gázkisülés
(nem önfenntartó gázkisülés, önfenntartó kisülés, parázsfény kisülés, glimm-kisülés, ívkisülés)

Elektromos áram áthaladása gázzal töltött téren és az ezt kísérő elektromos-, hő-, fény-, kémiai és mechanikai jelenségek.

A gyakorlatban a különböző gázkisüléses fényforrásokban (pl. fénycső, higanygőzlámpa, stb.) alkalmazzák.

A gázkisülés tulajdonságai az ábra szerinti kapcsolásban tanulmányozhatók.
A külső áramforrás (U_be) árama áthalad a változtatható ellenálláson (R).
Az U, I feszültséggel és árammal jellemzett elektromos gerjesztés az E1 és E2 elektródákkal rendelkező gázkisülő térben hozza létre a gázkisülést.

A légkörben mindig jelen van néhány szabad elektron és pozitív ion (kozmikus sugárzás és radioaktív gerjesztés). Az U_be feszültség hatására megindul a csövön át az áram.
A töltéshordozók ütközései közötti, úgynevezett szabad úthossza függ a kisülőcsőben uralkodó nyomástól. A nyomást csökkentve a szabad úthossz nő.

Adott kis nyomás esetén viszonylag kis feszültségnél elérhető, hogy a gáztérben lévő töltéshordozók eljussanak az elektródákhoz, ekkor a feszültség további kis mértékű növelésének hatására először nem nő az áram.

A gázkisülés sematikus áram-feszültség diagramja

A feszültséget tovább növelve ismét nő az áram, a növekvő térerősségben gyorsuló töltéshordozók újabb elektron-ion párokat hoznak létre, ionizálják a gázt. Ez a nem önfenntartó gázkisülés tartománya.
Az áramerősséget tovább növelve a lavinaszerű ionizációk száma annyira megnő, hogy önfenntartó kisülés alakul ki.
Ezen átmeneti tartományhoz csatlakozik a parázsfény kisülés, vagy glimm-kisülés tartománya: a katód előtt az ionizált töltések egy része rekombinál, s létrehozza a parázsfény kisülést.
Az áramsűrűséget tovább növelve a katód felmelegszik, termikus emissziója megnő és az önfenntartó kisülés újabb fázisa, az ívkisülés alakul ki.
Ha külső áramköri elemmel (előtét-ellenállás vagy váltakozó áram esetén fojtótekercs) nem korlátozzák az áramerősséget, az ívkisülés áramsűrűsége minden határon túl nő és tönkreteszi a berendezést.
Megfelelő előtéttel korlátozva az áramot egyensúlyi állapot alakulhat ki az ívkisülésben.

Hosszabb kisülőcső esetén a feszültségesés zöme a katód előtti térrészre koncentrálódik (itt gyorsulnak az ionok, hogy a katódba becsapódva azt felmelegítsék és újabb elektronemissziót hozzanak létre), kisebb feszültségesést jelentkezik az anód előtt, mivel az elektronok és pozitív ionok mozgási sebessége különböző és ez azok szegregációjához vezet.

A cső hossztengelyének legnagyobb részén az elektron és pozitív ion koncentráció közel azonos, azaz kifelé semleges a rendszer.
Ezt a gázállapotot hívják plazmának. A plazmában ionizált gázrészecskéken kívül gerjesztett gázrészecskék is vannak, melyek az alapállapotba visszatérve fotont emittálnak. (A gázkisülő lámpákban ezt a fotonemissziót használják fel fénykeltésre.)

Felhasznált irodalom