Glødudladning

den enkleste type glødudladning er en jævnstrøm glødudladning. I sin enkleste form består den af to elektroder i en celle, der holdes ved lavt tryk (0,1–10 torr; omkring 1/10000th til 1/100th atmosfærisk tryk). Et lavt tryk bruges til at øge den gennemsnitlige frie sti; for et fast elektrisk felt tillader en længere gennemsnitlig fri sti en ladet partikel at få mere energi, før den kolliderer med en anden partikel. Cellen er typisk fyldt med neon, men andre gasser kan også bruges. Et elektrisk potentiale på flere hundrede volt påføres mellem de to elektroder. En lille brøkdel af populationen af atomer i cellen ioniseres oprindeligt gennem tilfældige processer, såsom termiske kollisioner mellem atomer eller ved gammastråler. De positive ioner drives mod katoden af det elektriske potentiale, og elektronerne drives mod anoden med det samme potentiale. Den oprindelige population af ioner og elektroner kolliderer med andre atomer, spændende eller ioniserende dem. Så længe potentialet opretholdes, forbliver en population af ioner og elektroner.

sekundær emissionredit

nogle af ionernes kinetiske energi overføres til katoden. Dette sker delvist gennem ionerne, der rammer katoden direkte. Den primære mekanisme er imidlertid mindre direkte. Ioner rammer de mere talrige neutrale gasatomer og overfører en del af deres energi til dem. Disse neutrale atomer rammer derefter katoden. Uanset hvilken art (ioner eller atomer) der rammer katoden, omfordeler kollisioner inden i katoden denne energi, hvilket resulterer i elektroner, der udstødes fra katoden. Denne proces er kendt som sekundær elektronemission. Når det er fri for katoden, accelererer det elektriske felt elektroner ind i hovedparten af glødudladningen. Atomer kan derefter ophidses ved kollisioner med ioner, elektroner eller andre atomer, der tidligere er blevet ophidset af kollisioner.

Lysproduktionredit

når atomerne er ophidset, mister de deres energi ret hurtigt. Af de forskellige måder, hvorpå denne energi kan gå tabt, er det vigtigste radiativt, hvilket betyder, at en foton frigives for at bære energien væk. I optisk atomspektroskopi kan bølgelængden af denne foton bruges til at bestemme atomets identitet (det vil sige hvilket kemisk element det er), og antallet af fotoner er direkte proportional med koncentrationen af dette element i prøven. Nogle kollisioner (dem med høj nok energi) vil forårsage ionisering. I atommassespektrometri detekteres disse ioner. Deres masse identificerer typen af atomer, og deres mængde afslører mængden af dette element i prøven.

RegionsEdit

illustrationerne til højre viser de vigtigste områder, der kan være til stede i en glødudladning. Regioner beskrevet som” gløder “udsender signifikant lys; regioner mærket som” mørke rum ” gør det ikke. Efterhånden som udledningen bliver mere udvidet (dvs.strakt vandret i illustrationernes geometri), kan den positive søjle blive stribet. Det vil sige, at skiftende mørke og lyse regioner kan danne sig. Komprimering af udledningen vandret vil resultere i færre regioner. Den positive søjle komprimeres, mens den negative glød forbliver den samme størrelse, og med små nok huller forsvinder den positive søjle helt. I en analytisk glødudladning er udledningen primært en negativ glød med mørkt område over og under det.

Katodelagredit

katodelaget begynder med Astons mørke rum og slutter med det negative glødområde. Katodelaget forkortes med øget gastryk. Katodelaget har en positiv rumladning og et stærkt elektrisk felt.

Aston dark spaceEdit

elektroner forlader katoden med en energi på omkring 1 eV, hvilket ikke er nok til at ionisere eller ophidse atomer, hvilket efterlader et tyndt mørkt lag ved siden af katoden.

katode glødedit

elektroner fra katoden opnår til sidst nok energi til at begejstre atomer. Disse ophidsede atomer falder hurtigt tilbage til jordtilstanden og udsender lys ved en bølgelængde svarende til forskellen mellem atomernes energibånd. Denne glød ses meget tæt på katoden.

katode mørkt rumrediger

da elektroner fra katoden får mere energi, har de en tendens til at ionisere snarere end ophidse atomer. Spændte atomer falder hurtigt tilbage til jordoverfladen, der udsender lys, men når atomer ioniseres, adskilles de modsatte ladninger og rekombineres ikke straks. Dette resulterer i flere ioner og elektroner, men intet lys. Denne region kaldes undertiden Crookes mørke rum og kaldes undertiden katodefaldet, fordi det største spændingsfald i røret forekommer i denne region.

negativ glødedit

ioniseringen i det katode mørke rum resulterer i en høj elektrondensitet, men langsommere elektroner, hvilket gør det lettere for elektronerne at rekombinere med positive ioner, hvilket fører til intens lys gennem en proces kaldet bremsstrahlung stråling.

Faraday dark spaceEdit

da elektronerne fortsætter med at miste energi, udsendes mindre lys, hvilket resulterer i et andet mørkt rum.

Anodelagredit

anodelaget begynder med den positive søjle og slutter ved anoden. Anodelaget har en negativ rumladning og et moderat elektrisk felt.

positiv kolonneredit

med færre ioner øges det elektriske felt, hvilket resulterer i elektroner med energi på omkring 2 eV, hvilket er nok til at begejstre atomer og producere lys. Med længere glødudladningsrør optages det længere rum af en længere positiv søjle, mens katodelaget forbliver det samme. For eksempel optager den positive søjle med et neonskilt næsten hele rørets længde.

anode glødedit

en elektrisk feltforøgelse resulterer i anoden glød.

anode mørkt rumrediger

færre elektroner resulterer i et andet mørkt rum.

StriationsEdit

bånd af skiftende lys og mørke i den positive kolonne kaldes striations. Striationer opstår, fordi kun diskrete mængder energi kan absorberes eller frigives af atomer, når elektroner bevæger sig fra et kvanteniveau til et andet. Effekten blev forklaret af Franck og Herts i 1914.

SputteringEdit

ud over at forårsage sekundær emission kan positive ioner ramme katoden med tilstrækkelig kraft til at skubbe partikler af det materiale, som katoden er fremstillet af. Denne proces kaldes forstøvning,og den fjerner gradvist katoden. Sputtering er nyttig, når man bruger spektroskopi til at analysere katodens sammensætning, som det gøres i optisk emissionsspektroskopi med glødudladning.

forstøvning er imidlertid ikke ønskelig, når glødudladning bruges til belysning, fordi det forkorter lampens levetid. For eksempel har neonskilte hule katoder designet til at minimere forstøvning og indeholder trækul til kontinuerligt at fjerne uønskede ioner og atomer.

Bæregasredit

i forbindelse med forstøvning kaldes gassen i røret “bæregas”, fordi den bærer partiklerne fra katoden.

Farveforskelredit

på grund af sputtering, der forekommer ved katoden, er farverne, der udsendes fra regioner nær katoden, meget forskellige fra anoden. Partikler spruttet fra katoden er ophidset og udsender stråling fra metaller og iltstoffer, der udgør katoden. Strålingen fra disse partikler kombineres med stråling fra ophidset bæregas, hvilket giver katodeområdet en hvid eller blå farve, mens stråling i resten af røret kun er fra bæregassen og har tendens til at være mere monokromatisk.

elektroner nær katoden er mindre energiske end resten af røret. Omkring katoden er et negativt felt, der bremser elektroner, når de udstødes fra overfladen. Kun de elektroner med den højeste hastighed er i stand til at undslippe dette felt, og dem uden nok kinetisk energi trækkes tilbage i katoden. En gang uden for det negative felt begynder tiltrækningen fra det positive felt at accelerere disse elektroner mod anoden. Under denne acceleration afbøjes elektroner og bremses af positive ioner, der kører mod katoden, som igen producerer lyseblå-hvid bremsstrahlung-stråling i det negative glødområde.