Fénykibocsátás

a fénykibocsátás legegyszerűbb típusa az egyenáramú fénykibocsátás. Legegyszerűbb formájában két elektródából áll egy alacsony nyomáson tartott cellában (0,1–10 torr; a légköri nyomás körülbelül 1/10000-1/100-a). Alacsony nyomást alkalmaznak az átlagos szabad út növelésére; rögzített elektromos tér esetén egy hosszabb átlagos szabad út lehetővé teszi, hogy a töltött részecske több energiát nyerjen, mielőtt egy másik részecskével ütközne. A cellát általában neonnal töltik meg, de más gázok is használhatók. A két elektróda között több száz voltos elektromos potenciál van. A sejten belüli atomok populációjának egy kis része kezdetben véletlenszerű folyamatokkal ionizálódik, például atomok közötti termikus ütközésekkel vagy gamma-sugarakkal. A pozitív ionokat az elektromos potenciál hajtja a katód felé, az elektronokat pedig ugyanaz a potenciál hajtja az anód felé. Az ionok és elektronok kezdeti populációja összeütközik más atomokkal, izgalomba hozza vagy ionizálja őket. Amíg a potenciál fennmarad, az ionok és elektronok populációja megmarad.

másodlagos kibocsátásszerkesztés

az ionok mozgási energiájának egy része átkerül a katódba. Ez részben a katódot közvetlenül eltaláló ionokon keresztül történik. Az elsődleges mechanizmus azonban kevésbé közvetlen. Az ionok minél több semleges gázatomot ütnek meg, energiájuk egy részét átadják nekik. Ezek a semleges atomok ezután megütik a katódot. Bármelyik faj (ionok vagy atomok) is megütik a katódot, a katódon belüli ütközések újraelosztják ezt az energiát, aminek eredményeként elektronok távoznak a katódból. Ezt a folyamatot másodlagos elektron-emissziónak nevezik. Miután megszabadult a katódtól, az elektromos mező felgyorsítja az elektronokat az izzókisülés nagy részébe. Az atomokat ezután ionokkal, elektronokkal vagy más atomokkal való ütközések gerjeszthetik, amelyeket korábban ütközések gerjesztettek.

Light productionEdit

a gerjesztés után az atomok elég gyorsan elveszítik energiájukat. Az energia elvesztésének különféle módjai közül a legfontosabb sugárirányban, ami azt jelenti, hogy egy foton szabadul fel az energia elszállítására. Az optikai atomspektroszkópiában ennek a fotonnak a hullámhossza felhasználható az atom azonosságának meghatározására (vagyis melyik kémiai elemről van szó), a fotonok száma pedig egyenesen arányos az adott elem koncentrációjával a mintában. Néhány ütközés (elég nagy energiájú) ionizációt okoz. Atomi tömegspektrometriában ezeket az ionokat detektálják. Tömegük azonosítja az atomok típusát, mennyiségük pedig az adott elem mennyiségét mutatja a mintában.

RegionsEdit

A jobb oldali ábrák azokat a fő régiókat mutatják, amelyek jelen lehetnek az izzókisülésben. A “ragyogásnak” nevezett régiók jelentős fényt bocsátanak ki; a “sötét tereknek” nevezett régiók nem. Amint a kisülés meghosszabbodik (azaz vízszintesen megnyúlik az illusztrációk geometriájában), a pozitív oszlop harántcsíkolt lehet. Vagyis váltakozó sötét és világos régiók alakulhatnak ki. A kisülés vízszintes összenyomása kevesebb régiót eredményez. A pozitív oszlop összenyomódik, míg a negatív fény ugyanolyan méretű marad, és elég kicsi rések esetén a pozitív oszlop teljesen eltűnik. Analitikus izzáskisülés esetén a kisülés elsősorban negatív ragyogás, amelynek sötét régiója felette és alatt van.

Katódrétegszerkesztés

a katódréteg Az Aston dark térrel kezdődik, és a negatív glow régióval végződik. A katódréteg megnövekedett gáznyomással lerövidül. A katódréteg pozitív tér töltéssel és erős elektromos mezővel rendelkezik.

Aston dark spaceEdit

az elektronok körülbelül 1 eV energiával hagyják el a katódot, ami nem elegendő az atomok ionizálásához vagy gerjesztéséhez, vékony sötét réteget hagyva a katód mellett.

katód glowEdit

elektronok a katód végül elérni elég energiát gerjeszti atomok. Ezek a gerjesztett atomok gyorsan visszaesnek az alapállapotba, fényt bocsátanak ki az atomok energiasávjai közötti különbségnek megfelelő hullámhosszon. Ez a ragyogás nagyon közel van a katódhoz.

katód sötét térszerkesztés

mivel a katódból származó elektronok több energiát nyernek, inkább ionizálnak, mint gerjesztik az atomokat. A gerjesztett atomok gyorsan visszaesnek a talajszintre, fényt bocsátanak ki, azonban amikor az atomok ionizálódnak, az ellentétes töltések szétválnak, és nem rekombinálódnak azonnal. Ez több iont és elektront eredményez, de nincs fény. Ezt a régiót néha Crookes dark space-nek hívják, néha katódesésnek is nevezik, mert a csőben a legnagyobb feszültségesés ebben a régióban fordul elő.

negatív glowEdit

az ionizáció a katód sötét térben nagy elektronsűrűséget, de lassabb elektronokat eredményez, megkönnyítve az elektronok rekombinációját pozitív ionokkal, ami intenzív fényhez vezet, a bremsstrahlung sugárzásnak nevezett folyamat révén.

Faraday dark spaceEdit

mivel az elektronok folyamatosan energiát veszítenek, kevesebb fény bocsát ki, ami egy másik sötét teret eredményez.

anód layerEdit

az anódréteg a pozitív oszloppal kezdődik, és az anódnál végződik. Az anódréteg negatív tér töltéssel és mérsékelt elektromos mezővel rendelkezik.

pozitív oszlopszerkeszt

kevesebb ionnal az elektromos mező növekszik, ami körülbelül 2 eV energiájú elektronokat eredményez, ami elegendő az atomok gerjesztéséhez és a fény előállításához. Hosszabb fénykibocsátó csöveknél a hosszabb helyet egy hosszabb pozitív oszlop foglalja el, míg a katódréteg változatlan marad. Például neonjelzéssel a pozitív oszlop a cső szinte teljes hosszát foglalja el.

anód glowEdit

az elektromos mező növekedése az anód ragyogását eredményezi.

anód sötét térszerkesztés

kevesebb elektron eredményez egy másik sötét teret.

StriationsEdit

a pozitív oszlopban lévő váltakozó világos és sötét sávokat csíkoknak nevezzük. A barázdák azért fordulnak elő, mert az atomok csak diszkrét mennyiségű energiát képesek elnyelni vagy felszabadítani, amikor az elektronok egyik kvantumszintről a másikra mozognak. A hatást Franck és Hertz magyarázta 1914-ben.

SputteringEdit

a másodlagos emisszió előidézése mellett a pozitív ionok elegendő erővel üthetik meg a katódot ahhoz, hogy az anyag részecskéit kilökjék, amelyekből a katód készül. Ezt a folyamatot porlasztásnak nevezik, és fokozatosan ablálja a katódot. A porlasztás akkor hasznos, ha spektroszkópiát használunk a katód összetételének elemzésére,amint azt a Fénykisüléses optikai emissziós spektroszkópia.

a porlasztás azonban nem kívánatos, ha világításhoz izzókisülést használnak, mert ez lerövidíti a lámpa élettartamát. Például a neonjelek üreges katódokkal rendelkeznek, amelyek minimalizálják a porlasztást, és faszenet tartalmaznak a nemkívánatos ionok és atomok folyamatos eltávolítására.

vivőgáz

a porlasztás összefüggésében a csőben lévő gázt “vivőgáznak” nevezzük, mert a részecskéket a katódból hordozza.

Color differenceEdit

a katódnál előforduló porlasztás miatt a katód közelében lévő régiókból kibocsátott színek meglehetősen eltérnek az anódtól. A katódból porlasztott részecskék gerjesztettek és sugárzást bocsátanak ki a katódot alkotó fémekből és oxidokból. Az ezekből a részecskékből származó sugárzás kombinálódik a gerjesztett vivőgáz sugárzásával, így a katód régió fehér vagy kék színű, míg a cső többi részében a sugárzás csak a vivőgázból származik, és általában monokromatikusabb.

a katód közelében lévő elektronok kevésbé energikusak, mint a cső többi része. A katódot egy negatív mező veszi körül, amely lelassítja az elektronokat, amikor kilökődnek a felületről. Csak a legnagyobb sebességű elektronok képesek elhagyni ezt a mezőt, és azok, akiknek nincs elegendő mozgási energiája, visszahúzódnak a katódba. A negatív mezőn kívül a pozitív mezőből származó vonzerő felgyorsítja ezeket az elektronokat az anód felé. E gyorsulás során az elektronokat a katód felé száguldó pozitív ionok eltérítik és lelassítják, ami viszont fényes kék-fehér bremsstrahlung sugárzást eredményez a negatív izzási régióban.