Электрические разряды в газах

Га́зовый разря́д — совокупность процессов, возникающих при протекании электрического тока через вещество, находящееся в газообразном состоянии. Обычно протекание тока становится возможным только после достаточной ионизации газа и образования плазмы. Ионизация происходит за счёт столкновений электронов, ускорившихся в электромагнитном поле, с атомами газа. При этом возникает лавинное увеличение числа заряженных частиц, поскольку в процессе ионизации образуются новые электроны, которые тоже после ускорения начинают участвовать в соударениях с атомами, вызывая их ионизацию. Для возникновения и поддержания газового разряда требуется существование электрического поля, так как плазма может существовать только если электроны приобретают во внешнем поле энергию, достаточную для ионизации атомов, и количество образованных ионов превышает число рекомбинировавших ионов.

Если для существования газового разряда необходима дополнительная ионизация за счёт внешних источников (например, при помощи ионизирующих излучений), то газовый разряд называется несамостоятельным (такие разряды используются в счётчиках Гейгера).

Для осуществления газового разряда применяют как постоянные во времени, так и переменные электрические поля.

Применения газового разряда

• Дуговой разряд для сварки и освещения.
• Тлеющий разряд как источник света в люминесцентных лампах и плазменных экранах.
• Искровой разряд для зажигания рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания.
• Коронный разряд для очистки газов от пыли и других загрязнений, для диагностики состояния конструкций.
• Плазмотроны для резки и сварки.
• Разряды для накачки лазеров, например гелий-неонового лазера, азотного лазера, эксимерных лазеров и т.д.

А также

• в счётчике Гейгера,
• в ионизационных вакуумметрах,
• в тиратронах,
• в крайтронах,
• в гейслеровой трубке.

Цвета тлеющих разрядов в различных газах

Газовый разряд в некоторых газах вызывают излучение видимого света, спектр которого зависит от использованного газа.

Газ	Цвет	Примечания
Гелий	Бело-оранжевый; при некоторых условиях может иметь серый, зеленовато-голубой или голубой оттенок	Используется художниками для специального освещения.
Неон	Красно-оранжевый	Яркое свечение. Часто используется в неоновых рекламных знаках и в неоновых лампах
Аргон	Фиолетово-голубой	Часто применяется совместно с парами ртути
Криптон	Сероватый тусклый грязно-белый. Может быть зеленоватым. В разрядах высокого напряжения яркий синевато-белый.	Используется художниками для специального освещения.
Ксенон	Сероватый или синевато-серый тусклый белый, в разрядах высокого напряжения в высоких пиковых потоках, очень яркий синевато-зелёный.	Используется в xenon flash lamps, xenon HID headlamps и xenon arc lamps, а также художниками для специального освещения.
Азот	Аналогично аргону, тусклее, с оттенком розового. В разрядах высокого напряжения, яркий сине-белый, белее аргона.
Кислород	Бледный фиолетово-лиловый, тусклее аргона.
Водород	Бледно-лиловый в разрядах низкого напряжения, розовато-красный пр разрядах более 10 миллиампер.
Водяной пар	Аналогично водороду. Менее яркое свечение
Диоксид азота	Слабый синевато-белый, в разрядах низкого напряжения ярче ксенона.
Пары ртути	Светло-голубой; интенсивное ультрафиолетовое излучение	В сочетании с люминофорами используется для получения света разных цветов. Широко используется во ртутных газоразрядных лампах
Пары натрия	Ярко жёлтый	Широко используется в натриевых газоразрядных лампах.

Гелий	Неон	Аргон	Криптон
Ксенон

Моделирование газового разряда

На сегодняшний день проблема компьютерного моделирования процессов, происходящих в газовом разряде до конца не решена. Существуют лишь приближенные методы решения этой задачи. Одним из них является приближение Фоккера-Планка.

См. также

Закон Пашена