yksinkertaisin hehkupurkauksen tyyppi on tasavirtapurkaus. Yksinkertaisimmillaan se koostuu kahdesta elektrodista kennossa, joka pidetään matalassa paineessa (0,1–10 torr; noin 1/10000-1/100 ilmanpaineesta). Matalapainetta käytetään keskimääräisen vapaan polun kasvattamiseen; kiinteässä sähkökentässä pidempi keskimääräinen vapaa polku antaa varautuneelle hiukkaselle mahdollisuuden saada enemmän energiaa ennen kuin se törmää toiseen hiukkaseen. Kenno on tyypillisesti täynnä neonia, mutta myös muita kaasuja voidaan käyttää. Kahden elektrodin välillä on useiden satojen volttien sähköinen potentiaali. Pieni osa solun atomipopulaatiosta ionisoituu aluksi satunnaisissa prosesseissa, kuten atomien välisissä lämpötörmäyksissä tai gammasäteiden vaikutuksesta. Positiiviset ionit ajavat katodia kohti sähköinen potentiaali, ja elektronit ajavat kohti anodia sama potentiaali. Alkujoukko ioneja ja elektroneja törmää muihin atomeihin jännittäen tai ionisoiden niitä. Niin kauan kuin potentiaali säilyy, säilyy ionien ja elektronien populaatio.
Toisiopäästö
osa ionien liike-energiasta siirtyy katodille. Tämä tapahtuu osittain ionien osuessa suoraan katodiin. Ensisijainen mekanismi on kuitenkin vähemmän suora. Ionit iskevät lukuisampiin neutraaleihin kaasuatomeihin siirtäen osan energiastaan niihin. Nämä neutraalit atomit iskevät sitten katodiin. Riippumatta siitä, osuvatko lajit (ionit tai atomit) katodiin, törmäykset katodissa jakavat tämän energian uudelleen, jolloin katodilta sinkoutuu elektroneja. Tätä prosessia kutsutaan sekundaariseksi elektroniemissioksi. Katodista vapauduttuaan sähkökenttä kiihdyttää elektroneja suurimpaan osaan hehkupurkauksesta. Atomit voivat tällöin innostua törmäyksistä ionien, elektronien tai muiden atomien kanssa, jotka ovat aiemmin innostuneet törmäyksistä.
Valotuotanto
kiihtyessään atomit menettävät energiansa melko nopeasti. Eri tavoista, joilla tämä energia voidaan menettää, tärkein on säteilevästi, eli fotoni vapautuu kuljettamaan energiaa pois. Optisessa atomispektroskopiassa tämän fotonin aallonpituuden avulla voidaan määrittää atomin identiteetti (eli mikä alkuaine se on) ja fotonien määrä on suoraan verrannollinen kyseisen alkuaineen pitoisuuteen näytteessä. Jotkut törmäykset (ne, joissa on tarpeeksi paljon energiaa) aiheuttavat ionisaatiota. Atomimassaspektrometriassa nämä ionit havaitaan. Niiden massa ilmaisee atomien tyypin ja niiden määrä osoittaa kyseisen alkuaineen määrän näytteessä.
RegionsEdit
oikealla olevassa kuvassa näkyvät tärkeimmät alueet, joita voi esiintyä hehkupurkauksessa. ”Hohtaviksi” kuvatut alueet säteilevät merkittävää valoa, ”pimeiksi alueiksi” merkityt alueet eivät. Kun purkaus pitenee (eli venyy vaakatasoon kuvien geometriassa), positiivinen sarake voi muuttua poikkijuovaiseksi. Toisin sanoen vuorottelevat tummat ja kirkkaat alueet voivat muodostua. Purkauksen painaminen vaakatasoon johtaa alueiden vähenemiseen. Positiivinen sarake pakataan samalla kun negatiivinen hehku pysyy samankokoisena, ja riittävän pienillä raoilla positiivinen sarake katoaa kokonaan. Analyyttisessä hehkupurkauksessa purkaus on ensisijaisesti negatiivista hehkua, jonka ylä-ja alapuolella on tummaa aluetta.
Katodikerros
katodikerros alkaa Astonin pimeästä tilasta ja päättyy negatiiviseen hehkualueeseen. Katodikerros lyhenee kaasun paineen kasvaessa. Katodikerroksessa on positiivinen tilavaraus ja voimakas sähkökenttä.
Aston pimeä avaruus
elektronit lähtevät katodilta noin 1 eV: n energialla, joka ei riitä ionisoimaan tai kiihottamaan atomeja, jolloin katodin viereen jää ohut tumma kerros.
katodi glowEdit
Katodilta tulevat elektronit saavuttavat lopulta tarpeeksi energiaa atomien kiihottamiseksi. Nämä kiihtyneet atomit putoavat nopeasti takaisin maan pinnalle ja säteilevät valoa aallonpituudella, joka vastaa atomien energiakaistojen eroa. Tämä hehku näkyy hyvin lähellä katodia.
katodin pimeä avaruus
kun katodilta tulevat elektronit saavat enemmän energiaa, niillä on taipumus ionisoitua, sen sijaan että ne kiihottaisivat atomeja. Innostuneet atomit putoavat nopeasti takaisin maanpinnan tasolle, joka säteilee valoa, mutta kun atomit ionisoituvat, vastakkaiset varaukset erotetaan toisistaan, eivätkä ne heti rekombinoidu. Tällöin syntyy enemmän ioneja ja elektroneja, mutta ei valoa. Tätä aluetta kutsutaan joskus Crookesin pimeäksi avaruudeksi ja joskus katodin putoamiseksi, koska putken suurin jännitehäviö tapahtuu tällä alueella.
negatiivinen glowEdit
katodin pimeässä tilassa tapahtuva ionisaatio johtaa korkeaan elektronitiheyteen, mutta hitaampiin elektroneihin, jolloin elektronien on helpompi yhdistyä positiivisten ionien kanssa, mikä johtaa voimakkaaseen valoon bremsstrahlung-säteilyksi kutsutun prosessin kautta.
Faradayn pimeä avaruus
koska elektronit menettävät jatkuvasti energiaa, säteilee vähemmän valoa, mikä johtaa toiseen pimeään tilaan.
anodikerros
anodikerros alkaa positiivisesta sarakkeesta ja päättyy anodiin. Anodikerroksessa on negatiivinen avaruusvaraus ja kohtalainen sähkökenttä.
positiivinen kolonni
vähemmillä ioneilla sähkökenttä kasvaa, jolloin syntyy elektroneja, joiden energia on noin 2 eV, mikä riittää kiihottamaan atomeja ja tuottamaan valoa. Pidemmissä hehkupurkausputkissa pidemmän tilan vie pidempi positiivinen kolonni katodikerroksen pysyessä samana. Esimerkiksi neonmerkillä positiivinen pylväs vie lähes koko putken pituuden.
anodi glowEdit
Sähkökentän kasvu saa anodin hehkumaan.
anodi tumma avaruus
vähemmän elektroneja johtaa toiseen pimeään avaruuteen.
juovia
positiivisessa pylväässä vuorottelevia valon ja tumman vaihtelevia nauhoja kutsutaan juoviksi. Juovia syntyy, koska atomit voivat absorboida tai vapauttaa vain diskreettejä määriä energiaa elektronien siirtyessä kvanttitasolta toiselle. Ilmiön selittivät Franck ja Hertz vuonna 1914.
Sputterointimedit
sen lisäksi, että positiiviset ionit aiheuttavat sekundaarisia emissioita, ne voivat iskeä katodiin riittävällä voimalla poistaakseen katodin valmistusmateriaalin hiukkasia. Tätä prosessia kutsutaan sputtering ja se vähitellen ablates katodi. Sputterointi on hyödyllistä, kun käytetään spektroskopiaa analysoimaan katodin koostumusta, kuten tehdään Hehkupurkausoptisessa emissiospektroskopiassa.
sputterointi ei kuitenkaan ole suotavaa, kun hehkupurkausta käytetään valaistuksessa, koska se lyhentää lampun käyttöikää. Esimerkiksi neonkylteissä on onttoja katodeja, jotka on suunniteltu minimoimaan sputterointi, ja ne sisältävät puuhiiltä, joka poistaa jatkuvasti ei-toivottuja ioneja ja atomeja.
kantokaasuedit
sputteroinnin yhteydessä putkessa olevaa kaasua kutsutaan ”kantokaasuksi”, koska se kuljettaa hiukkaset katodilta.
värierojen ero
katodilla tapahtuvan sputteroinnin vuoksi katodin lähialueilta lähtevät värit poikkeavat anodista varsin paljon. Katodista sputteroidut hiukkaset kiihtyvät ja lähettävät säteilyä katodin muodostavista metalleista ja oksideista. Näiden hiukkasten säteily yhdistyy jännittyneen kantokaasun säteilyyn, jolloin katodialue saa valkoisen tai sinisen värin, kun taas muualla putkessa säteily tulee vain kantokaasusta ja on yleensä monokromaattisempaa.
katodin lähellä olevat elektronit ovat vähemmän energisiä kuin muualla putkessa. Katodin ympärillä on negatiivinen kenttä, joka hidastaa elektroneja, kun ne sinkoutuvat pois pinnalta. Vain ne elektronit, joilla on suurin nopeus, pystyvät pakenemaan tästä kentästä, ja ne, joilla ei ole tarpeeksi liike-energiaa, vedetään takaisin katodille. Kun negatiivisen kentän ulkopuolella, vetovoima positiivisesta kentästä alkaa kiihdyttää näitä elektroneja kohti anodia. Tämän kiihdytyksen aikana katodia kohti kiitävät positiiviset ionit harhauttavat ja hidastavat elektroneja, mikä puolestaan tuottaa kirkkaan sinivalkoista bremsstrahlung-säteilyä negatiivisen hehkun alueella.