Descărcare strălucire

cel mai simplu tip de descărcare strălucire este o descărcare strălucire în curent continuu. În forma sa cea mai simplă, este format din doi electrozi într–o celulă ținută la presiune scăzută (0,1-10 torr; aproximativ 1/10000 până la 1/100 din presiunea atmosferică). O presiune scăzută este utilizată pentru a crește calea liberă medie; pentru un câmp electric Fix, o cale liberă medie mai lungă permite unei particule încărcate să câștige mai multă energie înainte de a se ciocni cu o altă particulă. Celula este de obicei umplută cu neon, dar pot fi utilizate și alte gaze. Un potențial electric de câteva sute de volți este aplicat între cei doi electrozi. O mică parte din populația de atomi din celulă este inițial ionizată prin procese aleatorii, cum ar fi coliziuni termice între atomi sau prin raze gamma. Ionii pozitivi sunt conduși spre catod de potențialul electric, iar electronii sunt conduși spre anod de același potențial. Populația inițială de ioni și electroni se ciocnește cu alți atomi, excitându-i sau ionizându-i. Atâta timp cât potențialul este menținut, rămâne o populație de ioni și electroni.

emisie Secundarăedit

o parte din energia cinetică a ionilor este transferată la catod. Acest lucru se întâmplă parțial prin ionii care lovesc direct catodul. Cu toate acestea, mecanismul primar este mai puțin direct. Ionii lovesc mai mulți atomi de gaz neutru, transferând o parte din energia lor către ei. Acești atomi neutri lovesc apoi catodul. Indiferent de specie (ioni sau atomi) lovesc catodul, coliziunile din catod redistribuie această energie rezultând electroni expulzați din catod. Acest proces este cunoscut sub numele de emisie secundară de electroni. Odată eliberat de catod, câmpul electric accelerează electronii în cea mai mare parte a descărcării strălucitoare. Atomii pot fi apoi excitați de coliziuni cu ioni, electroni sau alți atomi care au fost excitați anterior de coliziuni.

producția de lumină

odată excitați, atomii își vor pierde energia destul de repede. Dintre diferitele moduri în care această energie poate fi pierdută, cea mai importantă este radiativă, ceea ce înseamnă că un foton este eliberat pentru a transporta energia. În spectroscopia atomică optică, lungimea de undă a acestui foton poate fi utilizată pentru a determina identitatea atomului (adică ce element chimic este) și numărul de fotoni este direct proporțional cu concentrația acelui element din eșantion. Unele coliziuni (cele cu energie suficient de mare) vor provoca ionizarea. În spectrometria de masă atomică, acești ioni sunt detectați. Masa lor identifică tipul de atomi și cantitatea lor dezvăluie cantitatea acelui element din eșantion.

RegionsEdit

ilustrațiile din dreapta arată principalele regiuni care pot fi prezente într-o descărcare de strălucire. Regiunile descrise ca” străluciri „emit lumină semnificativă; regiunile etichetate ca” spații întunecate ” nu. Pe măsură ce descărcarea devine mai extinsă (adică întinsă orizontal în geometria ilustrațiilor), coloana pozitivă poate deveni striată. Adică se pot forma regiuni întunecate și luminoase alternante. Comprimarea descărcării pe orizontală va duce la mai puține regiuni. Coloana pozitivă va fi comprimată în timp ce strălucirea negativă va rămâne aceeași dimensiune și, cu goluri suficient de mici, coloana pozitivă va dispărea cu totul. Într-o descărcare analitică de strălucire, descărcarea este în primul rând o strălucire negativă cu Regiune întunecată deasupra și dedesubtul acesteia.

strat catodic

stratul catodic începe cu spațiul întunecat Aston și se termină cu regiunea de strălucire negativă. Stratul catodic se scurtează cu o presiune crescută a gazului. Stratul catodic are o sarcină spațială pozitivă și un câmp electric puternic.

Aston dark spaceEdit

electronii părăsesc catodul cu o energie de aproximativ 1 eV, ceea ce nu este suficient pentru a ioniza sau excita atomii, lăsând un strat subțire întunecat lângă catod.

catodul strălucește

electronii din catod ating în cele din urmă suficientă energie pentru a excita atomii. Acești atomi excitați cad rapid înapoi la starea de bază, emițând lumină la o lungime de undă corespunzătoare diferenței dintre benzile de energie ale atomilor. Această strălucire este văzută foarte aproape de catod.

catod spațiu întunecatedit

pe măsură ce electronii din catod câștigă mai multă energie, ei tind să ionizeze, mai degrabă decât să excite atomii. Atomii excitați cad rapid la nivelul solului emițând lumină, cu toate acestea, atunci când atomii sunt ionizați, sarcinile opuse sunt separate și nu se recombină imediat. Acest lucru are ca rezultat mai mulți ioni și electroni, dar fără lumină. Această regiune este uneori numită spațiu întunecat Crookes și, uneori, denumită căderea catodului, deoarece cea mai mare cădere de tensiune din tub are loc în această regiune.

strălucire Negativăedit

ionizarea în spațiul întunecat al catodului are ca rezultat o densitate mare de electroni, dar electroni mai lenți, facilitând recombinarea electronilor cu ioni pozitivi, ducând la lumină intensă, printr-un proces numit radiație bremsstrahlung.

Faraday dark spaceEdit

pe măsură ce electronii continuă să piardă energie, se emite mai puțină lumină, rezultând un alt spațiu întunecat.

anod layerEdit

stratul anodic începe cu coloana pozitivă și se termină la anod. Stratul anodic are o sarcină spațială negativă și un câmp electric moderat.

coloană Pozitivăedit

cu mai puțini ioni, câmpul electric crește, rezultând electroni cu energie de aproximativ 2 eV, ceea ce este suficient pentru a excita atomii și a produce lumină. Cu tuburi de descărcare mai lungi, spațiul mai lung este ocupat de o coloană pozitivă mai lungă, în timp ce stratul catodic rămâne același. De exemplu, cu un semn neon, coloana pozitivă ocupă aproape întreaga lungime a tubului.

anod glowEdit

o creștere a câmpului electric are ca rezultat strălucirea anodului.

anod dark spaceEdit

Mai puțini electroni rezultă într-un alt spațiu întunecat.

StriationsEdit

benzile de lumină și întuneric alternante din coloana pozitivă se numesc striații. Striațiile apar deoarece numai cantități discrete de energie pot fi absorbite sau eliberate de atomi, atunci când electronii se deplasează de la un nivel cuantic la altul. Efectul a fost explicat de Franck și Hertz în 1914.

SputteringEdit

pe lângă faptul că provoacă emisii secundare, ionii pozitivi pot lovi catodul cu o forță suficientă pentru a scoate particule din materialul din care este fabricat catodul. Acest proces se numește pulverizare și ablates treptat catod. Pulverizarea este utilă atunci când se utilizează spectroscopie pentru a analiza compoziția catodului, așa cum se face în spectroscopia de emisie optică cu descărcare strălucitoare.

cu toate acestea, pulverizarea nu este de dorit atunci când descărcarea de strălucire este utilizată pentru iluminare, deoarece scurtează durata de viață a lămpii. De exemplu, semnele de neon au catozi goi concepuți pentru a minimiza pulverizarea și conțin cărbune pentru a îndepărta continuu ionii și atomii nedoriți.

gaz purtător

în contextul pulverizării, gazul din tub este numit „gaz purtător”, deoarece transportă particulele din catod.

diferența de culoare

Din cauza sputtering care au loc la catod, culorile emise din regiunile din apropierea catodului sunt destul de diferite de anod. Particulele pulverizate din catod sunt excitate și emit radiații din metalele și oxizii care alcătuiesc catodul. Radiația din aceste particule se combină cu radiația din gazul purtător excitat, dând regiunii catodului o culoare albă sau albastră, în timp ce în restul tubului, radiația provine doar din gazul purtător și tinde să fie mai monocromatică.

electronii din apropierea catodului sunt mai puțin energici decât restul tubului. În jurul catodului este un câmp negativ, care încetinește electronii pe măsură ce sunt expulzați de pe suprafață. Numai acei electroni cu cea mai mare viteză sunt capabili să scape de acest câmp, iar cei fără suficientă energie cinetică sunt trași înapoi în catod. Odată ce în afara câmpului negativ, atracția din câmpul pozitiv începe să accelereze acești electroni spre anod. În timpul acestei accelerații electronii sunt deviați și încetiniți de ionii pozitivi care se îndreaptă spre catod, care, la rândul său, produce radiații bremsstrahlung alb-albastru strălucitor în regiunea de strălucire negativă.