Gasentladungsprozesse

Gasentladungsprozesse bezeichnen elektrische Entladungen in Gasen, bei denen der Strom durch Ionisierung des Gasvolumens getragen wird. Ein externes elektrisches Feld beschleunigt Elektronen, die Kollisionen mit Molekülen auslösen und weitere Ladungsträger erzeugen. Diese Prozesse hängen von Gasart, Druck, Abstand der Elektroden und Geometrie ab und reichen von spärlichen Avalanches bis zu dichter Glüh- oder Lichtbogenentladung.

Der Typ der Entladung hängt vom Stromdichtebereich ab. Die Townsend-Entladung beschreibt eine frühe,ämpäre Avalanche-Verstärkung ohne sichtbares Leuchten; mit zunehmendem Strom kann das Gas in eine Glühentladung übergehen, in der sich Regionen mit unterschiedlicher Leuchtcharakteristik bilden. Bei weiterer Erhöhung des Stroms tritt der Lichtbogen auf, der durch heiße, leitende Kanäle gekennzeichnet ist. Zwischen diesen Regimen treten weitere Spezifika auf, wie die Coronaentladung bei stark gekrümmten Elektroden sowie dielectric-barrier-discharge-Systeme, die durch eine Barriere entgegengesetzte Entladungsformen erzeugen.

Eine zentrale physikalische Größe ist die Durchbruchspannung, die das Auftreten einer Entladung kennzeichnet und von Gastyp, Druck und Abstand abhängt (Paschen-Gesetz). Die Entladung erfolgt durch Elektronenimpakt-Ionisation, häufig begleitet von sekundärer Emission und Photonennachlichtung; die entstehenden Plasmastrukturen weisen charakteristische Spektren und elektronisch angeregte Zustände auf.

Anwendungen reichen von intelligenter Beleuchtung (Neon- und Leuchtstofflampen, Glimmentladungen) über Plasmabehandlungen von Oberflächen bis hin zu Halbleiterprozessen (Abtragungen, Ionenimplantation) und Ozon- bzw. UV-Erzeugung. Sicherheit erfordert Hochspannungsschutz und Gasmanagement, da Gefahren durch Funkenbildung, Hitze und toxische oder reaktive Gase bestehen.

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