방전관

방전관은 가스를 채운 관 속에서 높은 전위차에 의한 플라즈마 방전 현상을 유도하는 장치로서, 가정에서 많이 사용되는 삼파장등이 방전관의 일종이다.

그림 1. 방전관의 원리. 연쇄반응(avalanche)에 의해 플라즈마 방전이 일어난다.

방전관은 고온을 견딜 수 있고 절연된 관 속에 전극이 놓여 있는 구조로 되어 있다. 전극에 높은 전압을 걸어주면, 전극으로 많은 전하들이 몰려 전극 주위에 강한 전기장이 형성되어 가스를 이온화 시킬 수 있다. 양이온에 비해 음이온인 전자가 매우 가벼워 주로 이온화된 자유 전자들이 빠르게 이동하면서 주위의 다른 가스를 이온화시킨다. 결과적으로 연쇄반응이 일어나 대량의 가스들이 이온화되며, 이 과정에서 빛이 발생할 수 있다.

그림 1은 연쇄반응(avalanche)에 의해 플라즈마 방전이 일어나는 방전관의 원리를 보여주고 있다. 직류 전원(DC Voltage Source)을 걸어주면 양극(anode)과 음극(cathode) 사이에 전기장(electric field)이 형성된다. 이온화된 한 전자(original ionization event)에 의해 유발된 연쇄반응으로 대량의 이온화가 진행되는 과정을 보여주고 있다. 이온화된 전자들이 양극으로 이동하면서 더 많은 가스를 이온화시키고, 이 과정에서 전류가 흘러 빛이 발생할 수 있다.

삼파장등, 형광등, 네온등, 수은등, 나트륨등은 방전관의 일종이다. 방전을 지속적으로 일으킬 수 있는 전압은 가스의 종류와 관의 구조에 따라 달라진다. 방전관에 많이 사용되는 가스는 다음과 같다.

이 외에도 공기, 질소(nitrogen), 할로겐(halogen and alcohol vapor) 등도 사용된다.