电光源的新军气体放电

倪　明

自从爱迪生发明了电灯以来，黑暗就开始在我们面前退却，城市的夜晚变得明亮起来.但是现在，当夜晚走到大街上时，在琳琅满目的灯中，几乎找不到爱迪生辛辛苦苦发明的白炽灯了.霓虹灯､日光灯､钠灯､节能灯占了主角，这是一支电光照明的新军，它们使我们城市的夜景变得五光十色､流光溢彩，而且更加省电，它们的原理都是气体放电.

什么是气体放电呢?

我们知道最古老的电灯是白炽灯，白炽灯的玻璃灯泡里有一根极细的卷曲起来的钨丝，电阻很大又耐高温.当电流通过灯丝时产生高热，灯丝发光.白炽灯灯泡在点亮时，温度很高，摸起来烫手.所以它不仅发光，也发出大量的热，发光效率低，浪费了能源.用气体放电原理制造的灯，例如日光灯，就没有这个缺点，发光的时候不热，所以发光效率高.

在我们的印象里，气体是不导电的.220 V电压下，电源线的两头很靠近也不会放电，我们也不会因为靠近墙上的电源插座而触电.所以气体导电是有一定条件的.在1标准大气压下空气要放电是可能的，只是需要非常强的电场或借助于尖端放电产生强电场的方式.气体放电通常在部分被抽成真空的气体放电管内进行，日光灯管等也称为气体放电管.

一般情况下，由于大气中空气分子的密度很高，电子在里面运动很困难，就像在人头攒动的商场或车站，一位百米运动健将跑不快一样.电子在电场作用下加速， 仅跑几个微米便会与其他原子碰撞，将能量转移给原子，自己慢下来.当把管内的空气抽到一定稀薄状态时，电子跑起来就顺当多了，在很长的距离上不碰到原子，这样才有足够时间在电场里加速获得足够能量.有了足够的能量，电子再碰撞到气体的原子时，情况就大不一样，电子的能量足以把原子外围的电子碰出来，而被撞的原子由于缺少了电子，就从中性的变成了带正电的离子.新的游离电子在电场中被加速，继续撞击其他原子，如此过程循环下去，1个电子撞击后变成2个电子(1个原有的外加上被游离出来的)，2个电子继续撞击，变成4个､8个､16个､32个……于是很快产生大量可导电的电子，在气体放电管中形成大量的电子流，这就是气体放电.

现在有一个问题，就是气体放电需要较强电场，也就是在气体放电管两端加上高电压，气体原子才能被激活，在220 V电压下是做不到的，如日光灯需要瞬时的高电压才能被激活.所以日光灯管不能简单地接在220 V的电源上，还需要一些其他的装置，这个装置的作用如下:

1. 加热灯管两端的灯丝，电子获得足够的能量跑到空间里.

2. 在灯管两端加瞬时高电压以加速电子，碰撞原子产生更多的游离电子，再加速.原本不易导电的气体灯管，突然变成容易导电的电离气体，灯管的电阻急剧变小，电流增大.

3. 降低两端的电压，维持稳定的电流.

我们经常看到的气体放电光源，如街上的路灯，那种白亮亮的是高压水银灯，黄色的是高压钠光灯.虽然钠灯的颜色发黄，但是发光效率几乎比白炽灯高7倍多.还有一种俗称“小太阳”的氙灯，也是气体放电管，叫卤素灯，一个偌大的广场只需要一盏就够了，光色近似太阳光.霓虹灯是老资格的气体放电管，淡绿色的霓虹灯里充有氦气，鲜红的充有氖气.

气体放电的家族很大，不仅在照明上，在科学研究上也有广泛的应用.

责任编辑蔡华杰