Een Penning-mengsel is een mengsel van een inert gas en een kleine hoeveelheid van een ander gas met een lagere ionisatiespanning. Het mechanisme hierachter is het Penning-effect, waarbij energieoverdracht via botsingen tussen aangeslagen edelgasatomen en quenchgasdeeltjes leidt tot ionisatie.
Belangrijkste toepassingen:
- Neonverlichting: Meestal een mengsel van neon en argon (ca. 0,5–2%) om de doorslagspanning te verlagen.
- Nixie-buizen: Neon met kwikdamp voor een specifieke blauwe gloed.
- Natriumdamplampen: Neon-argon mengsels dienen hier als startgas.
- Plasmadisplays: Gebruik van helium of neon gecombineerd met xenon.
- Ionisatiedetectoren: Gebruik van diverse combinaties zoals argon-xenon, neon-argon, argon-acetyleen en xenon-TMA.
Penning-mengsel
Neonverlichting, neonlampen en displays zijn niet gevuld met puur neon, maar met een Penning-mengsel.
Uitleg
Het andere gas, het zogenaamde quenchgas, moet een lagere ionisatie-energie hebben dan de eerste aangeslagen toestand van het edelgas. De energie van de aangeslagen, maar neutrale, edelgasatomen kan vervolgens de quenchgasdeeltjes ioniseren door energieoverdracht via botsingen; dit staat bekend als het Penning-effect.
Een veelgebruikt Penning-mengsel van ongeveer 98–99,5% neon met 0,5–2% argon wordt gebruikt in sommige neonlampen, met name die voor 120 volt zijn gespecificeerd. Dit mengsel is gemakkelijker te ioniseren dan neon of argon afzonderlijk, waardoor de doorslagspanning waarbij de buis geleidend wordt en licht begint te produceren, wordt verlaagd.
Het optimale niveau van argon is ongeveer 0,25%, maar een deel hiervan wordt geadsorbeerd door het borosilicaatglas dat voor de buizen wordt gebruikt. Daarom worden hogere concentraties gebruikt om rekening te houden met deze verliezen; in buizen met een hoger vermogen wordt een hoger argongehalte gebruikt, omdat heter glas meer argon adsorbeert. Het argon verandert de kleur van het "neonlicht", waardoor het iets geliger wordt. Het neongas dat in sommige Nixie-buizen wordt gebruikt, bevat een kleine hoeveelheid kwikdamp (om verschillende redenen), wat een blauwe gloed geeft.
Een Penning-mengsel van neon en argon wordt ook gebruikt als startgas in natriumdamplampen, waar het verantwoordelijk is voor de zwakke roze gloed voordat de natriumemissie begint.
Het Penning-mengsel dat in plasmadisplays wordt gebruikt, bestaat meestal uit helium of neon met een klein percentage xenon, bij een druk van enkele honderden torr.
Penning-mengsels met de volgende formules worden gebruikt als vulgassen in gasvormige ionisatiedetectoren:
- argon–xenon
- neon–argon
- argon–acetyleen
- xenon–TMA
Andere soorten Penning-mengsels zijn onder meer helium–xenon.
Zie ook
- Geiger-Müllerbuis
- Wet van Paschen
Referenties
- Weston, G.F. (1968). Cold Cathode Glow Discharge Tubes. London: ILIFFE Books Ltd. p. 334. LCCN 68135075., Dewey 621.381/51, LCC TK7871.73.W44.
- Bylander, E.G. (1979). Electronic Displays. New York: McGraw Hill. p. 65. ISBN 978-0-07-009510-6. LCCN 78-31849.
Verdere lectuur
Druyvesteyn, M.J.; Penning, F.M. (1940). "The Mechanism of Electrical Discharges in Gases of Low Pressure". Rev. Mod. Phys. 12 (87): 87. Bibcode:1940RvMP...12...87D. doi:10.1103/RevModPhys.12.87.
Penning-mengsel
Neonverlichting, neonlampen en displays zijn niet gevuld met puur neon, maar met een Penning-mengsel.
Uitleg
Het andere gas, het zogenaamde quenchgas, moet een lagere ionisatie-energie hebben dan de eerste aangeslagen toestand van het edelgas. De energie van de aangeslagen, maar neutrale, edelgasatomen kan vervolgens de quenchgasdeeltjes ioniseren door energieoverdracht via botsingen; dit staat bekend als het Penning-effect.
Een veelgebruikt Penning-mengsel van ongeveer 98–99,5% neon met 0,5–2% argon wordt gebruikt in sommige neonlampen, met name die voor 120 volt zijn gespecificeerd. Dit mengsel is gemakkelijker te ioniseren dan neon of argon afzonderlijk, waardoor de doorslagspanning waarbij de buis geleidend wordt en licht begint te produceren, wordt verlaagd.
Het optimale niveau van argon is ongeveer 0,25%, maar een deel hiervan wordt geadsorbeerd door het borosilicaatglas dat voor de buizen wordt gebruikt. Daarom worden hogere concentraties gebruikt om rekening te houden met deze verliezen; in buizen met een hoger vermogen wordt een hoger argongehalte gebruikt, omdat heter glas meer argon adsorbeert. Het argon verandert de kleur van het "neonlicht", waardoor het iets geliger wordt. Het neongas dat in sommige Nixie-buizen wordt gebruikt, bevat een kleine hoeveelheid kwikdamp (om verschillende redenen), wat een blauwe gloed geeft.
Een Penning-mengsel van neon en argon wordt ook gebruikt als startgas in natriumdamplampen, waar het verantwoordelijk is voor de zwakke roze gloed voordat de natriumemissie begint.
Het Penning-mengsel dat in plasmadisplays wordt gebruikt, bestaat meestal uit helium of neon met een klein percentage xenon, bij een druk van enkele honderden torr.
Penning-mengsels met de volgende formules worden gebruikt als vulgassen in gasvormige ionisatiedetectoren:
- argon–xenon
- neon–argon
- argon–acetyleen
- xenon–TMA
Andere soorten Penning-mengsels zijn onder meer helium–xenon.
Zie ook
- Geiger-Müllerbuis
- Wet van Paschen
Referenties
- Weston, G.F. (1968). Cold Cathode Glow Discharge Tubes. London: ILIFFE Books Ltd. p. 334. LCCN 68135075., Dewey 621.381/51, LCC TK7871.73.W44.
- Bylander, E.G. (1979). Electronic Displays. New York: McGraw Hill. p. 65. ISBN 978-0-07-009510-6. LCCN 78-31849.
Verdere lectuur
Druyvesteyn, M.J.; Penning, F.M. (1940). "The Mechanism of Electrical Discharges in Gases of Low Pressure". Rev. Mod. Phys. 12 (87): 87. Bibcode:1940RvMP...12...87D. doi:10.1103/RevModPhys.12.87.
Groetjes,