Kaasupurkaus

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 27. elokuuta 2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 4 muokkausta .

Kaasupurkaus  on joukko prosesseja, jotka tapahtuvat, kun sähkövirta kulkee kaasujen läpi. Yleensä huomattavan virran virtaus tulee mahdolliseksi vasta kaasun riittävän ionisoitumisen ja plasman muodostumisen jälkeen .

Ionisaatiota voi tapahtua erityisesti sähkökentässä kiihdytettyjen elektronien törmäysten seurauksena kaasun atomien tai molekyylien kanssa . Tässä tapauksessa tapahtuu varautuneiden hiukkasten lukumäärän lumivyöry, koska iskuionisaatioprosessissa muodostuu uusia elektroneja, jotka kiihdytyksen jälkeen alkavat myös osallistua törmäyksiin atomien kanssa, mikä aiheuttaa niiden ionisaation.

Toinen mahdollinen syy kaasun ionisaatioon voi olla voimakas sähkökenttä (kipinäpurkaus) tai korkea lämpötila (kaaripurkaus). Vakaan kaasupurkauksen syntymiseen ja ylläpitämiseen tarvitaan sähkökenttä , koska kylmä plasma on olemassa, jos elektronit hankkivat energiaa ulkoisessa kentässä, joka on riittävä ionisoimaan atomeja ja vasta muodostuneiden ionien määrä ylittää rekombinoituneiden ionien määrän.

Jos lisäionisaatiota tarvitaan ulkoisista lähteistä johtuvan kaasupurkauksen olemassaoloon (esimerkiksi käyttämällä ionisoivaa säteilyä ), kaasupurkausta kutsutaan ei-itsesävyttäväksi (tällaisia ​​purkauksia käytetään Geiger-laskureissa ).

Kaasupurkauksen toteuttamiseen käytetään sekä aikavakiota että vaihtuvaa sähkökenttää.

Kun kaasu purkautuu, syntyy sähkötuuli, eli kaasun liike, joka aiheutuu ionien mukanaan tuomasta kaasumolekyylistä. Helpoin tapa havaita sähkötuuli, kun se puretaan kärjestä ilmassa normaalipaineessa [1] . Tämä tuuli voi aiheuttaa paperiliuskan, kynttilän liekin, savupiipun jne. taipumisen.

Kaasupurkauksen sovellukset

Yhtä hyvin kuin:

Kaasupäästöjen luokitus [2]

Purkaukset voidaan jakaa itsenäisiin ja ei-riippumattomiin.

Ei-itsevirtaava purkaus on purkaus, joka tarvitsee ulkoisen ionisaattorin.

Itsepurkaus - purkaus, joka ei vaadi ulkoista ionisaattoria.

Kaasupurkausten luokittelu perustuu kahteen ominaisuuteen: ionisoidun kaasun tilaan ja käytetyn kentän taajuusalueeseen.

Ensimmäisen merkin mukaan he erottavat:

  1. Kaasun hajoaminen.
  2. Epätasapainoisen plasman ylläpito.
  3. Plasman tasapainon ylläpito.

Kenttätaajuuden mukaan:

  1. Jatkuvat, matalataajuiset ja ei liian lyhytaikaiset impulsiiviset kentät.
  2. Korkeataajuiset (radiotaajuus) kentät (taajuudet f = 10 5 - 10 8 Hz).
  3. Mikroaalto (mikroaalto) kentät ( f = 10 9 - 10 11 Hz, aallonpituus cm).
  4. Optinen (kaukoinfrapunasta ultraviolettiin).
Kaasupäästöjen luokitukseen (Yu.P. Raiserin mukaan)
taajuusalue

sovellettu kenttä

Ionisoidun kaasun tila
Hajota Ei-tasapainoinen plasma tasapainoinen plasma
Jatkuva ja matalataajuinen sähkökenttä Hehkupurkauksen syttyminen putkessa Positiivisen hehkun pylväs Korkeapaineinen kaaripositiivinen kolonni
HF RF-purkauksen syttyminen astioissa, joissa on harvinainen kaasu RF-kapasitiivinen purkaus harvinaisessa kaasussa Induktioplasma taskulamppu
mikroaaltouuni Vika aaltoputkissa ja resonaattoreissa Mikroaaltopurkaus harvinaisissa kaasuissa mikroaaltouuni plasma taskulamppu
Optinen alue Kaasujen hajoaminen lasersäteilyn vaikutuksesta Optisen hajoamisen viimeinen vaihe Jatkuva optinen purkaus

Purkaukset voidaan luokitella myös energiahäviömekanismien mukaan:

  1. Elektronien diffuusio seinillä ja pinnan rekombinaatio - Schottky-järjestelmä.
  2. Elektronien rekombinaation volumetriset mekanismit ja niiden energian menetys kaasulämmitykseen.
  3. Viritysenergian hajoamisen säteilymekanismit.
  4. Konvektiiviset häviöt kaasun pumppauksen aikana poistotilavuuden läpi.

Matalilla paineilla (1-10 Torr) ja ulkoisen piirin suurella sähkövastuksella, joka ei salli suuren virran kulkemista, hehkupurkaus syttyy . Sille on ominaista pienet virrat (10 -6 - 10 -1 A putkissa, joiden säde on 1 cm) ja merkittävät jännitteet (100 - 1000 V). Elektronin lämpötila on noin 1 - 10 eV, ionin lämpötila on hieman korkeampi kuin ympäristön lämpötila (300 K), eli plasma on termodynaamisesti epätasapainoinen.

Ilmakehän suuruisella paineella ja ulkoisen piirin alhaisella resistanssilla kaaripurkaus yleensä syttyy . Sille on ominaista suuret virrat (> 1 A), alhaiset jännitteet (kymmeniä voltteja). Elektronien ja ionien lämpötilat ovat suunnilleen 1 - 10 eV, eli plasma on termodynaamisessa tasapainossa.

Ilmakehän luokkaa olevilla paineilla, elektrodien välisellä etäisyydellä >10 cm ja suurilla kohdistetuilla kentillä syntyy kipinäpurkaus . Hajoaminen tapahtuu tässä tapauksessa plasmakanavan nopealla kasvulla yhdestä elektrodista toiseen, mitä seuraa piirin sulkeminen voimakkaasti ionisoidulla kipinäkanavalla. Esimerkki on salama .

Erittäin epähomogeenisilla kentillä, jotka eivät riitä hajottamaan koko aukkoa, tapahtuu koronapurkaus . Valaiseva korona ilmestyy kärkiin, joissa kentän tiheys on suurempi.

Hehkupurkausvärit eri kaasuissa

Joidenkin kaasujen kaasupurkaukset aiheuttavat näkyvää valoa, jonka spektri riippuu käytetystä kaasusta.

Kaasu Väri Huomautuksia
Helium Valko-oranssi; joissakin olosuhteissa voi olla harmaa, vihertävän sininen tai sininen sävy Taiteilijoiden käyttämä erikoisvalaistukseen.
Neon veriappelsiini Kirkas hehku. Käytetään usein neonmainoskylteissä ja neonlampuissa
Argon Violetti sininen Käytetään usein yhdessä elohopeahöyrypurkauksen kanssa
Krypton Harmaan himmeän luonnonvalkoinen. Voi olla vihertävä. Korkeajännitepurkauksissa kirkkaan sinertävän valkoinen. Taiteilijoiden käyttämä erikoisvalaistukseen.
Xenon Harmaa tai sinertävän harmaa himmeän valkoinen, suurjännitepurkauksissa suurilla huippuvirroilla, erittäin kirkkaan sinivihreä. Käytetään xenon-taskulamoissa , merkkilampuissa, ksenonkaarilampuissa ja taiteilijoiden erikoisvalaistukseen.
Radon Sininen väri [3] . Ei voida käyttää stabiilien isotooppien puutteen vuoksi.
Typpi Argonin kaltainen, himmeämpi, hieman vaaleanpunaista. Korkeajännitepurkauksissa kirkkaan sinivalkoinen, valkoisempi kuin argon.
Happi Vaalean violetti-violetti, himmeämpi kuin argon.
Vety Laventeli pienjännitepurkauksissa, punertavan punainen yli 10 milliampeerin purkauksissa.
vesihöyry Samanlainen kuin vety. Vähemmän kirkas hehku
typpidioksidi Heikko sinertävän valkoinen, kirkkaampi kuin xenon pienjännitepurkauksissa.
Elohopeahöyry _ Vaaleansininen voimakkaalla ultraviolettisäteilyllä Yhdessä fosforien kanssa sitä käytetään tuottamaan eriväristä valoa. Käytetään laajasti elohopeapurkauslampuissa
Natriumhöyry _ Kirkkaan keltainen Käytetään laajasti natriumkaasupurkauskatulampuissa

Kaasupurkauksen simulointi

Kaasupurkauksessa tapahtuvien prosessien tietokonesimuloinnin ongelmaa ei ole täysin ratkaistu. On olemassa vain likimääräisiä menetelmiä tämän ongelman ratkaisemiseksi. Yksi niistä on Fokker-Planck-approksimaatio .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Sähkötuuli  // E - Sähköfoni. - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja , 1933, 1935. - Stb. 538-539. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [66 nidettä]  / päätoimittaja O. Yu. Schmidt  ; 1926-1947, v. 63).
  2. ↑ Juri Petrovitš Nostaja. Kaasunpurkauksen fysiikka. Ed. 3., lisää. ja tarkistettu .. - Dolgoprudny: Kustantaja "Intellect", 2009. - 736 s.
  3. ↑ OIL-GAS Library (pääsemätön linkki) . Haettu 15. helmikuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 15. helmikuuta 2015. 

Kirjallisuus

 Kaasupurkauslaitteet
zener-diodit
Lamppujen vaihto
Indikaattorit
Purkauslaitteet
  • ilmaa
  • Solenoidiventtiili
  • venttiili
  • Pitkä kipinä
Anturit
Kaasunpurkaustyypit _
muu