غلاف الغاز

غطاء الغاز المتوهج ، أو غطاء الغاز ، أو غطاء ويلسباخ، هو جهاز يُستخدم لتوليد ضوء أبيض ساطع عند تسخينه بواسطة اللهب. ويُشير الاسم إلى مصدر الحرارة الأصلي في مصابيح الغاز التي أنارت شوارع أوروبا وأمريكا الشمالية في أواخر القرن التاسع عشر. أما كلمة "غطاء" فتشير إلى شكله الذي يُشبه الرداء المُعلق فوق اللهب. وتُستخدم أغطية الغاز أيضًا في بعض فوانيس التخييم المحمولة ، وفوانيس الضغط ، وبعض مصابيح الزيت. ^{[ 1 ]}

تُباع أغطية الغاز عادةً على شكل كيس قماشي، يحترق عند تسخينه أثناء الاستخدام الأولي، نتيجةً لتشريبه بنترات المعادن، ليترك شبكة صلبة ولكنها هشة من أكاسيد المعادن؛ وتُنتج هذه الأكاسيد ضوءًا من حرارة اللهب عند الاستخدام. وكان ثاني أكسيد الثوريوم مكونًا رئيسيًا شائعًا؛ ونظرًا لكونه مشعًا ، فقد أثار ذلك مخاوف بشأن سلامة العاملين في تصنيع هذه الأغطية. ومع ذلك، فإن الاستخدام العادي لا يُشكل سوى خطر صحي ضئيل.

الوشاح عبارة عن كيس قماشي على شكل كمثرى تقريبًا ، مصنوع من الحرير، أو الحرير الصناعي المصنوع من نبات الرامي ، أو الرايون . تُشبع الألياف بأملاح معدنية؛ فعند تسخين الوشاح في اللهب، تحترق الألياف في ثوانٍ وتتحول الأملاح المعدنية إلى أكاسيد صلبة، مكونةً غلافًا هشًا من أكسيد السيراميك على شكل القماش الأصلي. يتوهج الوشاح بشدة في الطيف المرئي بينما ينبعث منه القليل من الأشعة تحت الحمراء . تتميز أكاسيد العناصر الأرضية النادرة ( السيريوم ) والأكتينيدات ( الثوريوم ) الموجودة في الوشاح بانبعاثية منخفضة في نطاق الأشعة تحت الحمراء (مقارنةً بجسم أسود مثالي ) ولكنها تتميز بانبعاثية عالية في الطيف المرئي . وهناك أيضًا بعض الأدلة على أن الانبعاث يتعزز بفعل التلألؤ الكاندولي ، وهو انبعاث الضوء من نواتج الاحتراق قبل وصولها إلى حالة التوازن الحراري. ^{[ 2 ]} ينتج عن الجمع بين هذه الخصائص غلافًا، عند تسخينه بواسطة لهب الكيروسين أو غاز البترول المسال ، ينبعث منه إشعاع مكثف يكون في الغالب ضوءًا مرئيًا، مع طاقة قليلة نسبيًا في الأشعة تحت الحمراء غير المرغوب فيها، مما يزيد من كفاءة الإضاءة.

يُساعد الغلاف على عملية الاحتراق من خلال الحفاظ على اللهب صغيرًا ومُحصرًا عند معدلات تدفق وقود أعلى من تلك الموجودة في المصباح العادي. كما يُحسّن تركيز الاحتراق داخل الغلاف من انتقال الحرارة من اللهب إلى الغلاف.

لعدة قرون، استُخدمت النيران المكشوفة لتوليد الضوء الاصطناعي. اختُرع مصباح الجير في عشرينيات القرن التاسع عشر، لكن درجة الحرارة اللازمة لإنتاج الضوء المرئي من خلال إشعاع الجسم الأسود وحده كانت مرتفعة للغاية بحيث لا تُناسب المصابيح الصغيرة. في أواخر القرن التاسع عشر، حاول العديد من المخترعين تطوير بديل فعال يعتمد على تسخين مادة ما إلى درجة حرارة أقل، مع استخدام انبعاث خطوط طيفية منفصلة لمحاكاة الضوء الأبيض.

استخدمت العديد من المحاولات المبكرة شاشًا من البلاتين والإيريديوم مشبعًا بنترات المعادن ، لكنها لم تنجح بسبب ارتفاع تكلفة هذه المواد وضعف موثوقيتها. وكان أول غطاء فعال هو سلة كلاموند عام 1881، والتي سُميت نسبةً إلى مخترعها. صُنع هذا الجهاز من مصفوفة من أكسيد المغنيسيوم ، ولم يكن بحاجة إلى دعم بقفص من أسلاك البلاتين، وعُرض في معرض قصر الكريستال عام 1883.

كان غلاف الغاز الحديث أحد اختراعات كارل أوير فون ويلسباخ ، الكيميائي الذي درس العناصر الأرضية النادرة في ثمانينيات القرن التاسع عشر، والذي كان تلميذًا لروبرت بنسن . عمل إغناز كرايدل معه في تجاربه المبكرة لإنشاء غلاف ويلسباخ. استخدمت عمليته الأولى مزيجًا من 60% أكسيد المغنيسيوم ، و20% أكسيد اللانثانوم ، و20% أكسيد الإيتريوم ، والذي أطلق عليه اسم "أكتينوفور" وحصل على براءة اختراعه عام 1887 (15 مارس 1887، براءة الاختراع الأمريكية رقم 359,524). كانت هذه الأغلفة الأصلية تُصدر ضوءًا أخضر اللون، ولم تكن ناجحة جدًا. أسس ويلسباخ أول شركة له في أتزغرسدورف عام 1887، لكنها أفلست عام 1889. وفي العام نفسه، حصل ويلسباخ على أول براءة اختراع له تشير إلى الثوريوم (5 مارس 1889، براءة الاختراع الأمريكية رقم 399174). وفي عام 1891، طور مزيجًا جديدًا من 99% ثاني أكسيد الثوريوم و1% ثاني أكسيد السيريوم، مما أدى إلى إصدار ضوء أكثر بياضًا وإنتاج غلاف أقوى. وبعد طرح هذا الغلاف الجديد تجاريًا عام 1892، انتشر بسرعة في جميع أنحاء أوروبا. وظل غلاف الغاز جزءًا مهمًا من إنارة الشوارع حتى الانتشار الواسع للإضاءة الكهربائية في أوائل القرن العشرين. ^{[ 3 ]}

لصنع عباءة، يُنسج القطن أو يُحاك على شكل كيس شبكي، ثم يُشرب بنترات المعادن المختارة القابلة للذوبان، ويُنقل بعد ذلك إلى وجهته. يقوم المستخدم بتركيب العباءة ثم يحرقها لإزالة الكيس القطني وتحويل نترات المعادن إلى نتريتات تندمج معًا لتشكيل شبكة صلبة. ومع استمرار التسخين، تتحلل النتريتات في النهاية إلى شبكة هشة من أكاسيد صلبة ذات درجات انصهار عالية جدًا.

كانت الأغطية القديمة تُباع في حالتها غير المُسخّنة، وهي عبارة عن شبكة قطنية، نظرًا لهشاشة طبقة الأكسيد الناتجة عن التسخين، مما يُصعّب نقلها. يتحوّل الغطاء إلى شكله الجاهز للاستخدام عندما يحترق القطن عند أول استخدام. في البداية، لم يكن بالإمكان تخزين الأغطية غير المُستخدمة لفترة طويلة، لأن القطن كان يتعفّن بسرعة بسبب الطبيعة المُسبّبة للتآكل لنترات المعادن الحمضية. لاحقًا، تمّت معالجة تآكل المعادن الحمضية بنقع الغطاء في محلول الأمونيا لمعادلة الحمض الزائد.

صُنعت الأغطية لاحقًا من القطن المتفجر ( نيتروسليلوز )، الذي يُمكن إنتاجه بخيوط دقيقة للغاية مقارنةً بخيوط القطن العادية. وكان لا بد من تحويل هذه الخيوط إلى سليلوز عن طريق غمرها في كبريتيد الأمونيوم قبل استخدامها لأول مرة، نظرًا لأن القطن المتفجر شديد الاشتعال وقد يكون قابلًا للانفجار. وفي وقت لاحق، اكتُشف أنه يُمكن تقوية غطاء القطن بشكل كافٍ عن طريق غمره في محلول الكولوديون لتغطيته بطبقة رقيقة تحترق عند استخدام الغطاء لأول مرة.

تُربط أغطية المصابيح بخيط لتثبيتها على قاعدة المصباح. وقبل حظر الأسبستوس بسبب خصائصه المسرطنة ، كان يُستخدم خيط مصنوع من الأسبستوس. أما أغطية المصابيح الحديثة فتستخدم سلكًا أو خيطًا من ألياف السيراميك .

الثوريوم عنصر مشع، وينتج غاز الرادون -220 المشع كأحد نواتج تحلله . علاوة على ذلك، عند تسخينه حتى التوهج، يتبخر الثوريوم مُنتجًا نظائره المشعة المتكونة داخله ، وخاصة الراديوم -224. على الرغم من قصر عمر النصف للراديوم، إلا أنه يتجدد بسرعة من نظيره المشع (الثوريوم-228)، وكل تسخين جديد للغلاف حتى التوهج يُطلق كمية جديدة من الراديوم-224 في الهواء. يمكن استنشاق هذا الناتج الثانوي إذا استُخدم الغلاف في الأماكن المغلقة، وهو مصدر قلق من التسمم الإشعاعي الداخلي الناتج عن جسيمات ألفا . تشمل نواتج التحلل الثانوية للثوريوم الراديوم والأكتينيوم . لهذا السبب، توجد مخاوف بشأن سلامة أغلفة الثوريوم. توصي الوكالة الأسترالية للحماية من الإشعاع والسلامة النووية باستخدام أغلفة مصنوعة من الإيتريوم بدلاً من الثوريوم. ^{[ 4 ]}

أشارت دراسة أجريت عام 1981 إلى أن الجرعة الإشعاعية الناتجة عن استخدام درع الثوريوم كل نهاية أسبوع لمدة عام تتراوح بين 3 و6 ميكروسيفرت (0.3-0.6 ملي ريم ) ، وهي جرعة ضئيلة مقارنةً بالجرعة الإشعاعية الطبيعية السنوية التي تبلغ حوالي 2.4 ملي سيفرت (240 ملي ريم) ، مع العلم أن هذا التقدير يفترض بقاء الثوريوم سليمًا بدلًا من انتشاره في الهواء. أما الشخص الذي يبتلع الدرع فعليًا، فسيتلقى جرعة إشعاعية قدرها 2 ملي سيفرت (200 ملي ريم) . ^{[ 5 ] [ 6 ]} ومع ذلك، يُعد النشاط الإشعاعي مصدر قلق بالغ للعاملين في صناعة الدروع، كما يُشكل مشكلة تلوث التربة المحيطة ببعض مواقع المصانع السابقة. ^{[ 7 ]}     

من بين الأسباب المحتملة للقلق، تساقط جزيئات من غلاف غاز الثوريوم بمرور الوقت وانتشارها في الهواء، حيث يُحتمل ابتلاعها مع الطعام أو الشراب. كما يُمكن استنشاق هذه الجزيئات وبقاؤها في الرئتين أو الكبد، مما يُسبب تعرضًا طويل الأمد يتجاوز خطر الإشعاع الطبيعي. ومن الأمور الأخرى التي تُثير القلق، انبعاث الغبار الحامل للثوريوم في حال تحطم الغلاف نتيجة اصطدام ميكانيكي.

أدت كل هذه المشكلات إلى استخدام بدائل في بعض البلدان، عادةً الإيتريوم أو أحيانًا الزركونيوم ، على الرغم من أن هذه البدائل عادةً ما تكون إما أغلى ثمنًا أو أقل كفاءة. وكانت المخاوف المتعلقة بالسلامة موضوع دعوى قضائية اتحادية ضد شركة كولمان ( واغنر ضد كولمان )، والتي وافقت في البداية على وضع ملصقات تحذيرية على أغطية المفاعلات بشأن هذه المخاوف، ثم تحولت لاحقًا إلى استخدام الإيتريوم. ^{[ 6 ] [ 8 ]}

في يونيو 2001، نشرت لجنة التنظيم النووي الأمريكية دراسة حول التقييم الإشعاعي المنهجي للاستثناءات المتعلقة بمواد المصدر والمنتجات الثانوية ، ^{[ 9 ]} وذكرت أن أغطية الغاز المشعة قانونية صراحة في الولايات المتحدة. ^{[ 10 ]}

• التألق الكاندولي – تألق ناتج عن الحرارة وليس عن طاقة مخزنة 
• سلة كلاموند - نوع من أغطية الغاز 
• فانوس كولمان – سلسلة من مصابيح الضغط. صفحات تعرض أوصافًا موجزة لأهداف إعادة التوجيه. 
• الإضاءة بالغاز – أنواع أجهزة الإضاءة التي تعمل بوقود الغاز 
• مصباح الكيروسين – نوع من أجهزة الإضاءة التي تستخدم الكيروسين كوقود 
• التلألؤ الحراري – الضوء الناتج عن إعادة انبعاث الطاقة الممتصة عند تسخين مادة ما 

• "الإضاءة"  . الموسوعة البريطانية . المجلد 16 ( الطبعة الحادية عشرة). 1911. الصفحات 651-673 . 
• نبذة تاريخية عن مصباح الضغط ذي الغلاف المتوهج
• أوير فون ويلسباخ
• مقال صادر عن الوكالة الأسترالية للحماية من الإشعاع والسلامة النووية بعنوان "النشاط الإشعاعي في أغطية الفوانيس"
• وثيقة صادرة عن إدارة خدمات صحة المستهلك والبيئة في ولاية نيوجيرسي تتضمن وصفًا للتلوث في موقع مصنع سابق في كامدن، نيوجيرسي.
• "موقد غاز كلاموند" : مجلة ساينتفك أمريكان ، 2 أكتوبر 1886