передплата Українською | In English

№24, грудень 2014

Що висвітив японський ліхтарик?

Поділитися:

Лауреатами цьогорічної Нобелівської премії в галузі фізики стали видатні японські вчені Ісаму Акасакі, Хіросі Амано та американський дослідник (родом із Японії) Сюдзі Накамура. Вони створили нове енергетично ефективне та екологічно чисте джерело світла – сині світлодіоди. Науковий пошук нобеліантів дав змогу отримати майже ідеальні та потужні джерела білого світла. Щоб з'ясувати, наскільки це досягнення є важливим для людства, потрібно згадати історію розвитку освітлення наших осель та вулиць міст і розглянути проблеми, які виникали в цій справі.

Відомо, що поширені традиційні джерела освітлення мають певні недоліки, бо перетворюють на світлову енергію лише малу частину спожитого електричного струму. Наприклад, винайдена ще наприкінці XIX століття лампа розжарювання, яка застосовується людством понад сто років, має вкрай низький (приблизно 3 відсотки) коефіцієнт дії випромінювальної енергії у видимій для ока ділянці спектра. Решта енергії припадає на не видимий для людського ока інфрачервоний діапазон спектру. Тобто в такій лампі набагато більше електрики витрачається для нагрівання навколишнього середовища, ніж для освітлення.

Винайдені в середині XX століття люмінесцентні лампи приблизно вдвічі ефективніші. Тому в провідних промислово розвинених країнах різко скорочено або цілком припинено випуск ламп розжарювання завдяки заміщенню їх люмінесцентними джерелами освітлення. Ця стратегія істотно знижує витрати електричної енергії на освітлення. Ефект отримано значний, адже, за оцінками фахівців, людство витрачає приблизно 25–30 відсотків виробленої електроенергії саме на освітлення. Однак на тлі економічних переваг упровад­ження люмінесцентних ламп постає нова достатньо серйозна екологічна проблема, пов’язана з їх утилізацією. Річ у тім, що ці лампи містять ртуть – украй небезпечна для людини й дов­кілля речовина. Тож розроблення та створення економних і водночас екологічно безпечних джерел освітлення вважалися нагальною потребою для людства протягом багатьох десятиліть.

І ось нарешті японським дослідникам вдалося на базі новітніх досягнень напівпровідникових технологій розробити принципово новий клас джерел світла. У цій галузі Японія є визнаним світовим лідером, і тому не випадково саме тут удалося досягти наукового прориву, створивши майже ідеальне джерело білого світла.

То як працює винайдений японськими вченими пристрій? Передовсім використано властивості напівпровідникової структури з двома різними типами провідності – електронної та діркової. При проходженні струму крізь таку структуру на межі поділу між двома типами провідності відбувається рекомбінація електронів та дірок, унаслідок чого випромінюється світло. Енергія кванта світла, або довжина його хвилі, визначається фізичними параметрами напівпровідника, конкретніше – різницею енергій між електронами та дірками. Завдання полягало в тому, щоб ця різниця енергій забезпечувала випромінювання світла саме у видимому для ока діапазоні дов­жин хвиль.

Понад п’ятдесят років фізикам не вдавалось отримати напівпровідник із потрібними параметрами. Перших практичних успіхів у цьому напрямі вдалося досягти в 70­х роках минулого століття завдяки дослідженням нового класу ніт­ридних напівпровідникових сполук. Як ви­явилося, цей клас напівпровідників має широке коло потенційних застосувань для створення прис­троїв твердотільної електроніки з унікальними парамет­рами, не досяжними для інших напівпровідників – таких, як кремній або арсенід галію. Результатом досліджень японських учених саме в одному з цих напрямів і стало успішне створення надзвичайно важливих для людства високоефективних джерел білого світла. Розроблені на сьогодні напівпровідникові джерела світла здатні працювати неперервно впродовж десяти років, забезпечуючи приблизно у двадцять разів більшу ефективність порівняно з лампами розжарювання.

Переваги настільки вагомі, що нам в Україні потрібно невідкладно розпочати впровадження у виробничу й побутову сфери напівпровідникових джерел світла та з їх допомогою освітлювати вулиці, торгові площі, метро, виробничі приміщення, будівельні майданчики, оселі тощо. Роботи в цьому напрямі вже тривають в Інституті фізики напівпровідників Національної академії наук України. У масштабах країни це дасть колосальну економію електричної енергії. Для прикладу наведу підрахунки одного з досліджень, що стосуються ефективності впровадження нових джерел світла для економіки США. Завдяки переходу на ці джерела освітлення заплановано до 2025 року зекономити стільки електроенергії, скільки виробляють 133 теплові електростанції, що еквівалентно заощадженню 258 мільйонів тонн вугілля. Ось вам один із актуальних напрямів діяльності щодо запобігання потеплінню клімату Землі. А для України це важливо ще й для розв’язання проблеми енергетичної безпеки.

Як завжди після оголошення лауреатів Нобелівської премії в суспільстві постають питання: а яке місце посідає українська наука у відповідних галузях та чи мають наші вчені шанси на здобуття найпрестижнішої наукової нагороди? Хоча вчені­природознавці НАН України найуспішніше репрезентують вітчизняну науку в світі, їхні перспективи аж ніяк не можна назвати обнадійливими. Ми все ще маємо вагомі наукові результати, але отримані вони переважно завдяки самовідданості й ентузіазму вчених, а про системну державну підтримку та суспільне визнання годі й мріяти. Утім, лише моральних чинників замало, бо наукове суперництво в світі між провідними науковими школами тепер не можна уявити без застосування новітніх технологій. Ось і нинішній успіх японських фізиків ґрунтується на сучасних напівпровідникових технологіях отримання унікальних сполук. Такого технологічного обладнання ми в Україні, на жаль, досі не маємо.

Автор: Борис ДАНИЛЬЧЕНКО

Коментарі

Заповніть поля відмічені червоним!

Додати коментар

Увійдіть в систему, використовуючи аккаунт соціальної мережі:
Коментар:

Поля відмічені *(зірочкою) обов'язкові для заповнення.

Плакат - брат барикад

Архів журналу Віче

Віче №15/2016 №15
Реклама в журналі Інформація авторам Передплата
Останні новини

Львів стане п'ятим українським містом, в якому запустять Glovo Вчора, 19 квітня

Порошенка і Зеленського просять публічно заявити про невідворотність курсу на ЄС і НАТО Вчора, 19 квітня

У Ахметова відреагували на рішення АМКУ про покупку заводу Абрамовича Вчора, 19 квітня

Посол ЄС шкодує через відсутність серйозних дебатів між кандидатами в президенти України Вчора, 19 квітня

Злочевський купує у британців українську газову компанію Вчора, 19 квітня

Коломойський розповів, як переховував у себе Ложкіна Вчора, 19 квітня

Вибори-2019: чи прилетить до Зеленського «чорний лебідь», який все зіпсує Вчора, 19 квітня

ЗМІ: По всій Україні проходять протести проти бездіяльності влади. ВІДЕО Вчора, 19 квітня

У НБУ обіцяють захистити права і заощадження клієнтів Приватбанку Вчора, 19 квітня

Політична проституція: верхи – Порошенку, а низи – Зеленському, - ЗМІ Вчора, 19 квітня