Žhavicí výboj

nejjednodušším typem žhavicího výboje je stejnosměrný žhavý výboj. Ve své nejjednodušší formě, skládá se ze dvou elektrod v cele držen na nízký tlak (0.1–10 torr; asi 1/10000: 1/100th atmosférický tlak). Nízký tlak se používá ke zvýšení střední volná dráha; pro pevné elektrické pole, delší střední volná dráha umožňuje nabité částice získají více energie, než se srazí s jinou částicí. Buňka je obvykle naplněna neonem, ale lze použít i jiné plyny. Mezi oběma elektrodami je aplikován elektrický potenciál několika set voltů. Malá část populace atomů v buňce je zpočátku ionizována náhodnými procesy, jako jsou tepelné srážky mezi atomy nebo gama paprsky. Pozitivní ionty jsou poháněny směrem ke katodě elektrickým potenciálem a elektrony jsou poháněny směrem k anodě stejným potenciálem. Počáteční populace iontů a elektronů se srazí s jinými atomy, které je vzrušují nebo ionizují. Dokud je potenciál zachován, zůstává populace iontů a elektronů.

sekundární emiseedit

část kinetické energie iontů se přenáší na katodu. K tomu dochází částečně prostřednictvím iontů, které přímo zasahují katodu. Primární mechanismus je však méně přímý. Ionty zasáhnou početnější atomy neutrálního plynu a přenesou na ně část své energie. Tyto neutrální atomy pak zasáhnou katodu. Podle toho, co druhy (ionty nebo atomy) strike katody, kolize v katodě šířit tuto energii, což vede elektrony, vyvržené z katody. Tento proces je známý jako sekundární emise elektronů. Jakmile je elektrické pole bez katody, urychluje elektrony do většiny žhavicího výboje. Atomy pak mohou být excitovány srážkami s ionty, elektrony nebo jinými atomy, které byly dříve excitovány srážkami.

výroba Světlaedit

jakmile budou atomy vzrušeny, ztratí svou energii poměrně rychle. Z různých způsobů, jak může být tato energie ztracena, je nejdůležitější radiativně, což znamená, že se uvolní foton, který energii odvede. V optické atomové spektroskopii lze vlnovou délku tohoto fotonu použít k určení identity atomu(tj. Některé kolize (srážky s dostatečně vysokou energií) způsobí ionizaci. V atomové hmotnostní spektrometrii jsou tyto ionty detekovány. Jejich hmotnost identifikuje typ atomů a jejich množství odhaluje množství tohoto prvku ve vzorku.

RegionsEdit

ilustrace vpravo ukazuje hlavní oblasti, které mohou být přítomny v doutnavý výboj. Oblasti popsané jako „záře“ vyzařují významné světlo; oblasti označené jako „tmavé prostory“ ne. S tím, jak se výboj prodlužuje (tj. vodorovně natažený v geometrii ilustrací), může se kladný sloupec pruhovat. To znamená, že se mohou vytvářet střídavé tmavé a světlé oblasti. Vodorovné stlačení výboje bude mít za následek méně oblastí. Kladný sloupec bude komprimován, zatímco záporná záře zůstane stejná velikost a při dostatečně malých mezerách pozitivní sloupec úplně zmizí. V analytickém žhavicím výboji je výboj primárně negativní záře s tmavou oblastí nad a pod ní.

katodová vrstvaeditovat

katodová vrstva začíná tmavým prostorem Aston a končí oblastí záporné záře. Katodová vrstva se zkracuje se zvýšeným tlakem plynu. Katodová vrstva má kladný prostorový náboj a silné elektrické pole.

Aston dark spaceEdit

elektrony opouštějí katodu s energií asi 1 eV, což nestačí k ionizaci nebo excitaci atomů a zanechává tenkou tmavou vrstvu vedle katody.

Katoda glowEdit

Elektrony z katody nakonec dosáhnout dostatek energie k vybuzení atomů. Tyto excitované atomy rychle spadnou zpět do základního stavu a vyzařují světlo při vlnové délce odpovídající rozdílu mezi energetickými pásy atomů. Tato záře je vidět velmi blízko katody.

Katoda tmavě spaceEdit

Jak elektrony z katody získat více energie, mají tendenci k ionizaci, spíše než excitaci atomů. Excitované atomy rychle spadnou zpět na úroveň země emitující světlo, nicméně, když jsou atomy ionizovány, opačné náboje jsou odděleny, a ne okamžitě rekombinovat. To má za následek více iontů a elektronů, ale žádné světlo. Tato oblast se někdy nazývá Crookesova temného prostoru, a někdy se označuje jako katoda na podzim, protože největší pokles napětí v trubici vyskytuje v tomto regionu.

Negativní glowEdit

ionizace v katodě tmavý prostor za následek vysoké elektronové hustoty, ale pomalejší elektrony, takže je snazší pro elektrony rekombinují s kladnými ionty, což vede k intenzivní světlo, a to prostřednictvím procesu tzv. brzdné záření.

Faraday dark spaceEdit

Jak elektrony, aby ztrátu energie, méně světla, což v jiném tmavém prostoru.

anodová vrstvaeditovat

anodová vrstva začíná kladným sloupcem a končí anodou. Anodová vrstva má záporný prostorový náboj a mírné elektrické pole.

kladný sloupeceditovat

s menším počtem iontů se elektrické pole zvyšuje, což má za následek elektrony s energií asi 2 eV, což stačí k excitaci atomů a produkci světla. U delších výbojkových trubek je delší prostor obsazen delším kladným sloupcem, zatímco vrstva katody zůstává stejná. Například u neonového znamení zaujímá kladný sloupec téměř celou délku trubice.

anoda glowEdit

zvýšení elektrického pole vede k záři anody.

anodová tmavá mezera

méně elektronů má za následek další tmavý prostor.

Striationedit

pásy střídavého světla a tmy v kladném sloupci se nazývají striations. Rýhy se vyskytují, protože atomy mohou absorbovat nebo uvolňovat pouze diskrétní množství energie, když se elektrony pohybují z jedné kvantové úrovně na druhou. Účinek byl vysvětlen Franckem a Hertzem v roce 1914.

SputteringEdit

kromě toho způsobuje sekundární emise, pozitivní ionty mohou udeřit katody s dostatečnou silou, aby vysunout částice materiálu, z něhož je katoda je vyrobena. Tento proces se nazývá naprašování a postupně ablates katodu. Naprašování je užitečné při použití spektroskopie k analýze složení katody, jak je tomu v optické emisní spektroskopii s žhavým výbojem.

rozprašování však není žádoucí, pokud se pro osvětlení používá žhavý výboj, protože zkracuje životnost lampy. Například, neonové značky mají duté katody navržené tak, aby minimalizovaly rozprašování, a obsahují uhlí pro nepřetržité odstraňování nežádoucích iontů a atomů.

nosný plynedit

v souvislosti s rozprašováním se plyn v trubici nazývá „nosný plyn“, protože nese částice z katody.

barevný rozdíledit

kvůli rozprašování na katodě jsou barvy vyzařované z oblastí v blízkosti katody zcela odlišné od anody. Částice prskal z katody jsou nadšeni a emitují záření z kovů a oxidů, které tvoří katodu. Záření z těchto částic kombinuje s záření z excitovaného nosného plynu, přičemž katoda regionu bílé nebo modré barvy, zatímco ve zbytku trubky, záření je pouze z nosného plynu a má tendenci být více jednobarevné.

elektrony v blízkosti katody jsou méně energetické než zbytek trubice. Okolí katody je záporné pole, které zpomaluje elektrony, když jsou vysunuty z povrchu. Pouze ty elektrony s nejvyšší rychlostí jsou schopny uniknout z tohoto pole a ty, které nemají dostatek kinetické energie, jsou staženy zpět do katody. Jakmile je mimo záporné pole, přitažlivost z pozitivního pole začne tyto elektrony zrychlovat směrem k anodě. Během tohoto zrychlení elektronů se vychýlí a zpomalil tím, že pozitivní ionty letící směrem ke katodě, který, podle pořadí, produkuje světlé modro-bílé brzdné záření v negativní záře regionu.