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Gas|entladung,

 

der Durchgang eines elektrischen Stromes durch ein Gas oder einen Dampf und die dabei auftretenden, stark von der Stromdichte und vom Gasdruck abhängigen physikalischen Erscheinungen (neben Leuchterscheinungen auch akustische Effekte wie Knistern, Zischen oder Donner und chemische Prozesse wie Ozon- oder Stickoxidbildung). Die Ladungsträger in Gasentladungen sind freie Elektronen sowie positive und negative Ionen, die meist durch Stoß- oder Photoionisation der Gasmoleküle, bei unselbstständigen Entladungen durch Ionisation von außen (z. B. durch Röntgen- und Gammastrahlen, durch Glühelektronen und Photonen aus Glüh- beziehungsweise Photokathoden oder durch hohe Temperatur) erzeugt werden. Bei selbstständigen Entladungen werden die Ladungsträger v. a. durch Stoßprozesse im Gas selbst ständig nachgeliefert; die Ionisierungsenergie wird dabei von der (in Gasentladungsröhren zwischen Elektroden) wirksamen Spannung aufgebracht, die hinreichend groß sein muss, um die Ladungsträger so zu beschleunigen, dass sie Stoßionisationen hervorrufen. Während unselbstständige Gasentladung an keine Mindestspannung gebunden sind und erlöschen, wenn der äußere »Ionisator« entfernt wird, »brennen« Gasentladungen von selbst, solange ihre in einem weiten Bereich vom Entladungsstrom unabhängige Brennspannung nicht eine Mindestspannung, die Löschspannung, unterschreitet.

 

Da durch Höhen- und Umgebungsstrahlung stets ionisierende Teilchen vorhanden sind, die als Primärteilchen die Bildung von Ladungsträgerlawinen verursachen können, ist oberhalb einer kritischen Feldstärke stets eine selbstständige Gasentladung möglich. Die zugehörige Zünd- oder Durchbruchspannung ist von Kathodenmaterial, Gasart und Gasdruck abhängig. Für den häufig benutzten Gasdruck von etwa 10 bis 1 000 Pa (= 0,1 bis 10 mbar) unterscheidet man nach der Stromstärke beziehungsweise -dichte drei Formen: die meist nur durch Fremdionisation aufrechtzuerhaltende Dunkel- oder Townsend-Entladung mit geringer Lichtemission, geringer Stromstärke (Stromdichte bis etwa 10^-6 A/cm²) und entsprechend sehr kleinen Raumladungen (für den fließenden »Dunkelstrom« gilt das ohmsche Gesetz), die Glimmentladung (bis etwa 0,1 A/cm²) und die Bogenentladung (über 1 A/cm²). Weitere selbstständige Gasentladungen sind die Büschelentladung, der elektrische Funke und die Funkenentladung, die Koronaentladung und die Spitzenentladung. Die meisten Gasentladungen besitzen eine fallende Strom-Spannungs-Charakteristik, d. h., mit wachsender Stromstärke sinkt die Brennspannung. Sie benötigen deswegen einen äußeren ohmschen Widerstand, dessen Größe den Entladungstyp, die Brennspannung und die etwaige Löschspannung bestimmt.

 

In der Entladungsstrecke einer Gasentladungsröhre unterscheidet man aufeinander folgende Dunkel- und Leuchträume, die dadurch zustande kommen, dass die Elektronen nach einem unelastischen Zusammenstoß mit den Gasmolekülen im elektrischen Feld erst wieder eine zu einer weiteren Anregung hinreichende kinetische Energie aufnehmen müssen. Aufgrund des Verlaufs der elektrischen Feldstärke im Entladungsraum sind zu unterscheiden: der Raum unmittelbar neben der Kathode, in dem fast die gesamte an den Elektroden liegende Spannung abfällt (Kathodenfall), und ein kleiner Abfall an der Anode (Anodenfall). Zwischen diesen beiden Fallräumen liegt bei hinreichend langer Entladungsstrecke die auch als Entladungsrumpf bezeichnete positive Säule, ein hochionisiertes Gemisch (Plasma) aus neutralen Gasmolekülen, positiven und negativen Ionen, Elektronen und Photonen. Die Gasentladung wird in Entladungslampen zur Beleuchtung, als Lichtquelle in der optischen Spektroskopie und in der Laserphysik, im Ozonisator zur Ozonherstellung und in Gasentladungsdetektoren (Ionisationskammer, Zählrohr, Funkenkammer) zum Nachweis ionisierender Teilchen ausgenutzt.

 

Literatur:

 

T. Wasserrab: Gaselektronik, 2 Bde. (1971-72);

 K. Wiesemann: Einf. in die Gaselektronik (1976).