A gázkisülés olyan folyamatok összessége, amelyek akkor mennek végbe, amikor elektromos áram folyik át a gázokon. Általában csak a gáz megfelelő ionizációja és plazmaképződés után válik lehetővé az érzékelhető áram áramlása .
Az ionizáció különösen az elektromos térben felgyorsult elektronok ütközésének eredményeként fordulhat elő gáz atomjaival vagy molekuláival. Ebben az esetben a töltött részecskék számának lavina megsokszorozása következik be, mivel az ütközési ionizáció folyamatában új elektronok képződnek, amelyek gyorsulás után szintén részt vesznek az atomokkal való ütközésben, ami ionizációjukat okozza.
A gázionizáció másik lehetséges oka lehet a nagy elektromos tér (szikrakisülés) vagy a magas hőmérséklet (ívkisülés). A stabil gázkisülés kialakulásához és fenntartásához elektromos térre van szükség , mivel hideg plazma akkor létezik, ha az elektronok egy külső térben elegendő energiát szereznek az atomok ionizálásához, és az újonnan képződött ionok száma meghaladja a rekombinált ionok számát.
Ha további ionizációra van szükség a külső források miatti gázkisülés fennállásához (például ionizáló sugárzás használatával ), akkor a gázkisülést nem önfenntartónak nevezzük (az ilyen kisüléseket a Geiger-számlálók használják ).
A gázkisülés megvalósításához időben állandót és váltakozó elektromos mezőt is használnak.
Amikor egy gáz kisül, elektromos szél keletkezik, vagyis a gázmozgás, amelyet a gázmolekulák ionok általi bevonása okoz. A legegyszerűbb módja az elektromos szél észlelésének, amikor a csúcsból normál nyomáson levegőben távozik [1] . Ez a szél egy papírcsíkot, gyertyalángot, füstfoltot stb.
Szintén:
A kisülések független és nem független csoportokra oszthatók.
A nem önfenntartó kisülés olyan kisülés, amelyhez külső ionizátorra van szükség.
Önkisülés - olyan kisülés, amelyhez nincs szükség külső ionizátorra.
A gázkisülések osztályozása két jellemzőn alapul: az ionizált gáz állapotán és az alkalmazott tér frekvenciatartományán.
Az első jel szerint megkülönböztetik:
Mezőfrekvencia szerint:
| frekvenciatartomány
alkalmazott mező |
Az ionizált gáz állapota | ||
|---|---|---|---|
| Bontás | Nem egyensúlyi plazma | egyensúlyi plazma | |
| Állandó és alacsony frekvenciájú elektromos tér | Izzító kisülés gyújtása csőben | Pozitív fényű oszlop | Nagynyomású ív pozitív oszlop |
| HF | RF kisülés gyulladása ritkított gázt tartalmazó edényekben | RF kapacitív kisülés ritka gázban | Indukciós plazma zseblámpa |
| mikrohullámú sütő | Meghibásodás a hullámvezetőkben és a rezonátorokban | Mikrohullámú kisülések ritka gázokban | mikrohullámú plazma zseblámpa |
| Optikai tartomány | Gázok lebontása lézersugárzás hatására | Az optikai meghibásodás utolsó szakasza | Folyamatos optikai kisülés |
A kisüléseket az energiaveszteség mechanizmusa szerint is osztályozhatjuk:
Alacsony nyomáson (1-10 Torr) és a külső áramkör nagy elektromos ellenállásán, amely nem engedi meg nagy áramot, az izzító kisülés meggyullad . Kis áramok (10 -6 - 10 -1 A 1 cm sugarú csövekben) és jelentős feszültségek (100 - 1000 V) jellemzik. Az elektron hőmérséklete 1-10 eV, az ion hőmérséklete valamivel magasabb, mint a környezeti hőmérséklet (300 K), vagyis a plazma termodinamikailag nem egyensúlyi állapotú.
A légköri nagyságrendű nyomáson és a külső áramkör alacsony ellenállásán az ívkisülés általában meggyullad . Nagy áramerősség (>1 A), alacsony feszültség (tíz volt) jellemzi. Az elektronok és ionok hőmérséklete megközelítőleg 1-10 eV, vagyis a plazma termodinamikai egyensúlyban van.
Atmoszférikus nagyságrendű nyomáson, az elektródák közötti távolság >10 cm és a nagy alkalmazott mezők szikrakisülés lép fel . A meghibásodást ebben az esetben a plazmacsatorna egyik elektródáról a másikra való gyors növekedése okozza, amit az áramkör erősen ionizált szikracsatorna általi lezárása követ. Ilyen például a villámlás .
Erősen inhomogén mezőkön, amelyek nem elegendőek a teljes rés lebontásához, koronakisülés lép fel . A világító korona a csúcsokon jelenik meg, ahol nagyobb a térsűrűség.
Egyes gázok gázkisülései látható fény kibocsátását okozzák, amelynek spektruma a felhasznált gáztól függ.
| Gáz | Szín | Megjegyzések |
|---|---|---|
| Hélium | fehér-narancs; bizonyos körülmények között szürke, zöldeskék vagy kék árnyalatú lehet | A művészek speciális világításhoz használják. |
| Neon | piros narancs | Fényes ragyogás. Gyakran használják neon reklámtáblákban és neonlámpákban |
| Argon | Ibolya kék | Gyakran használják a higanygőz kisüléssel együtt |
| Kripton | Szürkés fakó törtfehér. Lehet zöldes. Nagyfeszültségű kisüléseknél élénk kékesfehér. | A művészek speciális világításhoz használják. |
| Xenon | Szürkés vagy kékesszürke tompa fehér, nagyfeszültségű kisülésekben nagy csúcsáramoknál, nagyon élénk kékeszöld. | Használják xenon zseblámpákban , jelzőlámpákban, xenon ívlámpákban és művészek speciális világításhoz. |
| Radon | Kék szín [3] . | Stabil izotópok hiánya miatt nem használható. |
| Nitrogén | Az argonhoz hasonló, halványabb, rózsaszín árnyalattal. Nagyfeszültségű kisülésekben élénk kék-fehér, fehérebb, mint az argon. | |
| Oxigén | Halvány lilás-lila, halványabb, mint az argon. | |
| Hidrogén | Alacsony feszültségű kisüléseknél levendula, 10 milliamper feletti kisüléseknél rózsaszínes vörös. | |
| vízpára | Hasonló a hidrogénhez. Kevésbé fényes fény | |
| nitrogén-dioxid | Gyenge kékesfehér, fényesebb, mint a xenon alacsony feszültségű kisüléseknél. | |
| Higanygőz _ | Világoskék, intenzív ultraibolya sugárzással | Fényporral kombinálva különböző színű fény előállítására szolgál. Széles körben használják higanykisülési lámpákban |
| Nátrium gőz | Világos sárga | Széles körben használják nátrium-gázkisüléses utcai lámpákban |
Hélium
Neon
Argon
Kripton
Xenon
A gázkisülésben lezajló folyamatok számítógépes szimulációjának problémája nem teljesen megoldott. A probléma megoldására csak hozzávetőleges módszerek léteznek. Az egyik a Fokker-Planck közelítés .
| Gázkisülési eszközök | ||
|---|---|---|
| zener diódák | ||
| Lámpák kapcsolása | ||
| Mutatók | ||
| Kisütők |
| |
| Érzékelők |
| |
| A gázkibocsátás típusai | ||
| Egyéb | ||