لوله پر از گاز کیست؟ توضیح بده.
یک لوله پر از گاز، که همچنین به عنوان لوله تخلیه یا سابقاً به عنوان لوله پلوکر، ترتیبی از الکترودها در یک گاز در یک محفظه عایق مقاوم در برابر حرارت است. لوله‌های پر از گاز از پدیده‌های مربوط به تخلیه الکتریکی در گازها استفاده می‌کنند و با یونیزه کردن گاز به وسیله ولتاژ اعمال شده برای ایجاد رسانایی الکتریکی توسط پدیده‌های زیربنایی تخلیه تاونزند کار می‌کنند. لامپ تخلیه گاز یک چراغ الکتریکی است که به وسیله یک لوله پر از گاز کار می‌کند. اینها شامل لامپ‌های فلورسنت، لامپ‌های متال هالید، لامپ‌های بخار سدیم و لامپ‌های نئون است. لوله‌های پر از گاز مخصوص مانند کریترون‌ها، تایترون‌ها و ایگنیترون‌ها به عنوان افزاره‌های کلیدزنی در دستگاه‌های 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 شیشه‌ای است، لوله‌های قدرت اغلب از جنس سرامیک هستند و لوله‌های نظامی اغلب از فلز با روکش شیشه استفاده می‌کنند. در هر دو دستگاه کاتد گرم و کاتد سرد با هم در تماس هستند.گازهای مورد استفاده.هیدروژن.هیدروژن در لوله‌هایی استفاده می‌شود که برای سوئیچینگ بسیار سریع استفاده کاربرد دارند، به عنوان مثال، برخی از تیراترون‌ها، دکاترون‌ها، و کریترون‌ها، جایی که لبه‌هایی با شیب بسیار تند مورد نیاز است. زمان ساخت و بازیابی هیدروژن بسیار کوتاهتر از سایر گازها است. تیراترون‌های هیدروژن معمولاً کاتدی گرم هستند. هیدروژن (و دوتریوم) را می‌توان در لوله به شکل یک هیدرید فلزی که با یک رشته کمکی گرم می‌شود 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.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 لوله‌های سوئیچینگ سریع به جای هیدروژن در مواقعی که عملیات ولتاژ بالا مورد نیاز است استفاده می‌شود. برای مقایسه، تیراترون CX1140 پر از هیدروژن دارای درجه ولتاژ آند ۲۵ کیلو ولت است، در حالی که CX1159 پر از دوتریوم دارای ولتاژ ۳۳ 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 به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. با این حال، زمان بازیابی آن حدود ۴۰ درصد کندتر از هیدروژن است.گازهای نجیب.گازهای نجیب اغلب در لوله‌ها برای استفاده‌های بسیاری، از روشنایی گرفته تا سوئیچینگ، استفاده می‌شوند. گازهای نجیب خالص در لوله‌های سوئیچینگ استفاده می‌شود. تیراترون‌های پر از گاز نجیب، پارامترهای الکتریکی بهتری نسبت به تیراترون‌های مبتنی بر جیوه دارند. الکترودها توسط یون‌های با سرعت بالا آسیب می‌بینند. اتم‌های خنثی گاز در اثر برخورد، سرعت یون‌ها را کاهش می‌دهند و انرژی انتقال یافته به الکترودها در اثر برخورد یون را کاهش می‌دهند. گازهای با وزن مولکولی بالا، به عنوان مثال زنون، از الکترودها بهتر از گازهای سبک‌تر مانند نئون محافظت می‌کنند.گازهای عایق.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، هالوژن‌ها، مورد نیاز هستند زیرا آنها به سرعت با یون‌های موجود در کانال تخلیه، دوباره ترکیب می‌شوند. یکی از محبوب‌ترین گزینه‌ها هگزا فلوراید گوگرد است که در کاربردهای خاص ولتاژ بالا استفاده می‌شود. گزینه‌های رایج دیگر نیتروژن خشک و هالوکربن‌ها هستند.فیزیک و فناوری لوله گاز.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 شده‌است، با افزایش میدان الکتریکی، فازهای مختلفی از تخلیه به وجود می‌آید. گاز مورد استفاده به‌طور چشمگیری بر پارامترهای لوله تأثیر می‌گذارد. ولتاژ شکست به ترکیب گاز و فاصله الکترود بستگی دارد. وابستگی‌ها توسط قانون پاشن توصیف می‌شوند.فشار گاز.فشار گاز ممکن است بین ؛ معمولاً از فشارهای بین 1-10 torr استفاده می‌شود. فشار گاز بر عوامل زیر تأثیر می‌گذارد:بالاتر از یک مقدار معین، هر چه فشار گاز بیشتر باشد، ولتاژ احتراق بالاتر می‌رود. 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 می‌شود و فشار افزایش می‌یابد، تخلیه مجدد به ولتاژ قابل بسیار بالاتری یا کاهش فشار داخلی به وسیله خنک کردن لامپ نیاز دارد. به عنوان مثال، بسیاری از لامپ‌های بخار سدیم را نمی‌توان 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 می‌شود، مصرف شود. اتم‌ها یا مولکول‌های گاز بر روی سطوح الکترودها جذب می‌شوند. در لوله‌های ولتاژ بالا، یون‌های شتاب گرفته می‌توانند به داخل مواد الکترود نفوذ کنند. سطوح جدید، که با کندوپاش الکترودها تشکیل شده و روی سطوح داخلی لوله قرار می‌گیرند، به راحتی گازها را جذب می‌کنند. گازهای غیر خنثی نیز می‌توانند از نظر شیمیایی با اجزای لوله واکنش دهند. هیدروژن ممکن است از طریق برخی فلزات پخش شود.برای حذف گاز در لوله‌های خلاء از گیرنده‌ها و برای تأمین مجدد گاز برای لوله‌های پر از گاز، از پرکننده‌ها استفاده می‌شود. اغلب، پرکننده‌ها با هیدروژن استفاده می‌شوند. 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 می‌شود و در نتیجه فشار هیدروژن در لوله کنترل می‌شود. رشته فلزی به عنوان مخزن هیدروژن عمل می‌کند. از این رویکرد به عنوان مثال در تیراترون‌های هیدروژن یا لوله‌های نوترونی استفاده می‌شود. استفاده از بخار جیوه اشباع شده امکان استفاده از یک منبع جیوه مایع را به عنوان مخزن بزری از مواد فراهم می‌کند. اتم‌های از دست رفته توسط پاکسازی، به‌طور خودکار با تبخیر جیوه بیشتر دوباره پر می‌شوند. فشار در لوله به شدت به دمای جیوه بستگی دارد که باید به دقت کنترل شود.یکسو کننده‌های بزرگ از بخار جیوه اشباع شده با مقدار کمی گاز بی اثر استفاده می‌کنند. هنگامی که لوله سرد است، گاز بی اثر از تخلیه پشتیبانی می‌کند.مشخصات جریان-ولتاژ شیر قوس جیوه به شدت به دمای جیوه مایع بستگی دارد. افت ولتاژ در بایاس رو به جلو از حدود ۶۰ ولت در ۰ درجه سانتیگراد تا حدودی بالاتر از ۱۰ ولت در ۵۰ درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد و سپس ثابت می‌ماند. ولتاژ شکست بایاس معکوس ("قوس عقب") به‌طور چشمگیری با دما کاهش می‌یابد، از ۳۶ کیلوولت در ۶۰ درجه سانتی گراد تا ۱۲ کیلو ولت در ۸۰ درجه سانتیگراد یا حتی کمتر در دماهای بالاتر؛ بنابراین محدوده عملیاتی معمولاً بین ۱۸ تا ۶۵ درجه سانتی گراد استخلوص گاز.گاز داخل لوله باید خالص نگه داشته شود تا خواص مورد نظر حفظ شود. حتی مقدار کمی ناخالصی می‌تواند به‌طور چشمگیری خواص لوله را تغییر دهد. وجود گازهای غیر خنثی به‌طور کلی باعث افزایش ولتاژ شکست و سوختن می‌شود. وجود ناخالصی‌ها را می‌توان با تغییر در رنگ درخشش گاز مشاهده کرد. نشت هوا به داخل لوله باعث وارد شدن اکسیژن می‌شود که بسیار الکترونگاتیو بوده و از تولید بهمن‌های الکترونی جلوگیری می‌کند. این باعث می‌شود ترشحات، رنگ پریده، شیری یا قرمز به نظر برسد. رد بخارهای جیوه مایل به آبی می‌درخشند و رنگ گاز اصلی را پنهان می‌کنند. بخار منیزیم ترشحات را سبز رنگ می‌کند. برای جلوگیری از خروج گاز از اجزای لوله در حین کار، قبل از پر کردن با گاز و آب‌بندی نیاز به حرارت دهی است. گاز زدایی کامل برای لوله‌های با کیفیت بالا مورد نیاز است. حتی به اندازه torr (≈۱ μPa)10−8 اکسیژن برای پوشاندن الکترودها با لایه اکسید تک مولکولی در چند ساعت کافی است. گازهای غیر خنثی را می‌توان به‌وسیلهٔ گیرنده‌های مناسب حذف کرد. برای لوله‌های حاوی جیوه، باید از گیرنده‌هایی استفاده شود که با جیوه، آمالگام تشکیل نمی‌دهند (مثلاً زیرکونیوم، اما نه باریم). کندوپاش کاتدی ممکن است عمداً برای گرفتن گازهای غیر خنثی استفاده شود. برخی از لوله‌های مرجع برای این منظور از کاتدهای مولیبدن استفاده می‌کنند.گازهای خنثی خالص در جایی استفاده می‌شوند که اختلاف بین ولتاژ جرقه و ولتاژ احتراق باید زیاد باشد، به عنوان مثال در لوله‌های سوئیچینگ. لوله‌ها 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 می‌دهد تا از ولتاژهای منبع تغذیه کمتر و مقاومت‌های سری کوچکتر استفاده کنید.نورپردازی و نمایش لوله‌های پر از گاز.چراغ‌های فلورسنت، لامپ‌های CFL ، لامپ‌های تخلیه جیوه و سدیم و لامپ‌های HID همگی لوله‌های پر از گاز هستند که برای روشنایی استفاده می‌شوند.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.لامپ‌های فلاش زنون لوله‌های پر از گازی هستند که در دوربین‌ها و چراغ‌های بارق برای تولید فلاش‌های روشن استفاده می‌شوند.لامپ‌های گوگردی که اخیراً ساخته شده‌اند نیز در صورت داغ بودن، لوله‌های پر از گاز هستند.لوله‌های پر از گاز در الکترونیک.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 لوله‌ها برای در دسترس بودن یون آماده شده‌اند:دستگاه‌های قدرت.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 شده‌است.لوله‌های محاسباتی.از اثر ماشه اشمیت در ناحیه مقاومت دیفرانسیل منفی می‌توان برای تحقق تایمرها، نوسانگرهای استراحت و مدارهای دیجیتال با لامپ‌های نئونی، "لوله‌های ماشه"، "لوله‌های رله"، دکاترون‌ها و لوله‌های nixie استفاده کرد.تیراترون‌ها همچنین می‌توانند به‌عنوان تریودها با بهره‌برداری 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.شاخص‌ها.لامپ‌های نئونی مخصوصی در کنار لوله‌های nixie وجود داشت:دیودهای نویز.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 دیودها با یک گاز خنثی خالص مانند نئون پر شده بودند زیرا مخلوط‌ها خروجی را وابسته به دما می‌کردند. ولتاژ سوزاندن آنها زیر ۲۰۰ ولت بود، اما برای احتراق نیاز به آغازگر نوری توسط یک لامپ رشته‌ای ۲ واتی و افزایش ولتاژ در محدوده ۵ کیلو ولت داشتند.یک تیراترون مینیاتوری زمانی که به عنوان دیود در میدان مغناطیسی عرضی عمل می‌کند، به عنوان منبع نویز کاربرد بیشتری دارد.لوله‌های تنظیم کننده ولتاژ.در اواسط قرن بیستم معمولا از لوله‌های تنظیم کننده ولتاژ استفاده می‌شد.اندازه‌گیری زمان سپری شده.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.