لوله پر از گاز
یک لوله پر از گاز، که همچنین به عنوان لوله تخلیه و یا سابقا به عنوان لوله ، ترتیبی از الکترودها در یک گاز در یک پاکت عایق مقاوم در برابر حرارت است . لوله های پر از گاز از پدیده های مربوط به تخلیه الکتریکی در گازها استفاده می کنند و با یونیزه کردن گاز به وسیله ولتاژ اعمال شده برای ایجاد رسانایی الکتریکی توسط پدیده های زیربنایی تخلیه تاونسند کار می‌کنند. لامپ تخلیه گاز یک چراغ الکتریکی است که به وسیله یک لوله پر از گاز کار می کند. اینها شامل لامپ های فلورسنت ، لامپ های متال هالید ، لامپ های بخار سدیم و لامپ‌های نئون است . لوله های پر از گاز مخصوص مانند کریترون ها ، تیراترون ها و ایگنیترون‌ها به عنوان دستگاه های سوئیچینگ در دستگاه های الکتریکی استفاده می‌شوند.
ولتاژ مورد نیاز برای شروع و حفظ تخلیه، به فشار و ترکیب گاز پرکننده و هندسه لوله بستگی دارد. اگرچه که پوشش معمولاً شیشه ای است، لوله های برق اغلب از جنس سرامیک هستند و لوله های نظامی اغلب از فلز با روکش شیشه استفاده می کنند. در هر دو دستگاه کاتد گرم و کاتد سرد با هم در تماس هستند.
هیدروژن در لوله هایی استفاده می شود که برای سوئیچینگ بسیار سریع استفاده کاربرد دارند، به عنوان مثال، برخی از تیراترون ها ، دکاترون ها ، و کریترون ها ، جایی که لبه هایی با شیب بسیار تند مورد نیاز است. زمان ساخت و بازیابی هیدروژن بسیار کوتاهتر از سایر گازها است. تیراترون های هیدروژن معمولاً کاتدی گرم هستند. هیدروژن (و دوتریوم) را می توان در لوله به شکل یک هیدرید فلزی که با یک رشته کمکی گرم می شود ذخیره کرد. با گرم کردن چنین عنصر ذخیره‌سازی می‌توان از آن برای دوباره پر کردن گاز استریل و حتی تنظیم فشار در صورت نیاز برای عملیات تیراترون در یک ولتاژ معین استفاده کرد.
دوتریوم در لامپ‌های فرابنفش برای طیف‌سنجی فرابنفش ، در لوله‌های مولد نوترون و در لوله‌های ویژه (مانند کراساترون ) استفاده می‌شود. ولتاژ شکست آن بالاتر از هیدروژن است. در لوله های سوئیچینگ سریع به جای هیدروژن در مواقعی که عملیات ولتاژ بالا مورد نیاز است استفاده می شود. برای مقایسه، تیراترون CX1140 پر از هیدروژن دارای درجه ولتاژ آند 25 کیلو ولت است، در حالی که CX1159 پر از دوتریوم دارای ولتاژ 33 کیلوولت است. همچنین، در ولتاژ یکسان، فشار دوتریوم می‌تواند بیشتر از هیدروژن باشد، که امکان افزایش نرخ جریان بالاتر را قبل از اینکه اتلاف آند بیش از حد شود، را فراهم می‌کند. اوج قدرت به طور قابل توجهی افزایش می یابد. با این حال، زمان بازیابی آن حدود 40 درصد کندتر از هیدروژن است.
گازهای نجیب اغلب در لوله ها برای استفاده های بسیاری، از روشنایی گرفته تا سوئیچینگ، استفاده می شوند. گازهای نجیب خالص در لوله های سوئیچینگ استفاده می شود. تیراترون های پر از گاز نجیب، پارامترهای الکتریکی بهتری نسبت به تیراترون های مبتنی بر جیوه دارند. الکترودها توسط یون های با سرعت بالا آسیب می بینند. اتم های خنثی گاز در اثر برخورد، سرعت یون ها را کاهش می دهند و انرژی انتقال یافته به الکترودها در اثر برخورد یون را کاهش می دهند. گازهای با وزن مولکولی بالا، به عنوان مثال زنون، از الکترودها بهتر از گازهای سبک تر مانند نئون محافظت می کنند.
در موارد خاص (مثلاً کلیدهای فشار قوی)، گازهایی با خواص دی الکتریک خوب و ولتاژهای شکست بسیار بالا مورد نیاز است. عناصر بسیار الکترونگاتیو ، به عنوان مثال، هالوژن ها ، مورد نیاز هستند زیرا آنها به سرعت با یون های موجود در کانال تخلیه، دوباره ترکیب می شوند. یکی از محبوب ترین گزینه ها هگزا فلوراید گوگرد است که در کاربردهای خاص ولتاژ بالا استفاده می شود. گزینه های رایج دیگر نیتروژن خشک و هالوکربن ها هستند.
مکانیسم اساسی، تخلیه تاونسند است، که ضرب پایدار جریان الکترون با ضربه یونی است، زمانی که یک مقدار بحرانی قدرت میدان الکتریکی برای چگالی گاز به دست می‌آید. همانطور که در نمودار نشان داده شده است، با افزایش میدان الکتریکی، فازهای مختلفی از تخلیه به وجود می آید. گاز مورد استفاده به طور چشمگیری بر پارامترهای لوله تأثیر می گذارد. ولتاژ شکست به ترکیب گاز و فاصله الکترود بستگی دارد. وابستگی ها توسط قانون پاشن توصیف می شوند.
فشار گاز ممکن است بین ؛ معمولاً از فشارهای بین 1-10 torr استفاده می شود. فشار گاز بر عوامل زیر تأثیر می گذارد: بالاتر از یک مقدار معین، هر چه فشار گاز بیشتر باشد، ولتاژ احتراق بالاتر می رود. لوله‌های روشنایی فشار بالا می‌توانند در زمان سرد شدن، زمانی که فشار گاز کم است، به ضربه‌های چند کیلوولتی برای احتراق نیاز دارند. پس از گرم شدن، هنگامی که ترکیب فرٍار(بخار شدنی) مورد استفاده برای انتشار نور تبخیر می شود و فشار افزایش می یابد، تخلیه مجدد به ولتاژ قابل بسیار بالاتری یا کاهش فشار داخلی به وسیله خنک کردن لامپ نیاز دارد. به عنوان مثال، بسیاری از لامپ های بخار سدیم را نمی توان بلافاصله پس از خاموش شدن دوباره روشن کرد. قبل از اینکه دوباره روشن شوند باید خنک شوند.
گاز تمایل دارد در طول عملیات لوله، توسط چندین پدیده که مجموعاً پاکسازی نامیده می شود، مصرف شود . اتم ها یا مولکول های گاز بر روی سطوح الکترودها جذب می شوند. در لوله های ولتاژ بالا، یون های شتاب گرفته می توانند به داخل مواد الکترود نفوذ کنند. سطوح جدید، که با کندوپاش الکترودها تشکیل شده و روی سطوح داخلی لوله قرار می گیرند، به راحتی گازها را جذب می کنند. گازهای غیر خنثی نیز می توانند از نظر شیمیایی با اجزای لوله واکنش دهند. هیدروژن ممکن است از طریق برخی فلزات پخش شود.
برای حذف گاز در لوله های خلاء از گیرنده‌ها و برای تامین مجدد گاز برای لوله های پر از گاز، از پرکننده ها استفاده می شود. اغلب، پرکننده ها با هیدروژن استفاده می شوند. یک رشته ساخته شده از یک فلز جاذب هیدروژن (مثلاً زیرکونیوم یا تیتانیوم) در لوله وجود دارد و با کنترل دمای آن نسبت هیدروژن جذب شده و دفع شده تنظیم می شود و در نتیجه فشار هیدروژن در لوله کنترل می شود. رشته فلزی به عنوان مخزن هیدروژن عمل می کند. از این رویکرد به عنوان مثال در تیراترون های هیدروژن یا لوله های نوترونی استفاده می شود. استفاده از بخار جیوه اشباع شده امکان استفاده از یک منبع جیوه مایع را به عنوان مخزن بزری از مواد فراهم می کند. اتم های از دست رفته توسط پاکسازی، به طور خودکار با تبخیر جیوه بیشتر دوباره پر می شوند. فشار در لوله به شدت به دمای جیوه بستگی دارد که باید به دقت کنترل شود.
یکسو کننده های بزرگ از بخار جیوه اشباع شده با مقدار کمی گاز بی اثر استفاده می کنند. هنگامی که لوله سرد است، گاز بی اثر از تخلیه پشتیبانی می کند.
مشخصات جریان-ولتاژ شیر قوس جیوه به شدت به دمای جیوه مایع بستگی دارد. افت ولتاژ در بایاس رو به جلو از حدود 60 ولت در 0 درجه سانتیگراد  تا حدودی بالاتر از 10 ولت در 50 درجه سانتیگراد کاهش می یابد و سپس ثابت می ماند. ولتاژ شکست بایاس معکوس ("قوس عقب") به طور چشمگیری با دما کاهش می یابد، از 36 کیلوولت در 60 درجه سانتی گراد تا 12 کیلو ولت در 80 درجه سانتیگراد یا حتی کمتر در دماهای بالاتر. بنابراین محدوده عملیاتی معمولاً بین 18 تا 65 درجه سانتی گراد است
گاز داخل لوله باید خالص نگه داشته شود تا خواص مورد نظر حفظ شود. حتی مقدار کمی ناخالصی می تواند به طور چشمگیری خواص لوله را تغییر دهد. وجود گازهای غیر خنثی به طور کلی باعث افزایش ولتاژ شکست و سوختن می شود. وجود ناخالصی ها را می توان با تغییر در رنگ درخشش گاز مشاهده کرد. نشت هوا به داخل لوله باعث وارد شدن اکسیژن می شود که بسیار الکترونگاتیو بوده و از تولید بهمن های الکترونی جلوگیری می کند. این باعث می شود ترشحات، رنگ پریده، شیری یا قرمز به نظر برسد. رد بخارهای جیوه مایل به آبی می درخشند و رنگ گاز اصلی را پنهان می کنند. بخار منیزیم ترشحات را سبز رنگ می کند. برای جلوگیری از خروج گاز از اجزای لوله در حین کار، قبل از پر کردن با گاز و آب بندی نیاز به حرارت دهی است. گاز زدایی کامل برای لوله های با کیفیت بالا مورد نیاز است. حتی به اندازه torr (≈1 μPa)10 اکسیژن برای پوشاندن الکترودها با لایه اکسید تک مولکولی در چند ساعت کافی است. گازهای غیر خنثی را می توان بوسیله گیرنده‌های مناسب حذف کرد. برای لوله های حاوی جیوه، باید از گیرنده هایی استفاده شود که با جیوه، آمالگام تشکیل نمی دهند (مثلاً زیرکونیوم ، اما نه باریم ). کندوپاش کاتدی ممکن است عمداً برای گرفتن گازهای غیر خنثی استفاده شود. برخی از لوله های مرجع برای این منظور از کاتدهای مولیبدن استفاده می کنند.
گازهای خنثی خالص در جایی استفاده می شوند که اختلاف بین ولتاژ جرقه و ولتاژ احتراق باید زیاد باشد، به عنوان مثال در لوله های سوئیچینگ. لوله ها برای بروز و تثبیت، در جایی که اختلاف باید کمتر باشد، باید با مخلوط پنینگ پر شوند. تفاوت کمتر بین ولتاژ جرقه و احتراق اجازه می دهد تا از ولتاژهای منبع تغذیه کمتر و مقاومت های سری کوچکتر استفاده کنید.
چراغ های فلورسنت ، لامپ های CFL ، لامپ های تخلیه جیوه و سدیم و لامپ های HID همگی لوله های پر از گاز هستند که برای روشنایی استفاده می شوند.
لامپ‌های نئونی و تابلوهای نئونی (که این روزها اکثر آنها دیگر مبتنی بر نئون نیستند) نیز لوله‌های پر از گاز کم فشار هستند.
دستگاه‌های تخصصی قدیمی پر از گاز کم فشار، شامل لوله Nixie (که برای نمایش اعداد استفاده می‌شود) و دکاترون (برای شمارش یا تقسیم پالس‌ها با نمایش به عنوان یک تابع ثانویه استفاده می‌شود) هستند.
لامپ های فلاش زنون لوله های پر از گازی هستند که در دوربین ها و چراغ های بارق برای تولید فلاش های روشن استفاده می شوند.
لامپ‌های گوگردی که اخیراً ساخته شده‌اند نیز در صورت داغ بودن، لوله‌های پر از گاز هستند.
از آنجایی که ولتاژ احتراق به غلظت یون بستگی دارد که ممکن است پس از یک دوره طولانی از عدم فعالیت به صفر برسد، بسیاری از لوله ها برای در دسترس بودن یون آماده شده اند:برخی از نمونه‌های مهم عبارتند از لوله‌های تیراترون ، کریترون و ایگنیترون که برای سوئیچ کردن جریان‌های ولتاژ بالا استفاده می‌شوند. یک نوع تخصصی از لوله پر از گاز به نام لوله تخلیه گاز (GDT) برای استفاده به عنوان محافظ ولتاژ، برای محدود کردن نوسانات ولتاژ در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی ساخته شده است.
از اثر ماشه اشمیت در ناحیه مقاومت دیفرانسیل منفی می توان برای تحقق تایمرها، نوسانگرهای استراحت و مدارهای دیجیتال با لامپ های نئونی ، "لوله های ماشه" ، "لوله های رله" ، دکاترون ها و لوله های nixie استفاده کرد .
تیراترون‌ها همچنین می‌توانند به‌عنوان تریودها با بهره برداری از آنها آن‌ها در زیر ولتاژ احتراق‌شان مورد استفاده قرار گیرند و به آن‌ها اجازه می‌دهد سیگنال‌های آنالوگ را به‌عنوان یک آشکارساز ابربازسازنده خود خاموش شونده در گیرنده‌های کنترل رادیویی تقویت کنند.
لامپ های نئونی مخصوصی در کنار لوله های nixie وجود داشت:دیودهای نویز کاتد داغ و تخلیه گاز در پاکت‌های شیشه‌ای لوله رادیویی معمولی برای فرکانس‌هایی تا UHF و لوله‌های شیشه‌ای بلند و نازک با پایه لامپ معمولی سرنیزه ای برای رشته و درپوش بالایی آند، برای فرکانس‌های SHF و درج مورب در یک موج بر .
این دیود ها با یک گاز خنثی خالص مانند نئون پر شده بودند زیرا مخلوط ها خروجی را وابسته به دما می کردند. ولتاژ سوزاندن آنها زیر 200 ولت بود، اما برای احتراق نیاز به آغازگر نوری توسط یک لامپ رشته ای 2 واتی و افزایش ولتاژ در محدوده 5 کیلو ولت داشتند.
یک تیراترون مینیاتوری زمانی که به عنوان دیود در میدان مغناطیسی عرضی عمل می کند، به عنوان منبع نویز کاربرد بیشتری دارد.
در اواسط قرن بیستم معمولا از لوله های تنظیم کننده ولتاژ استفاده می شد.
از کندوپاش کاتدی در "Time Totalizer استفاده می‌شود" ، یک زمان‌سنج فلز-بخار مبتنی بر کولومتر که در آن فلز پراکنده شده بر روی یک عنصر کلکتور رسوب می‌کند که مقاومت آن به آرامی کاهش می‌یابد.