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 अभिकल्पना और उच्च वोल्टेज विद्युत उपकरणों के अभिकल्पना के संबंध में गैसों में विद्युत निर्वहन के गुणों का अध्ययन किया जाता है।

निर्वहन प्रकार
टॉर पर नियॉन में विद्युत निर्वहन की वोल्टेज-वर्तमान विशेषताएँ, जिसमें दो प्लानर विद्युतद्वार 50 सेमी से अलग होते हैं। A: ब्रह्मांडीय विकिरण द्वारा यादृच्छिक स्पंदन B: संतृप्ति वर्तमान C: हिमस्खलन टाउनसेंड निर्वहन D: आत्मनिर्भर टाउनसेंड निर्वहन E: अस्थिर क्षेत्र: कोरोना निर्वहन F: उप-सामान्य चमक निर्वहन G: सामान्य चमक निर्वहन H: असामान्य चमक निर्वहन I: अस्थिर क्षेत्र: चमक-चाप संक्रमण J: विद्युत् आर्क K: विद्युत चाप A-D क्षेत्र को अदीप्त निर्वहन कहा जाता है; कुछ आयनीकरण है, लेकिन धारा 10 माइक्रोएम्पीयर से कम है और विकिरण की कोई महत्वपूर्ण मात्रा उत्पन्न नहीं हुई है। H-F क्षेत्र चमक निर्वहन का एक क्षेत्र है; प्लाज्मा एक फीकी चमक का उत्सर्जन करता है जो नलिका के लगभग सभी आयतन पर कब्जा कर लेता है; अधिकांश प्रकाश उत्तेजित तटस्थ परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित होता है। I-K क्षेत्र आर्क निर्वहन का क्षेत्र है; प्लाज्मा नलिका के केंद्र के साथ एक संकुचित सरणि में केंद्रित होता है; अत्यधिक मात्रा में विकिरण उत्पन्न होता है।]]

ठंडे कैथोड नलिका में, गैस में विद्युत निर्वहन के तीन क्षेत्र होते हैं, जिनमें अलग-अलग वर्तमान-वोल्टेज (विद्युत संचालन शक्ति) विशेषताएं होती हैं:
 * I: टाउनसेंड निर्वहन, भंजन वोल्टता से नीचे। कम वोल्टेज पर, एकमात्र करंट वह होता है जो अंतरिक्ष किरण 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 (अतिसूक्ष्म परमाणु) आगे आयनीकरण का कारण बनने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन अवधाव होता है। इस शासन में, वोल्टेज में बहुत कम वृद्धि के लिए, फेमटोएम्पीयर से माइक्रोएम्पीयर तक, यानी परिमाण के नौ आदेशों से करंट बढ़ता है। भंजन वोल्टता के पास वोल्टेज-करंट विशेषताएँ कम होने लगती हैं और चमक दिखाई देने लगती है।
 * II: दीप्‍ति निर्वहन, जो तब होता है जब भंजन वोल्टता पहुंच जाता है। विद्युतद्वार में वोल्टेज अचानक गिर जाता है और करंट बढ़ कर मिलीएम्पियर क्षेत्र हो जाता है। कम धाराओं पर, नलिका भर में वोल्टेज लगभग वर्तमान-स्वतंत्र होता है; इसका उपयोग दीप्‍ति निर्वहन वोल्टेज नियामक नलिका में किया जाता है। निचली धाराओं पर, चमक निर्वहन द्वारा समाविष्ट किए गए विद्युतद्वार का क्षेत्र वर्तमान के समानुपाती होता है। उच्च धाराओं पर सामान्य चमक असामान्य चमक में बदल जाती है, नलिका में वोल्टेज धीरे-धीरे बढ़ जाती है, और चमक निर्वहन विद्युतद्वार की सतह को अधिक से अधिक समाविष्ट करता है। अल्प शक्ति स्विचन (दीप्‍ति-निर्वहन थाइरेट्रॉन), वोल्टेज स्थिरीकरण, और प्रकाश अनुप्रयोग (जैसे एनआई राइट नलिका, डेकाट्रॉन, नीयन दीपक) इस क्षेत्र में काम करते हैं।
 * III: आर्क निर्वहन, जो करंट के एम्पीयर क्षेत्र में होता है; बढ़ते करंट के साथ नलिका में वोल्टेज गिरता है। उच्च-वर्तमान स्विचन नलिका, उदा प्रवर्तित चिनगारी अंतराल, इग्‍निट्रॉन, थाइराट्रॉन और क्रिट्रॉन (और इसकी निर्वात - नलिका व्युत्पन्न, स्प्रिटरों, निर्वात चाप का उपयोग करके), उच्च-शक्ति पारा-चाप वाल्व और उच्च-शक्ति प्रकाश स्रोत, उदा, पारा-वाष्प दीप और धातु हलिडे दीप इस क्षेत्र में काम करते हैं।

गैस के परमाणुओं पर प्रहार करने वाले और उन्हें आयनित करने वाले इलेक्ट्रॉनों द्वारा चमक निर्वहन की सुविधा होती है। दीप्‍ति निर्वहन के निर्माण के लिए, इलेक्ट्रॉनों का औसत मुक्त पथ यथोचित रूप से लंबा होना चाहिए, लेकिन विद्युतद्वार 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।

दीप्‍ति निर्वहन के लिए विघटन वोल्टेज पासचेन के नियम के अनुसार गैस के दबाव और विद्युतद्वार दूरी के उत्पाद पर गैर-रैखिक रूप से निर्भर करता है। एक निश्चित दबाव × दूरी मान के लिए, सबसे कम भंजन वोल्टता होता है। विद्युतद्वार दूरी की तुलना में कम विद्युतद्वार दूरी के लिए आकस्मिक वोल्टेज की वृद्धि इलेक्ट्रॉनों के बहुत लंबे औसत मुक्त पथ से संबंधित है।

एक विघटनाभिक तत्व की एक छोटी मात्रा को नलिका में जोड़ा जा सकता है, या तो सामग्री के एक अलग टुकड़े के रूप में (जैसे निकल -63 -63 क्रायट्रॉन में) या विद्युतद्वार के मिश्र धातु (जैसे थोरियम) के अतिरिक्त रूप में, गैस को पूर्व-आयनीकृत करने और विद्युत विघटन और चमक या चाप निर्वहन प्रज्वलन की विश्वसनीयता बढ़ाने के लिए जोड़ा जा सकता है। एक गैसीय विघटनाभिक समस्थानिक, उदा. क्रिप्टन -85, का भी उपयोग किया जा सकता है। प्रज्वलन विद्युतद्वार और कीपलाइव निर्वहन विद्युतद्वार भी नियोजित किए जा सकते हैं। विद्युत क्षेत्र E और तटस्थ कणों N की एकाग्रता के बीच E/N अनुपात प्रायः उपयोग किया जाता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों की औसत ऊर्जा (और इसलिए निर्वहन के कई अन्य गुण) E/N 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·cm2 है, लेकिन टाउनसेंड इकाई (Td) का प्रायः उपयोग किया जाता है।

अनुरूप संगणना में अनुप्रयोग
2002 में कुछ प्रतिचित्रण समस्याओं के समाधान के लिए दीप्‍ति निर्वहन के उपयोग का वर्णन किया गया था।

कार्य का वर्णन करने वाले प्रकृति समाचार लेख के अनुसार, इंपीरियल कॉलेज लंदन के शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि कैसे उन्होंने एक छोटा-मानचित्र बनाया जो पर्यटकों को चमकदार मार्ग संकेतक देता है। एक इंच लंदन चिप बनाने के लिए, टीम ने एक काँचपट्टिका पर सिटी सेंटर (शहर का केंद्र) 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 विद्युतद्वार लगा दिए। जब दो बिंदुओं के बीच एक वोल्टेज लगाया जाता है, तो बिजली A से B 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। सूक्ष्मप्रवाही चिप में दीप्‍ति निर्वहन के प्रकाश के गुणों के आधार पर पहेली खोज समस्याओं की एक विस्तृत श्रेणी को हल करने के लिए दृष्टिकोण स्वयं एक उपन्यास दृश्यमान अनुरूप कंप्यूटिंग दृष्टिकोण प्रदान करता है।