A gázkisülések ismerete is fontos ahhoz, hogy megértsük a plazma áramfejlesztés működési elvét, ezért ezen az oldalon a gázkisülés alapjaival ismerkedhetsz meg.

A gázok nem túl magas hőmérsékleten jó szigetelők, ugyanis semleges molekulákból állnak, melyek villamos tér hatására nem mozdulnak el. Azonban ha a gázokba töltéshordozókat juttatunk vagy a gáz molekuláit ionizáljuk, akkor a gáz vezetővé válik.

A vezetésben résztvevő töltéshordozók előállíthatók emisszióval vagy ionizációval.

• Az emisszió során töltéshordozókat (általában elektronokat) juttatunk a gázba.
• Az ionizáció során magában a gázban keltünk szabad, elmozdulásra képes töltéshordozókat.

Az ionizáció történhet pl. a gázok hőmérsékletének a megnövelésével, amikor is a közölt hőenergia a molekulák mozgási energiáját növeli, így megnő azok ütközési gyakorisága, ami az elektronok leszakadásához, ionizációhoz vezet. A másik lehetőség a különböző radioaktív sugárzások alkalmazása, amikor is a sugárzó anyag közöl elektromágneses energiát a gázmolekulákkal. A sugárzásokról részletesebben az előző oldalon volt szó.

Az ionizált gáz már vezeti az áramot. Ezt az áramvezetést gázkisülésnek nevezzük. Kétféle gázkisülés van, a nem önfenntartó és az önfenntartó gázkisülés.

 

Nem önfenntartó gázkisülés

Amennyiben az áramvezetés a töltéshordozókat előállító folyamat végén megszűnik, nem önfenntartó gázkisülésről van szó.

A következő ábrán egy ionizált gáz nem önfenntartó kisülésének áram-feszültség jelleggörbéjét láthatjuk.

1. ábra. Ionizált gáz nem önfenntartó kisülésének áram-feszültség jelleggörbéje

 

• Az "A" jelzésű szakaszon az áram arányos a feszültséggel. Az ionizált gázban - a rendezetlen hőmozgással együtt járó ütközések következtében - az ionok egy része folyamatosan visszaalakul semleges molekulákká. Ezért az ionizáció során stacionárius állapotban az ionsűrűség közel állandó.
• A "B" jelzésű az ún. telítési szakasz. Nagyobb feszültségnél az összes keletkező ion (rekombináció nélkül) eléri az elektródokat, és - hacsak nem változik az ionizáció mértéke - az áram értéke nem nő tovább.
• A feszültség további növekedésének a következménye az ütközési ionizáció. Ennek mechanizmusa a következő:
  • a nagy feszültség olyan mértékben gyorsítja fel a töltéshordozókat, hogy azok megnövekedett mozgási energiájuk révén ütközéskor képesek a gázmolekulákat ionizálni
  • az így keletkezett töltéshordozók - ugyanezen mechanizmus révén - újabb töltéshordozók keletkezését váltják ki (gyakorlatilag az ütközési ionizációban a felgyorsult elektronok játsszák a döntő szerepet).
  A vezetésben résztvevő töltéshordozók száma tehát ugrásszerűen megnő. Ezt tükrözi a "C" szakaszon az áram növekvő jellege.

 

Önfenntartó gázkisülés

A feszültség további növelésekor a gázkisülés önfenntartó kisülésbe mehet át. Ez esetben külső ionizációs hatás nélkül fennmarad az áram, ugyanis a feszültség már nem csak az elektronok energiáját növeli az ionizációhoz szükséges szintre, hanem az energiafelvétel az ionok esetében is elegendő a gázmolekulák - ütközés révén történő - ionizálásához és új elektronok kiszabadításához.

A kisülési áramerősség nagyon nagy értékeket vehet fel a töltéshordozók lavinaszerű megsokszorozódása miatt.

2. ábra. A gázkisülés teljes jelleggörbéje

 

 

További adatok a gázkisülésekről:

• A föld közelében lévő levegőben a kozmikus és a radioaktív sugárzás 10 ionpárt kelt másodpercenként és köbcentiméterenként.
• A különböző előjelű töltéssel rendelkező részecskék mozgékonysága a gázokban nem azonos:
  • az elektronok mozgékonyabbak az ionoknál
  • a negatív ionok mozgékonyabbak a pozitív ionoknál
• A két ütközés között megtett ún. szabad úthossz, melyen a töltéshordozó gyorsul, az elektronoknál hosszabb, mint az ionoknál, ezért az elektronok nagyobb sebességre ill. nagyobb mozgási energiára tesznek szert, mint az ionok.
• Normál állapotú levegőben az elektronok átlagos szabad úthossza kb. 6*10^-8 m.
• A gázok vezetésénél észlelhető fényjelenségek azzal magyarázhatók, hogy a nagy energiájú ütközések miatt a gázmolekulák energiafelvétel révén ún. gerjesztett állapotba jutnak, majd fénykibocsátás mellett kerülnek vissza egy alacsonyabb energiájú szintre (erről is volt szó az előző oldalon).
• Az erősen ionizált és igen magas hőmérsékletű gázt plazmának nevezzük (a plazma hőmérséklete 4000-10000 K). A plazma villamos szempontból kvázi semleges, benne a pozitív és negatív töltések algebrai összege nulla.

Az anyagot innét ollóztam össze.

 

A következő oldalon a plazma tulajdonságairól olvashatsz.

 

A radioaktív sugárzásról MenüA plazmáról

 

Utolsó frissítés dátuma: 2006. július 28.