بعد از دهه‌ها تلاش برای پیدا کردن راه‌حل‌های خطرناک و نصفه‌نیمه، آینده‌ی مواد شب‌نما یا به قول خودمون «لوم» (Lume)، هیچ‌وقت تا این حد درخشان نبوده!

این روزها، مواد شب‌نما روی صفحه‌ی ساعت‌ها اونقدر فراگیر شدن که خیلی راحت یادمون میره چقدر پیدا کردن ماده‌ای که هم امن باشه، هم کارآمد و هم بادوام، چالش‌برانگیز بوده. بیراه نگفتیم اگه بگیم بدون این مواد شب‌نمای مدرن، انقلاب ساعت‌های اسپرت هیچوقت اتفاق نمی‌افتاد (یا حداقل، به شکل خیلی خطرناک‌تری رخ می‌داد). با اینکه ما وجودشون رو بدیهی می‌دونیم، اما این مواد در واقع راه‌حل‌های هوشمندانه‌ای برای مشکلی هستن که ساعت‌سازها از همون ابتدای تاریخ زمان‌سنجی باهاش دست و پنجه نرم می‌کردن. امروز، به لطف برندهایی مثل «رسنس» (Ressence) و «مینگ» (MING)، مواد شب‌نمایی مثل سوپرلومینوا (Super-LumiNova) فقط برای خوانایی ساعت در تاریکی به کار نمیرن، بلکه به بخش جدایی‌ناپذیری از زبان طراحی ساعت‌سازی مدرن تبدیل شدن.

دیدن و شنیدن زمان: از ساعت‌های آفتابی تا زنگ‌های کلیسا

اولین زمان‌سنج‌هایی که ما می‌شناسیم، ساعت‌های آفتابی بودن (البته حدس می‌زنم قبل از اون، مردم فقط به خود خورشید نگاه می‌کردن، ولی حتماً خیلی زود در تاریخ بشر متوجه شدن که سایه‌ها با حرکت خورشید جابجا میشن). دقت یه ساعت آفتابی فقط به اندازه‌ی «شاخص» اون بستگی داشت؛ همون میله‌ای که سایه رو روی صفحه میندازه. اما خب، مشخصه که توی یه روز ابری یا شب، ساعت آفتابی هیچ کاربردی نداشت.

قدیمی‌ترین راه‌حل ساعت‌سازها برای این مشکل، ساختن ساعت‌هایی بود که می‌تونستن ساعت رو با زنگ اعلام کنن. اولین ساعت‌های مکانیکی در صومعه‌ها استفاده شدن تا ساعت‌های متعارف یا زمان‌های مشخص دعا رو نشون بدن. (البته قبل از ساعت‌های زنگ‌دار اروپایی قرن ۱۳ و ۱۴، ساعت‌های دیگه‌ای هم وجود داشتن، مثل ساعت نجومی «سو سونگ» در چین، اما برای خوندن اون ساعت‌ها به نور مصنوعی مثل شمع یا مشعل نیاز بود).

ساعت‌های زنگ‌دار به مرور زمان پیشرفت کردن و مدل‌هایی با قابلیت اعلام ساعت، ربع ساعت، پنج دقیقه و حتی دقیقه (که بهشون «ریپیتر» میگن) اختراع شدن. در دوران «برگه» (Breguet)، ساعت‌های دقیقه‌شمار یا «مینت ریپیتر» (Minute Repeater)، راه‌حل فنی قطعی برای فهمیدن زمان در تاریکی بودن. اما ریپیترها یه عیب بزرگ داشتن که امروز هم کاملاً واضحه: ساختارشون فوق‌العاده پیچیده‌ست، خیلی راحت آسیب می‌بینن و به طرز وحشتناکی گرون‌قیمتن. نیاز بازار مشخص بود، اما رسیدن بهش غیرممکن به نظر می‌رسید: یه ساعت مچی یا دیواری که صفحه‌اش توی تاریکی دیده بشه!

هزاران سال پیش، انسان می‌دونست که بعضی حیوون‌ها می‌تونن «نور سرد» تولید کنن. ارسطو در مورد موجودات دریایی که در تاریکی می‌درخشیدن، نوشته بود. اما این ایده انگار هیچوقت الهام‌بخش تلاش جدی برای بازسازی مصنوعی این پدیده نشد. البته فسفر، که در تاریکی درخشش ضعیفی داره، اولین بار در اواخر قرن هفدهم با موفقیت جداسازی شد و گاهی امروز هم برای رنگ‌های شب‌نما استفاده میشه. ولی کاربرد گسترده‌ای نداره چون درخشش اون به اندازه‌ی رنگدانه‌های مدرن نیست، برای درخشیدن به اکسیژن نیاز داره و برای همین زود خاموش میشه و واکنش‌پذیری بالایی هم داره – حتی می‌تونه خود به خود آتیش بگیره که کار باهاش رو خطرناک می‌کنه.

یک بازی خطرناک: رنگ رادیومی

با توجه به اینکه موجودات زنده‌ی ساده از کی می‌تونستن توی تاریکی بدرخشن، یکم خجالت‌آوره که چقدر طول کشید تا ما انسان‌ها اولین ماده‌ی شب‌نمای واقعی رو برای صفحه‌ی ساعت‌ها بسازیم. اون ماده «رادیوم» بود. رادیوم یه عنصر رادیواکتیو با عدد اتمی ۸۸ در جدول تناوبیه که توسط ماری و پیر کوری در سال ۱۸۹۸ کشف شد؛ کشفی که ماری کوری بهای اون رو با جونش پرداخت (او در سال ۱۹۳۴ به خاطر کم‌خونی آپلاستیک ناشی از تشعشعات رادیواکتیو از دنیا رفت).

رادیوم به خودی خود درخشش خیلی ضعیفی داره، اما اگه پودر رادیوم رو با ماده‌ی دیگه‌ای که در معرض تشعشع می‌درخشه مخلوط کنید، رنگ شب‌نما خواهید داشت. اون ماده‌ی دیگه، «سولفید روی» (zinc sulfide) بود که به عنوان «فسفر» – ماده‌ای که با تحریک شدن توسط نور یا تشعشع، از خودش نور ساطع می‌کنه – در نسل اول رنگ‌های شب‌نما استفاده شد.

کار با این ماده به شدت خطرناکه. اکثر علاقه‌مندان جدی ساعت، داستان «دختران رادیومی» رو شنیدن؛ زنانی که در دهه‌ی ۱۹۲۰ برای شرکت «رادیوم ایالات متحده» صفحه‌ی ساعت‌ها رو با رنگ رادیومی رنگ‌آمیزی می‌کردن. بهشون گفته شده بود که برای تیز کردن نوک قلم‌موهای نازکشون، از لب و زبونشون استفاده کنن. از اونجایی که هیچ هشداری در مورد خطرات تشعشعات رادیواکتیو بهشون داده نشده بود، برای سرگرمی ناخن‌ها، دندون‌ها و صورتشون رو هم با این رنگ، رنگی می‌کردن. رادیوم در بدن مثل کلسیم عمل می‌کنه و دختران رادیومی این ماده رو جذب بدنشون، به خصوص دندان‌ها و فکشون کردن و خیلی از اون‌ها با بدشکلی‌های دردناک از دنیا رفتن.

صفحه‌های رادیومی: مؤثر اما خطرناک

رادیوم همیشه یه ماده‌ی خطرناک بوده و هست. صفحه‌های رادیومی می‌تونن تا قرن‌ها خطرناک باقی بمونن. فسفرِ داخل رنگ، یعنی همون سولفید روی، معمولاً طی چند سال تا چند دهه به خاطر تشعشعات می‌سوزه و از کار میفته، اما خود رادیوم نیمه‌عمری معادل ۱۶۰۰ سال داره! استنشاق گرد و غبار رادیوم یکی از خطرات کار با ساعت‌های وینتیج رادیومی محسوب میشه و خطر دیگه‌ای که اخیراً شناسایی شده اینه که رادیوم به گاز «رادون» تجزیه میشه که یک ماده‌ی سرطان‌زای شناخته‌شده است. (در یک مطالعه‌ی مرتبط، به «ساعت‌های نظامی جنگ جهانی دوم» به عنوان یک خطر بالقوه اشاره شده).

با این حال، صفحه‌ها و عقربه‌های رادیومی مزایای انکارناپذیری هم داشتن. حداقل تا وقتی که فسفرشون نسوخته بود، درخشش خیلی خوبی داشتن و برخلاف رنگ‌های شب‌نمای مدرن، برای درخشیدن در تاریکی نیازی به «شارژ شدن» با نور نداشتن. درخشش اون‌ها با گذشت شب کم نمی‌شد. این ویژگی به خصوص در کاربردهای نظامی خیلی مهم بود، جایی که شما واقعاً باید می‌تونستید ساعتتون رو ساعت ۴ صبح به همون راحتی بخونید که ساعت ۱۲ شب می‌خونید.

با وجود تمام خطرات، رنگ رادیومی برای دهه‌ها هیچ رقیب جدی‌ای نداشت. اما خطرات کار با رادیوم، به ویژه برای محصولات مصرفی و برای حفظ سلامت ساعت‌سازان و تولیدکنندگان صفحه، انگیزه‌ی بزرگی برای پیدا کردن یک راه‌حل بهتر بود.

هنر مصالحه: صفحه ساعت‌های تریتیومی

آگاهی روزافزون از مشکلات کار با رنگ رادیومی، به تحقیقات جدی برای پیدا کردن یه جایگزین امن‌تر منجر شد. قدم بزرگ بعدی در دنیای رنگ‌های شب‌نما برای ساعت‌سازی، معرفی «تریتیوم» بود که یک ایزوتوپ رادیواکتیو از هیدروژنه. اولین استفاده از تریتیوم در دهه‌ی ۱۹۵۰ و در سلاح‌های هسته‌ای بود، جایی که برای افزایش قدرت انفجاری بمب‌های شکافت و همجوشی به کار می‌رفت.

تریتیوم هم مثل رادیوم رادیواکتیوه، اما کار باهاش خیلی امن‌تره. دلیلش هم سطح پایین‌تر تشعشعات و این واقعیته که عمدتاً ذرات بتا از خودش ساطع می‌کنه که یه لایه پارچه یا حتی بدنه‌ی ساعت می‌تونه جلوشون رو بگیره. نیمه‌عمرش هم خیلی سریع‌تر از رادیومه؛ فقط ۱۲.۳۳ سال. این باعث میشه در درازمدت خطر خیلی کمتری داشته باشه. صنعت ساعت‌سازی از دهه‌ی ۱۹۶۰ شروع به جایگزین کردن رادیوم با تریتیوم کرد. ساعت‌هایی که صفحه‌ی تریتیومی دارن معمولاً با عبارت «T Swiss Made T» یا «T<25» مشخص میشن (مورد دوم یعنی تشعشع اون کمتر از ۲۵ میلی‌کوریه). تریتیوم هنوز هم در لوله‌های شیشه‌ای مهر و موم شده که داخلشون با فسفر پوشونده شده، برای مگسک اسلحه‌ها و تابلوهای خروج اضطراری خودنور استفاده میشه.

تنها مشکل واقعی تریتیوم – غیر از اینکه هنوز کمی خطر رادیواکتیو داره – اینه که نیمه‌عمر کوتاهش باعث میشه درخشش اون فقط بعد از چند سال به طور محسوسی کم بشه. در دوران تریتیوم، اگه ساعتی به طور منظم برای سرویس فرستاده می‌شد، این مشکل بزرگی نبود چون صفحه و عقربه‌ها به راحتی با نمونه‌های نو تعویض می‌شدن. اما کاهش محسوس روشنایی و همچنین دور ریختن قطعات تریتیومی که باید به عنوان زباله‌ی رادیواکتیو مدیریت می‌شدن، همچنان یک مسئله بود. رنگ تریتیوم هم مثل رادیوم، «خودنور» بود و حداقل در ابتدا، در تمام طول شب به طور یکنواخت می‌درخشید، اما جستجو برای یک راه‌حل با خطرات بالقوه‌ی کمتر همچنان ادامه داشت.

نموتو، لومینوا و سوپرلومینوا

مواد شب‌نمای رادیومی و تریتیومی – و البته رنگ‌های دیگه‌ای که بر پایه‌ی «پرومتیوم» ساخته شده بودن و مزایا و معایب مشابه تریتیوم رو داشتن – همگی به یک شکل کار می‌کردن: تشعشعات ناشی از تجزیه‌ی ماده‌ی رادیواکتیو، باعث میشد الکترون‌های اتم فسفر به طور موقت به سطح انرژی بالاتری برن. وقتی الکترون به حالت پایه‌ی خودش برمی‌گشت، یک فوتون آزاد می‌کرد و انرژی اضافی جذب‌شده رو تخلیه می‌کرد. اگه این فوتون در طیف نور مرئی بود، فسفر می‌درخشید.

اما در سال ۱۹۹۳، ماده‌ای که قرار بود صنعت ساعت رو متحول کنه، در شرکت «نموتو و شرکا» (Nemoto & Co) در ژاپن کشف شد. این شرکت در سال ۱۹۴۱ توسط کنزو نموتو به عنوان تأمین‌کننده‌ی رنگ‌های شب‌نما تأسیس شده بود و فعالانه در حال تحقیق روی مواد امن‌تر و غیررادیواکتیو بود. یکی از این مواد، ترکیبی به نام «استرونتیوم آلومینات» (strontium aluminate) بود.

استرونتیوم آلومینات یهویی از ناکجاآباد پیدا نشد. محققان در شرکت نموتو و جاهای دیگه، در حال آزمایش این ماده و مواد احتمالی دیگه به عنوان جایگزینی بهتر برای رنگ‌های مبتنی بر سولفید روی بودن. رنگ‌های سولفید روی یک مزیت بزرگ نسبت به رادیوم و تریتیوم داشتن: رادیواکتیو نبودن. اما برای صفحه‌ی ساعت و ابزارهای دقیق واقعاً راضی‌کننده نبودن، چون هم درخشش ضعیفی داشتن و هم خیلی زود خاموش می‌شدن.

مواد «فسفرسانس» (Phosphorescent) موادی هستن که اول باید در معرض نور قرار بگیرن تا بعداً در تاریکی بدرخشن. این مواد با مواد «فلورسانس» (Fluorescent) تفاوت دارن. مواد فلورسانس وقتی در معرض نور (مثلاً نور فرابنفش) قرار می‌گیرن به شدت می‌درخشن، اما به محض قطع شدن نور، خاموش میشن و هیچ «پس‌تابی» ندارن (مثل پوسترهای بلک‌لایت که در دهه‌ی ۷۰ میلادی دکور محبوب اتاق‌ها بودن). تفاوت اصلی اینه که مواد فلورسانس تمام انرژی نوری ذخیره‌شده رو تقریباً بلافاصله آزاد می‌کنن (حدود ۱۰ نانوثانیه).

اما مواد فسفرسانس، انرژی ذخیره‌شده رو خیلی آهسته‌تر آزاد می‌کنن. ترفند اصلی اینه که ماده‌ای داشته باشیم که ساختار بلوری‌اش بتونه الکترون‌های پرانرژی رو به دام بندازه. این الکترون‌های به دام افتاده نمی‌تونن به حالت انرژی پایین‌تر برگردن، مگر اینکه تغییرات حرارتی تصادفی اون‌ها رو آزاد کنه. در نتیجه، رنگ‌های فسفرسانس می‌تونن تا ساعت‌ها بعد از شارژ شدن با نور بدرخشن، هرچند که درخشش اون‌ها به تدریج کم میشه.

وقتی به استرونتیوم آلومینات، عناصر خاکی کمیاب مثل «یوروپیوم» و «دیسپروزیوم» اضافه می‌کنید (اصطلاحاً «دوپینگ» می‌کنید)، یک ساختار بلوری شکل می‌گیره که الکترون‌های شارژ شده رو به طور فوق‌العاده‌ای به دام میندازه. رنگ‌های شب‌نمای استرونتیوم آلومینات با نور فرابنفش «شارژ» میشن و نوری در طیف مرئی ساطع می‌کنن – اغلب به رنگ سبز، هرچند رنگ‌های دیگه‌ای هم میشه تولید کرد.

به لطف محققان شرکت نموتو، این شرکت در سال ۱۹۹۴ حق ثبت اختراع ماده‌ی شب‌نمای جدیدش رو دریافت کرد. و در سال ۱۹۹۸، نموتو یک سرمایه‌گذاری مشترک با شرکت سوئیسی «RC Tritec AG» تشکیل داد. این شرکت سوئیسی که قبلاً تولیدکننده‌ی رنگدانه‌های رادیومی و بعد تریتیومی برای صنعت ساعت سوئیس بود، حالا با این همکاری، نام تجاری «سوپرلومینوا» (Super-LumiNova) متولد شد.

ساختن جادو: سوپرلومینوا چطور ساخته میشه؟

استرونتیوم آلومینات از نظر فنی یک نوع سرامیکه و تبدیل مواد اولیه به سوپرلومینوا یک فرآیند فوق‌العاده پیچیده‌ست. همه چیز با پختن مواد اولیه در کوره‌ای با دمای ۱۵۰۰ درجه سانتی‌گراد شروع میشه. البته قبلش، پودرهای خام با دقت خالص‌سازی میشن، چون هرگونه ناخالصی مانع از تشکیل ساختار بلوری صحیح میشه.

پودر خام اولیه شب‌نما نیست، اما فرآیند پختن باعث میشه پودرها ذوب و با هم ترکیب بشن و یک ساختار بلوری جدید بسازن و دقیقاً در همین مرحله‌ست که خاصیت فسفرسانس پیدا می‌کنه. ماده‌ی سرامیکی پخته‌شده به صورت بلوک‌های زبر از کوره بیرون میاد.

مرحله‌ی بعد، آسیاب کردن این بلوک‌ها به پودریه که به اندازه‌ی کافی برای استفاده در رنگدانه، ریز باشه. فرآیند آسیاب کردن کُنده و در هر مرحله باید مراقب بود تا از آلودگی جلوگیری بشه و بلوک‌ها به پودری با غلظت یکنواخت تبدیل بشن. استرونتیوم آلومینات به شدت سخته – سختی‌اش در مقیاس موس ۹ هست، در حالی که الماس ۱۰ئه! همین سختی زیاد یکی از دلایلی بود که در ابتدا فکر می‌کردن نمیشه ازش به عنوان پایه‌ی رنگدانه استفاده کرد، تا اینکه مشکلات تولید حل شد.

وقتی رنگدانه‌های آسیاب‌شده الک و بر اساس اندازه‌ی دانه دسته‌بندی شدن، از نظر میزان خروجی نور و رنگ کنترل میشن. (اگه دوست دارید نگاهی به داخل شرکت RC Tritec بندازید، مقاله‌ی “Making Swiss Super-LumiNova” در سایت The Naked Watchmaker رو از دست ندید).

شرکت RC Tritec می‌تونه سوپرلومینوا (SLN) رو در گریدهای مختلفی تولید کنه؛ در حال حاضر بالاترین گرید با طولانی‌ترین پس‌تاب و قوی‌ترین درخشش، SLN X2 نام داره. اون‌ها می‌تونن سوپرلومینوا رو تقریباً در هر رنگ پنتونی بسازن، اما قدرت پس‌تاب بسته به رنگ رنگدانه تغییر می‌کنه – سبز روشن‌ترین درخشش رو داره و قرمز تیره، کم‌نورترینه.

همین ماده‌ی پایه با نام‌های تجاری دیگه‌ای مثل «لومی‌برایت» (LumiBrite) هم خارج از سوئیس موجوده، اما شیمی و فیزیک پایه‌ی انتشار نور در همه‌ی اون‌ها یکسانه.

سوپرلومینوا و آینده‌ی طراحی ساعت

حالا ساعت شما واقعاً چقدر روشن میشه؟ این به گرید سوپرلومینوای استفاده‌شده و ضخامت لایه‌ای که به کار رفته بستگی داره. به طور کلی، هر چی ضخیم‌تر، بهتر؛ هرچند یه جایی به بعد، لایه‌های بالایی رنگدانه اونقدر نور فرابنفش رو جذب می‌کنن که لایه‌های پایینی درست شارژ نمیشن. اما به عنوان یه قانون کلی، هر چه میزان لوم (هم از نظر عمق و هم عرض) بیشتر باشه، بهتره.

سوپرلومینوا – و منظور ما به طور کلی تمام مواد شب‌نمای مبتنی بر استرونتیوم آلومیناته – یه جورایی راه‌حل ایده‌آل برای مشکل قدیمی تشخیص زمان در شبه. کاملاً غیررادیواکتیوه؛ پس‌تابی که تولید می‌کنه، اگه درست شارژ بشه، طولانی‌مدته (هرچند به مرور زمان کم‌نور میشه)؛ و شاید مهم‌تر از همه، به نظر میرسه که برای همیشه دوام میاره. میشه بارها و بارها شارژش کرد بدون اینکه هیچ افتی در خاصیت فتولومینسانسش به وجود بیاد.

تنها نکته‌ی قابل توجه اینه که قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض رطوبت بالا یا تماس مستقیم با آب می‌تونه بهش آسیب بزنه، که البته این موضوع در مورد بیشتر قطعات داخلی یک ساعت هم صادقه.

این دوام و ماندگاری به این معنیه که حالا میشه از لوم به عنوان یک عنصر طراحی به روش‌هایی استفاده کرد که قبل از ظهور مواد مبتنی بر استرونتیوم آلومینات ممکن نبود. میشه اون رو در بزل (زه چرخان) یا حتی بدنه‌ی ساعت به کار برد (کاری که IWC انجام داده) و بدون ترس از محو شدن یا خراب شدن، به عنوان یک ویژگی ذاتی در طراحی ازش استفاده کرد.

یکی از برجسته‌ترین کاربردهای لوم در ساعت‌های شب نما به عنوان عنصر طراحی امروز، احتمالاً در ساعت‌های برند «مینگ» (MING) دیده میشه. برای این برند، لوم در تمام طراحی‌ها، از مدل اولیه‌ی 17.01 تا آخرین مدل 20.01، نقشی حیاتی داره. مدل آخر، یک صفحه‌ی یاقوت کبود حکاکی‌شده با لیزر داره که ۶۰۰ «حفره»‌ی مجزا رو شامل میشه و هر کدوم از این حفره‌ها با دست توسط سوپرلومینوا پر شدن. نتیجه، چیزیه که حتی خود «برگه» هم در wildest dreams (رویاپردازانه‌ترین خیال‌هاش) نمی‌تونست تصور کنه.