Per raccontare del mio orologio nixie, quale punto di partenza migliore delle nixie stesse? L’intenzione di questo post è di spiegare il fascino che esercitano su di me, e le difficoltà che si porta dietro l’uso di questi dispositivi.
Quindi, cosa è un tubo nixie? Il nixie è un indicatore numerico. Possiamo pensarlo come una sorta di antenato dei display a 7 segmenti o dei display LCD.
Prima che i led fossero perfezionati, tra gli anni ’50 e gli anni ’80, la scena degli indicatori numerici elettronici era dominata da questi particolari tubi a vuoto. Erano usati per strumenti scientifici, calcolatrici, e in alcuni casi addirittura come indicatori nei tabelloni degli aeroporti.
È evidente quindi l’enorme carica di storia dell’elettronica che questi oggetti si portano dietro. Sono stati tra i dispositivi che per primi hanno permesso il diffondersi dell’elettronica digitale.
Ogni tubo nixie contiene dieci catodi, ciascuno con la forma di una delle dieci cifre, e una griglia anodica. Gli undici contatti convergono sotto forma di sottili fili di metallo, chiamati reofori, sotto il tubo. Quando viene prodotta la nixie, il tubo viene svuotato di tutta l’aria e al suo interno si immette del gas neon.
Per “accendere” una cifra dobbiamo applicare una tensione di almeno 150 volt tra la griglia anodica(il terminale positivo) e la cifra che vogliamo accendere(il terminale negativo). Teniamo presente che 150V sono davvero tanti, per fare un paragone possiamo pensare che le normali batterie ad uso domestico hanno una tensione di 1.5V, mentre le batterie delle automobili 12V. Entreremo nel dettaglio di questo problema più avanti.
Quindi, come funziona una nixie? Al contrario di come potrebbe sembrare, l’indicatore non funziona a incandescenza, gli elementi infatti non si scaldano. Il caratteristico bagliore che vediamo, è prodotto da un processo molto più complesso. Quando applichiamo la tensione (i famosi 150 volt di cui parlavamo prima) si crea un campo elettrico tra la cifra che vogliamo illuminare e la griglia anodica. Alcuni degli atomi del gas neon a bassa pressione contenuto nel tubo a questo punto si separano da un loro elettrone(carico negativamente), lasciandolo libero di correre verso l’anodo(carico positivamente). Altri atomi restano invece non ionizzati. Quando l’elettrone raggiunge la griglia anodica, entra nella nube elettronica del metallo e prosegue la sua corsa. A questo punto nuovi elettroni fuoriescono dal catodo, attraversando il tubo fino all’anodo.
A loro volta gli atomi di neon, liberatisi di una carica negativa, si trovano ad essere carichi positivamente, si spostano dunque verso il catodo del tubo(la nostra cifra), carico negativamente. A differenza dell’elettrone, l’atomo ionizzato è molto più grande, e ha quindi molte più probabilità di scontrarsi con un atomo non ionizzato di neon. In questo modo trasferisce dell’energia a un elettrone dell’atomo non ionizzato, che può quindi fare un salto di livello energetico. Questa condizione è destinata a durare poco, infatti dopo pochi istanti l’elettrone torna allo stato energetico più basso, liberando la differenza di energia sotto forma di luce. Questo processo, nonostante sembri complicato, è quello che avviene quotidianamente nelle lampade a fluorescenza. Parallelamente può avvenire un altro fenomeno: quello dello sputtering. Se lo ione di Ne+, invece che incontrare un atomo non ionizzato, prosegue la sua corsa, impatta contro il catodo. Nell’impatto, se la massa dell’atomo di metallo del catodo è simile alla massa dello ione Ne+, e se l’energia che porta con sé lo ione è sufficiente, l’atomo di metallo può essere espulso dal catodo. L’atomo di metallo può subire poi un impatto con un altro ione di neon, che gli trasferisce energia sufficiente a far saltare di livello energetico un suo elettrone, il quale torna poi al suo livello originario emettendo la differenza di energia sotto forma di un fotone.
È interessante, anche se non necessario, notare che la luce non è prodotta direttamente sul catodo, ma tra il catodo e la luce è presente un piccolo spazio, chiamato spazio oscuro di Aston.
Di nixie sono stati prodotti tanti modelli: americani, tedeschi e sovietici. Quelle che ho scelto per il mio progetto sono le IN-14. Un modello relativamente economico e abbastanza grande per essere letto senza difficoltà. Sono nixie di fabbricazione sovietica, venivano prodotte dalla fabbrica Gazotron Tube Factory a Rivne, in Ucraina. La produzione di nixie da parte di Gazotron è probabilmente terminata negli anni ’80.
Sul retro della nixie sovietica sono riportati il modello, mese e anno di produzione, il logo di Gazotron (il cerchio con un punto al centro) e il marchio di qualità statale dell’Unione Sovietica.
Questi dispositivi sono diventati obsoleti da diversi anni, i pochi pezzi disponibili ai nostri giorni vengono venduti su store online come ebay o nelle fiere di settore. Non vengono più usati se non per dispositivi esclusivamente d’arredo, come gli orologi. Nonostante le difficoltà che comporta il loro uso(ricordiamo che necessitano di alta tensione, che non può essere gestita facilmente dall’elettronica odierna), continuano ad essere un oggetto caratteristico del passato.
Ho cercato di spiegare le ragioni dietro alla mia scelta e il perché ho scelto questo oggetto per rappresentare il mio percorso umano e scolastico all’esame di maturità.
A presto!
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