グロー放電の最も簡単なタイプは、直流グロー放電です。 最も簡単な形態では、それは低圧（0.1–10torr;大気圧の約1/10000thから1/100th）で握られる細胞の2つの電極から成っています。 低圧は平均自由経路を増加させるために使用され、固定電場の場合、より長い平均自由経路は荷電粒子が他の粒子と衝突する前により多くのエネルギーを得ることを可能にする。 セルは、典型的にはネオンで満たされているが、他のガスも使用することができる。 二つの電極の間に数百ボルトの電位が印加される。 細胞内の原子集団のごく一部は、原子間の熱衝突やガンマ線によるランダムなプロセスによって最初にイオン化されます。 正イオンは電位によって陰極に向かって駆動され、電子は同じ電位によって陽極に向かって駆動される。 イオンと電子の最初の集団は、他の原子と衝突し、それらを励起または電離させる。 電位が維持されている限り、イオンと電子の集団が残っています。
二次放出編集
イオンの運動エネルギーの一部が陰極に伝達される。 これは、イオンが陰極に直接当たることによって部分的に起こる。 しかし、主なメカニズムは直接的ではありません。 イオンは、より多くの中性ガス原子を打ち、それらのエネルギーの一部をそれらに移動させる。 これらの中性原子は、その後、陰極を打つ。 どちらの種（イオンまたは原子）が陰極に衝突すると、陰極内の衝突がこのエネルギーを再分配し、陰極から放出される電子が生じる。 このプロセスは二次電子放出として知られている。 陰極がなくなると、電界は電子をグロー放電の大部分に加速します。 原子は、イオン、電子、または以前に衝突によって励起された他の原子との衝突によって励起され得る。
光生成編集
励起されると、原子はかなり迅速にエネルギーを失うことになります。 このエネルギーを失うことができる様々な方法の中で、最も重要なのは放射的であり、光子がエネルギーを運ぶために放出されることを意味する。 光学原子分光法では、この光子の波長は、原子の同一性（つまり、それがどの化学元素であるか）を決定するために使用することができ、光子の数は、試料中のその元素の濃度に正比例する。 いくつかの衝突（十分に高いエネルギーの衝突）はイオン化を引き起こす。 原子質量分析では、これらのイオンが検出される。 それらの質量は原子の種類を識別し、その量はサンプル中のその元素の量を明らかにする。
RegionsEdit
右の図は、グロー放電中に存在する可能性のある主な領域を示しています。 “光る”と記述された領域は有意な光を放出し、”暗い空間”とラベル付けされた領域はそうではありません。 放電がより延長される（すなわち、図の幾何学的形状において水平に引き伸ばされる）ようになると、正の列は横紋になることがある。 すなわち、交互の暗い領域と明るい領域が形成され得る。 排出を水平に圧縮することは少数の地域で起因する。 正の列は圧縮されますが、負のグローは同じサイズのままであり、十分に小さいギャップで正の列は完全に消えます。 分析的なグロー放電では、放電は主にその上下に暗い領域を有する負のグローである。
カソード層編集
カソード層はアストン暗い空間で始まり、負のグロー領域で終わります。 カソード層はガス圧力の増加とともに短くなる。 陰極層は正の空間電荷と強い電場を有する。
Aston dark spaceEdit
電子は約1eVのエネルギーで陰極を離れるが、これは原子をイオン化または励起するのに十分ではなく、陰極の隣に薄い暗い層を残す。
陰極glowEdit
陰極からの電子は、最終的に原子を励起するのに十分なエネルギーを達成する。 これらの励起された原子はすぐに基底状態に戻り、原子のエネルギーバンド間の差に対応する波長で光を放出する。 この輝きは陰極の近くで非常に見られます。
陰極暗いスペースリード
陰極からの電子がより多くのエネルギーを得るように、彼らは電離するのではなく、原子を励起する傾向があります。 励起された原子はすぐに光を放出する基底レベルにフォールバックしますが、原子がイオン化されると反対の電荷が分離され、すぐに再結合しません。 これにより、より多くのイオンと電子が得られますが、光は得られません。 この領域はCrookes dark spaceと呼ばれることもあり、チューブ内の最大の電圧降下がこの領域で発生するため、カソードの落下と呼ばれることもあります。
負glowEdit
陰極暗空間でのイオン化は、高い電子密度をもたらすが、電子が遅くなり、電子が正イオンと再結合しやすくなり、bremsstrahlung放射と呼ばれるプロセ
Faraday dark spaceEdit
電子がエネルギーを失い続けるにつれて、より少ない光が放出され、別の暗い空間になります。
アノード層編集
アノード層は正の列で始まり、アノードで終わります。 陽極層は負の空間電荷と中程度の電場を有する。
正の列edit
イオンが少ないと、電場が増加し、約2eVのエネルギーを持つ電子が得られ、原子を励起して光を生成するのに十分である。 より長いグロー放電管では、より長い空間はより長い正の柱によって占有され、陰極層は同じままである。 例えば、ネオンサインでは、正の列は管のほぼ全長を占める。
アノードglowEdit
電界の増加は、アノードグローをもたらします。
陽極暗い空間
電子が少ないと、別の暗い空間になります。
StriationsEdit
正の列の明暗が交互になるバンドは、線条と呼ばれます。 電子がある量子レベルから別の量子レベルに移動するとき、離散的な量のエネルギーのみが原子によって吸収または放出されるために縞が生じる。 この効果は1914年にFranckとHertzによって説明されました。
SputteringEdit
二次放出を引き起こすことに加えて、正のイオンは、陰極が作られた材料の粒子を排出するのに十分な力 このプロセスはスパッタリングと呼ばれ、徐々に陰極をアブレーションします。 スパッタリングは、グロー放電発光分光法で行われるように、分光法を使用して陰極の組成を分析する場合に有用である。
しかし、グロー放電を照明に使用する場合、スパッタリングはランプの寿命を短くするため、望ましくありません。 例えば、ネオンサインは、スパッタリングを最小限に抑えるように設計された中空の陰極を有し、不要なイオンや原子を連続的に除去するために炭
キャリアガスエディット
スパッタリングの文脈では、チューブ内のガスは、陰極から粒子を運ぶので、”キャリアガス”と呼ばれています。
色の違いseedit
陰極で発生するスパッタリングのために、陰極付近の領域から放出される色は陽極とはかなり異なっています。 陰極からスパッタされた粒子は励起され、陰極を構成する金属および酸化物から放射を放出する。 これらの粒子からの放射は励起されたキャリアガスからの放射と結合し、陰極領域に白色または青色を与えるが、管の残りの部分では、放射はキャリ
陰極の近くの電子は、管の残りの部分よりもエネルギーが低い。
陰極の周囲には負の磁場があり、電子が表面から放出されると電子が減速します。 最高速度を持つ電子だけがこの場を脱出することができ、十分な運動エネルギーを持たない電子は陰極に引き戻されます。 負の磁場の外側になると、正の磁場からの引力がこれらの電子を陽極に向かって加速し始める。 この加速の間、電子は正のイオンが陰極に向かって加速することによって偏向され、減速され、負のグロー領域で明るい青白い制動放射が生成される。