Тлеющий разряд
Тлеющий разряд представляет собой плазму , образующуюся при прохождении электрического тока через газ. Его часто создают путем приложения напряжения между двумя электродами в стеклянной трубке, содержащей газ низкого давления. Когда напряжение превышает значение, называемое ударным напряжением , ионизация газа становится самоподдерживающейся, и трубка светится цветным светом. Цвет зависит от используемого газа.
Тлеющие разряды используются в качестве источника света в таких устройствах, как неоновые лампы , люминесцентные лампы и плазменные телевизоры . Анализ света, производимого с помощью спектроскопии , может дать информацию о взаимодействиях атомов в газе, поэтому тлеющие разряды используются в физике плазмы и аналитической химии . Они также используются в технике обработки поверхности, называемой напылением .
Для проводимости в газе необходимы носители заряда, которыми могут быть как электроны, так и ионы. Носители заряда возникают в результате ионизации некоторых молекул газа. С точки зрения протекания тока тлеющий разряд находится между темным разрядом и дуговым разрядом.
Ниже напряжения пробоя свечение практически отсутствует, а электрическое поле однородно. Когда электрическое поле увеличивается настолько, что вызывает ионизацию, начинается разряд Таунсенда. При развитии тлеющего разряда электрическое поле значительно модифицируется присутствием положительных ионов; поле сосредоточено вблизи катода. Тлеющий разряд начинается как обычное свечение. С увеличением тока в свечение вовлекается большая часть поверхности катода. Когда ток увеличивается выше уровня, при котором задействована вся поверхность катода, разряд известен как аномальное свечение. Если ток увеличивается еще больше, вступают в действие другие факторы, и начинается дуговой разряд . [2]
Самый простой вид тлеющего разряда — тлеющий разряд постоянного тока . В своей простейшей форме он состоит из двух электродов в ячейке, находящейся под низким давлением (0,1–10 торр ; примерно от 1/10000 до 1/100 атмосферного давления). Низкое давление используется для увеличения длины свободного пробега ; для фиксированного электрического поля более длинная длина свободного пробега позволяет заряженной частице получить больше энергии перед столкновением с другой частицей. Ячейка обычно заполнена неоном, но могут использоваться и другие газы. Между двумя электродами прикладывается электрический потенциал в несколько сотен вольт. Небольшая часть популяции атомов внутри клетки изначально ионизирована .посредством случайных процессов, таких как тепловые столкновения между атомами или гамма-лучами . Положительные ионы движутся к катоду под действием электрического потенциала, а электроны под действием того же потенциала направляются к аноду . Начальная популяция ионов и электронов сталкивается с другими атомами, возбуждая или ионизируя их. Пока сохраняется потенциал, остается популяция ионов и электронов.
Часть кинетической энергии ионов передается катоду. Частично это происходит из-за прямого удара ионов о катод. Однако первичный механизм менее прямой. Ионы ударяются о более многочисленные нейтральные атомы газа, передавая им часть своей энергии. Затем эти нейтральные атомы ударяются о катод. Какие бы частицы (ионы или атомы) не ударялись о катод, столкновения внутри катода перераспределяют эту энергию, что приводит к выбросу электронов из катода. Этот процесс известен как вторичная электронная эмиссия. Освободившись от катода, электрическое поле ускоряет электроны в объеме тлеющего разряда. Затем атомы могут быть возбуждены столкновениями с ионами, электронами или другими атомами, которые ранее были возбуждены столкновениями.
A: случайные импульсы космического излучения
B: ток насыщения
C: лавинный разряд Таунсенда
D: самоподдерживающийся разряд Таунсенда
E: нестабильная область: коронный разряд
F: субнормальный тлеющий разряд
G: нормальный тлеющий разряд
H: аномальный тлеющий разряд
I: нестабильный область: переход тлеющей дуги
J: электрическая дуга
K: электрическая дуга
область A-D: темновой разряд ; происходит ионизация, ток ниже 10 мкА.
Область FH: тлеющий разряд ; плазма излучает слабое свечение.
ИК область: дуговой разряд; производится большое количество радиации.
