미광방전
[ Glow discharge ]
미광방전은 저압 가스에 흐르는 전류에 의해 전도성 플라즈마가 형성되면서 특정 색의 빛이 방사되는 현상이다.
목차
전도성 가스
그림 1. 교류 전원을 이용하는 네온등.
미광방전은 전도성 가스에 의해 발생하는데, 가스가 전도성을 가지려면 전자나 이온과 같은 전하 운반자를 필요로한다. 전하 운반자가 많아 높은 전기전도도를 가진 이온화된 가스를 플라즈마라고 한다. 가스를 이온화시켜 플라즈마를 만드는 방법은 크게 세종류로 나누어진다.
이온들이 중성인 가스와 충돌하면서 운동에너지를 가스에 전달할 수 있다. 이 가스들이 음극과 충돌하여 전자를 방사시키는 것을 이차 전자 방사라고 한다.
미광방전의 원리전도성 가스를 이용하는 미광방전은 네온등(그림 1), 형광등, 등에 사용되는데 기본 구조 및 원리는 다음과 같다.
- 가스 압력이 대기압의 만분의 일 ~ 천분의 일인 작은 유리관 속에 두 개의 전극이 위치한다.
- 일반적으로 네온 가스가 많이 사용되고, 두 전극 사이에는 수백 볼트의 전위차가 유지된다.
- 무작위 운동에 의한 충돌로 일부 가스 원자들의 이온화가 시작되고, 음극에서는 충돌에 의해 이차 전자 방사가 일어난다.
- 방사된 전자가 양극으로 이동하면서 추가적인 이온화가 진행되어 전도성 가스가 된다.
- 전자, 이온, 원자들의 충돌에 의해 일부 가스가 높은 에너지 상태로 변하는데, 이 가스가 낮은 에너지 상태로 회복되면서 빛이 방출된다. 이 때 방출되는 빛의 에너지는 가스의 높은 에너지 상태와 낮은 에너지 상태 차이에 해당한다.
일부 가속된 양이온이 음극과 직접 충돌하는 때려내기(sputtering) 현상이 발생할 수 있다. 때려내기에 의해 방사된 빛의 분광을 이용하여 음극 구성 물질의 성분을 분석할 수 있지만, 때려내기는 네온등과 같이 미광방전을 이용한 전등의 수명을 단축시킨다.
기타 방전 현상미광방전 외에도 아래와 같은 다양한 방전 현상이 있다.
- 불꽃방전 (spark discharge): 방전에 의해 매우 짧은 시간동안 큰 전류가 흐르면서 빛과 소리를 방출하는 현상이다.
- 점 방전 (point discharge): 뾰족한 금속의 끝 부분에 형성된 강한 전기장에 의해 방전이 일어나는 현상이다.
- 아크방전 (arc discharge): 전위차이에 의해 비전도성 가스가 전도성 플라즈마가 되어 빛이 발생하는 현상으로 미광방전보다는 낮은 전위차에서 일어난다.
- 방전관 (discharge tube, gas-filled tube)은 관속에서 일어나는 방전 현상을 이용한 것으로, 가정에서 많이 사용하는 삼파장등이 방전관의 일종이다.
이 외에도 진공방전이 있다.