गैसों में विद्युत निर्वहन

गैसों में विद्युत निर्वहन तब होता है जब गैस के आयनीकरण के कारण गैसीय माध्यम से विद्युत धारा प्रवाहित होती है। कई कारकों के आधार पर, निर्वहन दृश्यमान प्रकाश विकीर्ण कर सकता है। प्रकाश स्रोतों के डिजाइन और उच्च वोल्टेज विद्युत उपकरणों के डिजाइन के संबंध में गैसों में विद्युत निर्वहन के गुणों का अध्ययन किया जाता है।

डिस्चार्ज प्रकार
ठंडे कैथोड ट्यूबों में, गैस में विद्युत निर्वहन के तीन क्षेत्र होते हैं, जिनमें अलग-अलग वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएं होती हैं:
 * I: टाउनसेंड डिस्चार्ज, ब्रेकडाउन वोल्टेज से नीचे। कम वोल्टेज पर, एकमात्र करंट वह होता है जो कॉस्मिक किरणों या आयनीकरण विकिरण के अन्य स्रोतों द्वारा गैस में आवेश वाहकों के उत्पन्न होने के कारण होता है। जैसे ही लागू वोल्टेज में वृद्धि होती है, वर्तमान में ले जाने वाले मुक्त इलेक्ट्रॉन आगे आयनीकरण का कारण बनने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं, जिससे हिमस्खलन टूट जाता है। इस शासन में, वोल्टेज में बहुत कम वृद्धि के लिए, फेमटोएम्पीयर से माइक्रोएम्पीयर तक, यानी परिमाण के नौ आदेशों से करंट बढ़ता है। ब्रेकडाउन वोल्टेज के पास वोल्टेज-करंट विशेषताएँ कम होने लगती हैं और चमक दिखाई देने लगती है।
 * II: ग्लो डिस्चार्ज, जो तब होता है जब ब्रेकडाउन वोल्टेज पहुंच जाता है। इलेक्ट्रोड में वोल्टेज अचानक गिर जाता है और करंट बढ़ कर मिलीएम्पियर रेंज हो जाता है। कम धाराओं पर, ट्यूब भर में वोल्टेज लगभग वर्तमान-स्वतंत्र होता है; इसका उपयोग ग्लो डिस्चार्ज वोल्टेज नियामक ट्यूब  में किया जाता है। निचली धाराओं पर, चमक निर्वहन द्वारा कवर किए गए इलेक्ट्रोड का क्षेत्र वर्तमान के समानुपाती होता है। उच्च धाराओं पर सामान्य चमक असामान्य चमक में बदल जाती है, ट्यूब में वोल्टेज धीरे-धीरे बढ़ जाती है, और चमक निर्वहन इलेक्ट्रोड की सतह को अधिक से अधिक कवर करता है। लो-पॉवर स्विचिंग (ग्लो-डिस्चार्ज थाइरेट्रॉन), वोल्टेज स्थिरीकरण, और प्रकाश अनुप्रयोग (जैसे  एनआई राइट ट्यूब, डेकाट्रॉन, नीयन दीपक) इस क्षेत्र में काम करते हैं।
 * III: आर्क डिस्चार्ज, जो करंट के एम्पीयर रेंज में होता है; बढ़ते करंट के साथ ट्यूब में वोल्टेज गिरता है। उच्च-वर्तमान स्विचिंग ट्यूब, उदा। ट्रिगर स्पार्क गैप, ignitron, थाइराट्रॉन और क्रिट्रॉन (और इसकी  वेक्यूम - ट्यूब  व्युत्पन्न, sprytron, निर्वात चाप का उपयोग करके), उच्च-शक्ति पारा-चाप वाल्व और उच्च-शक्ति प्रकाश स्रोत, उदा। पारा-वाष्प लैम्प और मेटल हलिडे दीपक इस रेंज में काम करते हैं।

गैस के परमाणुओं पर प्रहार करने वाले और उन्हें आयनित करने वाले इलेक्ट्रॉनों द्वारा चमक निर्वहन की सुविधा होती है। ग्लो डिस्चार्ज के निर्माण के लिए, इलेक्ट्रॉनों का औसत मुक्त पथ यथोचित रूप से लंबा होना चाहिए, लेकिन इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी से कम होना चाहिए; चमक निर्वहन इसलिए बहुत कम और बहुत अधिक गैस दबाव दोनों में आसानी से नहीं होते हैं।

ग्लो डिस्चार्ज के लिए बिजली का टूटना  वोल्टेज पासचेन के नियम के अनुसार गैस के दबाव और इलेक्ट्रोड दूरी के उत्पाद पर गैर-रैखिक रूप से निर्भर करता है। एक निश्चित दबाव × दूरी मान के लिए, सबसे कम ब्रेकडाउन वोल्टेज होता है। इलेक्ट्रोड दूरी की तुलना में कम इलेक्ट्रोड दूरी के लिए स्ट्राइक वोल्टेज की वृद्धि इलेक्ट्रॉनों के बहुत लंबे औसत मुक्त पथ से संबंधित है।

एक रेडियोधर्मी तत्व की एक छोटी मात्रा को ट्यूब में जोड़ा जा सकता है, या तो सामग्री के एक अलग टुकड़े के रूप में (जैसे निकल -63 -63 क्रायट्रॉन में) या इलेक्ट्रोड के मिश्र धातु (जैसे थोरियम) के अलावा, गैस को प्रीआयनाइज़ करने और बढ़ाने के लिए विद्युत टूटने और चमक या चाप निर्वहन प्रज्वलन की विश्वसनीयता। एक गैसीय रेडियोधर्मी समस्थानिक, उदा. क्रिप्टन -85, का भी उपयोग किया जा सकता है। इग्निशन इलेक्ट्रोड और कीपलाइव डिस्चार्ज इलेक्ट्रोड भी नियोजित किए जा सकते हैं। विद्युत क्षेत्र ई और तटस्थ कणों एन की एकाग्रता के बीच ई/एन अनुपात अक्सर उपयोग किया जाता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों की औसत ऊर्जा (और इसलिए निर्वहन के कई अन्य गुण) ई/एन का एक कार्य है। किसी कारक q द्वारा विद्युत तीव्रता E को बढ़ाने के समान परिणाम होते हैं जैसे कारक q द्वारा गैस घनत्व N को कम करना।

इसका SI मात्रक V·cm है2, लेकिन टाउनसेंड (इकाई)  (Td) का अक्सर उपयोग किया जाता है।

अनुरूप संगणना में अनुप्रयोग
2002 में कुछ मैपिंग समस्याओं के समाधान के लिए ग्लो डिस्चार्ज के उपयोग का वर्णन किया गया था। कार्य का वर्णन करने वाले नेचर समाचार लेख के अनुसार, इंपीरियल कॉलेज लंदन के शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि कैसे उन्होंने एक मिनी-नक्शा बनाया जो पर्यटकों को चमकदार मार्ग संकेतक देता है। एक इंच की लंदन चिप बनाने के लिए, टीम ने एक ग्लास स्लाइड पर सिटी सेंटर की एक योजना बनाई। शीर्ष पर एक सपाट ढक्कन लगाने से सड़कें खोखली, जुड़ी हुई नलियों में बदल गईं। उन्होंने इन्हें हीलियम गैस से भर दिया और प्रमुख पर्यटन केंद्रों में इलेक्ट्रोड लगा दिए। जब दो बिंदुओं के बीच एक वोल्टेज लगाया जाता है, तो बिजली ए से बी तक के सबसे छोटे मार्ग के साथ सड़कों के माध्यम से स्वाभाविक रूप से चलती है - और गैस एक छोटी चमकदार पट्टी रोशनी की तरह चमकती है। माइक्रोफ्लुइडिक चिप में ग्लो डिस्चार्ज के प्रकाश के गुणों के आधार पर भूलभुलैया खोज समस्याओं की एक विस्तृत श्रेणी को हल करने के लिए दृष्टिकोण स्वयं एक उपन्यास दृश्यमान एनालॉग कंप्यूटिंग दृष्टिकोण प्रदान करता है।