulle nå upp till samma nivåer som hos de kvicksilverbaserade ljuskällorna.