가스 충전관

가스 충전 튜브(일반적으로 방전 튜브 또는 이전에는 플뤼커 튜브라고도 함)는 절연성, 내온성 외피 내의 가스 내 전극 배치입니다.가스 충전관은 가스 내 방전에 관련된 현상을 이용하여 타운센드 방전의 기초 현상에 의해 전기 전도를 일으키기에 충분한 전압으로 가스를 이온화함으로써 작동한다.가스 방전 램프는 가스가 채워진 튜브를 사용하는 전등입니다. 형광등, 금속 할로겐화물 램프, 나트륨 증기 램프 및 네온 라이트가 이에 해당합니다.크리스톨론, 티라트론, 이그니트론과 같은 특수한 가스 충전 튜브가 전기 장치의 개폐 장치로 사용됩니다.

방전을 시작하고 유지하는 데 필요한 전압은 충전 가스의 압력과 성분, 튜브의 형상에 따라 달라집니다.봉투는 보통 유리지만 전력관은 세라믹을 사용하고 군용관은 유리 라이닝 금속을 사용하는 경우가 많습니다.핫캐소드형 디바이스와 콜드캐소드형 디바이스가 모두 존재합니다.

사용 중인 가스

수소

수소는 매우 가파른 가장자리가 필요한 일부 티라트론, 데카트론 및 크립톤과 같이 매우 빠른 전환에 사용되는 튜브에 사용된다.수소의 축적과 회수 시간은 다른 ^[1]가스보다 훨씬 짧다.수소 티라트론은 보통 열음극이다.수소(및 중수소)는 보조 필라멘트로 가열된 금속수소화물 형태로 튜브에 저장될 수 있으며, 이러한 저장소자를 가열함으로써 정화 가스의 보충 및 소정의 ^[2]전압으로 티라트론 운전에 필요한 압력 조정에도 사용할 수 있다.

중수소

중수소는 자외선 스펙트럼 분석을 위한 자외선 램프, 중성자 발생관 및 특수 튜브(예: 크로스 입자)에 사용됩니다.그것은 수소보다 파괴전압이 높다.고속 전환 튜브에서는 고전압 작동이 ^[3]필요한 경우 수소 대신 사용됩니다.비교를 위해 수소충전 CX1140 티라트론은 양극전압정격이 25kV인 반면 중수소충전 및 기타 동일 CX1159는 33kV이다.또한 같은 전압에서 중수소의 압력이 수소보다 높을 수 있으므로 과도한 양극 소산을 일으키기 전에 더 높은 전류 상승률이 가능합니다.상당히 높은 피크 파워를 달성할 수 있습니다.그러나 회수 시간은 ^[2]수소보다 약 40% 느리다.

희가스

귀한 가스는 조명에서 전환까지 다양한 용도로 튜브에 자주 사용됩니다.개폐관에는 순수귀가스가 사용된다.귀중가스로 채워진 티라트론은 수은으로 채워진 ^[3]티라트론보다 더 나은 전기적 매개변수를 가지고 있다.전극은 고속 이온에 의해 손상됩니다.가스의 중성 원자는 충돌에 의해 이온의 속도를 늦추고, 이온 충격에 의해 전극으로 전달되는 에너지를 줄입니다.제논과 같이 분자량이 높은 가스는 ^[4]네온과 같이 가벼운 전극보다 전극을 더 잘 보호합니다.

• 헬륨은 헬륨-네온 레이저와 고전류 및 고전압 정격의 일부 티라트론에 사용됩니다.헬륨은 수소만큼 짧은 탈이온 시간을 제공하지만 낮은 전압에도 견딜 수 있기 때문에 사용 ^[5]빈도가 훨씬 낮습니다.
• 네온은 점화 전압이 낮으며 저전압 튜브에 자주 사용됩니다.네온에서 방전되면 비교적 밝은 빨간색 빛이 방출되므로 네온으로 채워진 전환 튜브는 표시기 역할도 하며, 스위치를 켜면 빨간색으로 빛납니다.이는 카운터 및 디스플레이 역할을 하는 데카트론 튜브에서 이용됩니다.붉은 빛은 네온사이니지에 이용된다.산업용 조명 튜브와 같이 출력이 높고 길이가 짧은 형광 튜브에 사용됩니다.아르곤이나 크립톤에 비해 전압 강하가 높습니다.원자 질량이 낮기 때문에 전극을 가속 이온으로부터 약간만 보호할 수 있으며, 양극 수명을 연장하기 위해 추가적인 선별 와이어 또는 플레이트를 사용할 수 있습니다.형광관에서는 ^[4]수은과 함께 사용된다.
• 아르곤은 형광관에 사용된 첫 번째 가스였고 저렴한 비용, 높은 효율성, 매우 낮은 타격 전압 때문에 여전히 자주 사용되고 있다.형광관에서는 ^[4]수은과 함께 사용된다.초기 정류관에도 사용되었으며, 첫 번째 티라트론은 아르곤이 채워진 튜브에서 파생되었습니다.
• 크립톤은 아르곤 대신 형광등에서 사용될 수 있습니다. 이 경우 전극의 총 에너지 손실을 약 15%에서 7%로 줄일 수 있습니다.그러나 램프 길이당 전압 강하는 더 작은 튜브 직경으로 보상할 수 있는 아르곤보다 낮습니다.크립톤 충전 램프는 더 높은 시작 전압을 요구합니다. 예를 들어 아르곤-크립톤 혼합물을 25%~75% 사용하면 이를 완화할 수 있습니다.형광관에서는 ^[4]수은과 함께 사용된다.
• 순수한 상태의 제논은 고장 전압이 높기 때문에 고전압 스위칭 튜브에서 유용합니다.제논은 플라스마 디스플레이 등 자외선을 생성해야 할 때 일반적으로 형광체를 자극하기 위해 가스 혼합물의 성분으로도 사용됩니다.생성되는 파장은 아르곤 및 크립톤보다 길고 인광에 더 잘 침투합니다.이온화 전압을 낮추기 위해 네온-제논 또는 헬륨-제논이 사용됩니다. 350Torr(47kPa)를 초과하면 헬륨은 네온보다 파괴 전압이 낮으며 그 반대도 마찬가지입니다.제논의 1% 이하의 농도에서는 대부분의 제논 이온화가 다른 귀한 가스의 들뜬 원자와 충돌하여 발생하기 때문에 이러한 혼합물에서 페닝 효과가 유의해집니다. 제논의 몇 퍼센트 이상의 농도에서는 ^[6]제논의 직접적인 이온화에 전자의 에너지가 소비되기 때문에 제논이 방출됩니다.
• 라돈은 귀한 기체임에도 불구하고 방사능이 위험하고 가장 안정적인 동위원소는 반감기가 4일 ^[7]미만이다.따라서 전자기기에서는 일반적으로 사용되지 않는다.
• 페닝 혼합물은 낮은 이온화 전압이 필요한 경우(예: 네온 램프, 가이거-뮐러 튜브 및 기타 가스 충전 입자 검출기)에 사용된다.고전적인 조합은 네온의 약 98–99.5%와 아르곤의 0.5–2%이며, 예를 들어 네온 전구 및 단색 플라스마 디스플레이에 사용된다.

원소 증기(금속 및 비금속)

• 수은 증기는 조명, 수은 아크 밸브, 이그니트론 등 전류가 높은 용도에 사용됩니다.수은은 높은 증기압과 낮은 이온화 잠재력 때문에 사용된다.불활성 가스와 혼합된 수은은 튜브의 에너지 손실이 낮고 튜브 수명이 길어야 하는 경우에 사용됩니다.수은-비활성 가스 혼합물의 경우, 방출되는 열은 주로 불활성 가스에 의해 전달되며, 방출된 열은 원하는 증기 압력에 도달하기에 충분한 수은을 증발시키는 역할을 합니다.저전압(백볼트) 정류기는 소량의 불활성 가스와 함께 포화 수은 증기를 사용하여 튜브를 냉간 시동할 수 있습니다.고압(킬로볼트 등) 정류기는 저압에서 순수한 수은 증기를 사용하기 때문에 튜브의 최대 온도를 유지해야 합니다.액체 수은은 수은의 저장고 역할을 하며 방전 중에 소모되는 증기를 보충합니다.불포화 수은 증기는 사용할 수 있지만, 보충할 수 없기 때문에 튜브의 수명이 짧아집니다.^[1]수은 온도에 대한 증기 압력의 강한 의존성은 수은 기반 튜브가 작동할 수 있는 환경을 제한합니다.저압 수은 램프에는 최고의 효율을 위한 최적의 수은 압력이 있습니다.이온화된 수은 원자에 의해 방출된 광자는 근처의 비이온화 원자에 의해 흡수되어 재방사되거나 원자가 비방사성으로 탈진될 수 있습니다. 따라서 수은 압력이 너무 높으면 빛의 손실이 발생합니다.수은 압력이 너무 낮으면 이온화되고 광자를 방사할 수 있는 원자가 너무 적다.저압 수은 램프의 최적 온도는 약 42°C이며, 수은의 포화 증기 압력(관 내 액체 수은의 약 1mg의 방울로 표시되며, 청소로 손실을 보상하는 저장소로 표시됨)이 이 최적에 도달합니다.더 높은 주변 온도 및 더 넓은 온도 범위에서 작동하도록 설계된 램프에서 수은은 예를 들어 비스무트 및 인듐과 함께 아말감 형태로 존재하며, 아말감 위의 증기 압력은 액체 ^[8]수은보다 낮습니다.수은 형광체를 자극하기 위한 가시광선 및 자외선의 소스로 형광관에서 사용됩니다. 이 경우 수은은 보통 아르곤과 함께 사용되거나 경우에 따라 크립톤 또는 네온과 함께 사용됩니다.수은 이온은 천천히 탈이온화되어 수은으로 채워진 티라트론의 전환 속도를 제한합니다.상대적으로 낮은 에너지의 수은 이온에 의한 이온 충격도 점차 산화물 코팅된 ^[2]캐소드를 파괴한다.
• 나트륨 증기는 나트륨 증기 램프에 사용됩니다.
• 유황 증기는 유황 램프에 사용된다.
• 많은 금속의 증기는 단독으로 또는 귀한 가스와 함께 많은 레이저에 사용된다.

기타 가스

• 일부 저부하 응용 프로그램에서는 공기를 사용할 수 있습니다.
• 상대적으로 높은 압력의 질소는 축적 시간이 짧기 때문에 서지 피뢰기에 사용되는 경향이 있으며, 이로 인해 튜브는 ^[1]전압 서지에 대한 응답 시간이 빠릅니다.
• 할로겐과 알코올 증기는 자외선을 흡수해 전자 친화력이 높다.불활성 가스에 첨가되면 방출을 억제합니다. 이는 예를 들어 에서 이용됩니다.가이거-뮐러 [1]튜브

절연 가스

특수한 경우(예: 고전압 스위치)에는 양호한 유전 특성과 매우 높은 파괴 전압을 가진 가스가 필요합니다.고음성 원소, 예를 들어 할로겐은 방전 채널에 존재하는 이온과 빠르게 재결합하기 때문에 바람직하다.가장 인기 있는 선택지 중 하나는 특수 고전압 용도에 사용되는 육불화황입니다.다른 일반적인 옵션은 건식 가압 질소와 할로겐화탄소이다.

가스관 물리 및 기술

기본적인 메커니즘은 타운젠드 방전이며, 이는 가스 밀도에 대한 전계 강도의 임계치에 도달했을 때 이온 충격에 의한 전자 흐름의 지속적 증식이다.전계가 증가함에 따라 첨부 그림에 나타난 바와 같이 다양한 방전 위상이 발생합니다.사용된 가스는 튜브의 매개변수에 큰 영향을 미칩니다.파괴 전압은 가스 성분과 전극 거리에 따라 달라지며, 의존성은 Paschen의 법칙에 의해 설명됩니다.

가스 압력

가스 압력은 0.001 ~ 1,000Torr(0.13 ~ 130,000Pa) 사이일 수 있으며, 가장 일반적으로 1~10Torr 사이의 압력이 사용됩니다.^[1]가스 압력은 다음 요소에 ^[1]영향을 미칩니다.

• 고장 전압(점화 전압이라고도 함)
• 전류 밀도
• 동작 전압
• 백파이어 전압
• 튜브 수명(가스의 사용으로 인해 낮은 압력 튜브의 수명이 짧아지는 경향이 있음)
• 캐소드 스패터링, 높은 압력으로 감소

특정 값을 초과하면 가스 압력이 높을수록 점화 전압이 높아집니다.고압 조명 튜브는 가스 압력이 낮을 때 추울 때 점화 시 몇 킬로볼트 임펄스가 필요할 수 있습니다.워밍업 후 발광에 사용되는 휘발성 화합물이 증발하여 압력이 상승하면 방전 재점화는 상당히 높은 전압을 요구하거나 ^[8]램프를 냉각하여 내부 압력을 감소시킨다.예를 들어, 많은 나트륨 증기 램프는 꺼진 후 즉시 다시 켤 수 없습니다. 다시 켜지기 전에 냉각시켜야 합니다.

가스는 튜브 작동 중에 청소라고 하는 여러 가지 현상에 의해 소모되는 경향이 있습니다.가스 원자 또는 분자는 전극 표면에 흡착됩니다.고압관에서는 가속이온이 전극 재료에 침투할 수 있다.전극의 스패터링에 의해 형성되어 튜브의 내부 표면 등에 퇴적된 새로운 표면도 가스를 쉽게 흡착할 수 있습니다.불활성 가스는 튜브 구성 요소와 화학적으로 반응할 수도 있습니다.수소는 일부 ^[1]금속을 통해 확산될 수 있다.

진공관 내 가스 제거에는 게터가 사용됩니다.가스가 채워진 튜브에 가스를 재공급하기 위해 보충기를 사용한다.가장 일반적으로 보충기는 수소와 함께 사용된다. 수소를 흡수하는 금속(예를 들어 지르코늄 또는 티타늄)으로 만들어진 필라멘트가 튜브에 존재하며, 온도를 조절함으로써 흡수 및 탈착된 수소의 비율을 조절하여 튜브 내의 수소 압력을 제어한다.금속 필라멘트는 수소 저장소의 역할을 한다.이 접근방식은 수소 티라트론 또는 중성자 튜브에 사용된다.포화 수은 증기를 사용하면 액체 수은 풀을 물질의 대량 저장소로 사용할 수 있습니다. 정화에 의해 손실된 원자는 더 많은 수은의 증발에 의해 자동으로 보충됩니다.그러나 튜브 내의 압력은 수은 온도에 따라 크게 달라지며,^[1] 수은 온도를 신중하게 조절해야 합니다.

대형 정류기는 소량의 불활성 기체와 함께 포화 수은 증기를 사용합니다.불활성 가스는 튜브가 차가울 때 방전을 지원한다.

수은 아크 밸브 전류-전압 특성은 액체 수은의 온도에 크게 좌우됩니다.정방향 바이어스의 전압 강하는 0°C에서 약 60V에서 50°C에서 10V를 약간 초과한 후 일정하게 유지됩니다. 역방향 바이어스 파괴("arc-back") 전압은 60°C에서 36kV에서 80°C에서 12kV로 급격히 감소하며, 고온에서는 더 낮습니다.따라서 작동 범위는 보통 18~^[9]65 °C입니다.

가스 순도

원하는 특성을 유지하려면 튜브 안의 가스를 순수하게 유지해야 합니다. 적은 양의 불순물이라도 튜브 값을 크게 바꿀 수 있습니다. 일반적으로 비불활성 가스가 있으면 분해 및 연소 전압이 증가합니다.불순물의 존재는 가스의 광휘색 변화에 의해 관찰될 수 있다.튜브로 누출되는 공기는 산소를 도입하여 전기음성 반응이 매우 뛰어나고 전자 눈사태의 생성을 억제합니다.이로 인해 분비물이 창백하거나 유백색 또는 불그스름해 보입니다.수은 증기의 흔적이 푸르스름하게 빛나면서 원래의 가스색을 가리고 있다.마그네슘 증기가 방전을 녹색으로 물들인다.작동 중 튜브 구성 요소의 가스 배출을 방지하기 위해 가스를 채우고 씰링하기 전에 베이크아웃이 필요합니다.고품질 튜브에는 철저한 가스 제거가 필요합니다. 몇 시간 내에 전극을 단분자 산화물로 덮는 데는 산소⁻⁸ 10토르(μPa 이상)가 충분합니다.불활성 가스는 적절한 게터로 제거할 수 있습니다.수은이 함유된 튜브의 경우 수은과 아말감을 형성하지 않는 게터(예: 지르코늄, 바륨)를 사용해야 합니다.캐소드 스패터는 비불활성 가스를 얻기 위해 의도적으로 사용될 수 있습니다. 일부 참조 튜브는 이를 ^[1]위해 몰리브덴 캐소드를 사용합니다.

순수 불활성 가스는 개폐 튜브와 같이 점화 전압과 연소 전압의 차이가 커야 하는 경우에 사용됩니다.표시 및 안정화용 튜브는 차이가 작아야 하는 경우 페닝 혼합물로 채워지는 경향이 있습니다. 점화 전압과 연소 전압의 차이가 작을수록 낮은 전원 공급 전압과 더 작은 직렬 ^[1]저항을 사용할 수 있습니다.

가스 충전 튜브 조명 및 디스플레이

형광등, CFL 램프, 수은 및 나트륨 방전 램프, HID 램프는 모두 조명에 사용되는 가스 충전 튜브입니다.

네온 램프와 네온 사이니지(요즘 네온 베이스가 아닌 것)도 저압 가스 튜브다.

특수한 역사적 저압 가스 충전 튜브 장치에는 Nixie 튜브(숫자 표시에 사용)와 Decatron(디스플레이를 보조 기능으로 하여 펄스를 카운트 또는 분할하는 데 사용)이 있습니다.

제논 플래시 램프는 밝은 섬광을 생성하기 위해 카메라와 스트로보 조명에 사용되는 가스 충전 튜브입니다.

최근에 개발된 유황 램프도 뜨거울 때 가스가 차 있는 튜브입니다.

전자제품의 가스 충전관

점화전압은 오랜 시간 동안 비활성 상태가 지속되면 0으로 떨어질 수 있는 이온농도에 따라 달라지기 때문에 많은 튜브가 이온 가용성을 위해 준비됩니다.

• 광학적으로 주변 조명 또는 2광원 백열등 또는 동일한 봉투의 글로우 방전에 의해
• 가스에 삼중수소를 첨가하거나 내부 외피를 코팅함으로써 방사능을 방출한다.
• 전기적으로, 유지 보수 전극 또는 프라이머 전극을 사용하여

전원 장치

일부 중요한 예로는 고압 전류를 전환하는 데 사용되는 티라트론, 크립트론 및 이그니트론 튜브가 있습니다.가스 방전 튜브(GDT)라고 불리는 특수한 형태의 가스 충전 튜브는 전기 및 전자 회로의 전압 서지를 제한하기 위해 서지 프로텍터로 사용하도록 제작되었습니다.

컴퓨터 튜브

음의 미분 저항 영역의 슈미트 트리거 효과를 활용하여 네온 램프, 트리거 튜브, 릴레이 튜브, 데카트론 및 닉시 튜브를 사용하는 타이머, 완화 오실레이터 및 디지털 회로를 실현할 수 있습니다.

티라트론은 점화 전압 이하로 작동하여 3중극으로 사용할 수도 있으며, 무선 제어 수신기에서 ^[10]아날로그 신호를 자가 소등 초재생 검출기로 증폭할 수 있습니다.

인디케이터

닉시 튜브 외에도 특별한 네온 램프가 있었다.

• 튜닝 얼리 튜닝 인디케이터, 짧은 와이어 양극과 부분적으로 빛나는 긴 와이어 캐소드가 있는 유리 튜브. 예열 길이는 튜브 전류에 비례합니다.
• 인광 네온 램프
• 래칭 표시기로 사용되는 발광 트리거 튜브 또는 도트 매트릭스 디스플레이의 픽셀
  • 직광 트리거 튜브
  • 인화 트리거 튜브

노이즈 다이오드

UHF까지의 주파수에 대해서는 일반 전파관 유리 엔벨로프에, SHF 주파수 및 도파관에 대각선 삽입에 대해서는 필라멘트에 대해서는 일반 베요넷 전구 마운트가 있는 길고 얇은 유리관에 사용할 수 있었다.

혼합물이 출력 온도에 의존하기 때문에 네온과 같은 순수한 불활성 가스로 채워졌습니다.연소전압은 200V 미만이었지만 발화를 위해서는 백열 2와트 램프의 광학적 프라이밍과 5kV 범위의 전압 서지가 필요했다.

소형 티라트론은 가로 자기장에서 ^[11]다이오드로 작동할 때 노이즈 소스로서 추가로 사용되었습니다.

전압 조절관

20세기 중반에서 voltage-regulator 튜브 일반적으로 사용되었다.

Elapsed-time 측정

음극 sputtering의 시간 Totalizer이sputtered 금속 저항이 따라서 천천히 감소하는 수집가 요소에 쌓인 metal-vaporcoulometer-based 경과 시간 미터에서 창출된다.[12]

-tron 관의 목록

^[13]

• 수성 수영장 튜브
  • Excitron, 수은 수영장 튜브.
  • Gusetron 또는 gausitron, 수은 아크. 수영장 튜브.
  • Ignitron, 수은 수영장 튜브.
  • Sendytron, 수은 수영장 튜브.
• Trignitron, 수은 수영장 튜브 전기 용접기에 사용한 트레이드 네임
  • Capacitron, 수은 수영장 튜브.
• Corotron, 가스 봉입 분권 조정기에 대한 상호, 보통 방사성 물질의 소량, 규제되는 전압을 설정 포함되어 있다.
• 크로스아트론, 변조관
• Kathetron 또는 cathetron, 튜브 외부에 그리드가 있는 열음극 가스 충전 3극
• 네오트론, 펄스 발생기
• 자기장에 의해 제어되는 양극 전류를 가진 열음극 정류기인 Permatron
• 파노트론, 정류기
• 그리드 제어 수은 아크 정류기인 플로마트론
• 스트로보트론, 고속 촬영에 사용되는 고전류 협펄스용으로 설계된 냉음극관
• Takktron, 고전압 저전류용 냉음극 정류기
• 열음극 전환관인 티라트론
• 스파크 갭과 유사한 고전류 스위치인 Trigatron
• 진공 측정용 이온화관 형태인 알파트론
• 데카트론, 계수관(닉시 튜브 및 네온 라이트 참조)
• 플라스마트론, 제어 양극 전류를 가진 열음극관
• 인터럽트 전류가 흐르는 저소음 티라트론인 암묵론
• 고속 냉음극 전환관인 Krytron

「 」를 참조해 주세요.

• 플라즈마 물리학 기사 목록

레퍼런스

외부 링크

• 펄스 전력 스위칭 장치 – 개요(진공 및 가스 충전 스위칭 튜브 모두)
• 방사선, 가스 충전 검출기 측정
• 가스 배출관