GASENTLADUNGSRÖHRE

(Geißlersche Röhre)

DieGasentladungsröhre - manchmal auch nur Entladungsröhregenannt - ist eine Anordnung von Kathode und Anode innerhalb einer gas-gefüllten Glasröhre, in der es bei Anlegen einer bauartspezifischen Mindestspannung zu einer Gasentladung mit Aussendung von Licht kommt. Der physikalische Wirkungsmecha-nismus der Lichtaussendung nach äußerer Anregung wird als Lumineszenz bezeichnet, die technische Weiterentwicklung zu Lichtquellen im Allgemeinen als Gasentladungslampe.

Geschichte

Im 19. Jahrhundert entwickelte und baute

Heinrich Geißler die nach ihm benannten Geißler’schen Röhren. Sie zeigen je nach Gasfüllung verschiedene spektrale Zusammen-setzungen des emittierten Lichtes. Mit ihnen kann der druckabhängige Durchmesser und die Struktur der Gasentladung gut beobachtet werden. Philipp Lenard experimentierte mit Entladungsröhren und trug damit wesentlich zur Weiterentwicklung der Atomphysik bei.

Gase in Entladungsröhren

Edelgase in Entladungsröhren

Bei seinen Versuchen schloss er an der kolbenförmig aufgebauten Entladungsröhre eine Vakuumpumpe an, welche den Luftdruck in der Röhre stark reduziert. An der Seite der Röhre befand sich ein so genanntes Lenard-Fenster, welches aus einer Aluminium-Folie bestand

(rund 0,5 Mikrometer dick). Dieses ist dick genug, um dem Druckunterschied standzuhalten, lässt aber dennoch Kathodenstrahlen (Elektronen) passieren, welche somit einer Untersuchung außerhalb der Röhre zugänglich sind. Dazu befand sich neben dem Fenster zum Beispiel ein Fluoreszenzschirm.

Entladungsgefäß einer

Quecksilberdampf-Hochdrucklampe

(NARVA NF80, 80 Watt)

Aufbau

Gasentladungsröhren bestehen aus einem annähernd röhrenförmigen Entladungsgefäß aus Glas (Niederdrucklampen), aus Quarzglas (Hoch- und Höchstdrucklampen) oder aus Aluminiumoxid-Keramik (Hochdrucklampen). Im Gehäuse befinden sich zwei Elektroden, zwischen denen ein elektrisches Feld aufgebaut wird und eine Gasentladung stattfindet.

Die elektrischen Anschlüsse werden durch einen Quetschfuß gasdicht nach außen geführt. Die Elektroden können „kalt“ oder glühend sein.

Alle Gasentladungslampen außer Blitzlampen benötigen zum Betrieb eine Strombegrenzung, da ansonsten die Ladungsträgerdichte und der Strom aufgrund der Stoßionisation schnell an-steigen, was bei Überspannungsableitern und Nulloden gewünscht ist, bei Lampen jedoch zu deren Zerstörung führt (siehe Kennlinie). Die Strombegrenzung wird durch einen Widerstand (Glimmlampen), eine Drossel oder ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG, engl. ballast) erreicht.

Blitzlampen arbeiten dagegen oft ohne Strombegrenzung aus einem Speicherkondensator. Der mittlere Leistungsumsatz ist dennoch durch die im Kondensator gespeicherte Energiemenge und die Blitzfrequenz begrenzt. Blitzlampen sind meistens mit Xenon (zum Pumpen von Festkörperlasern auch mit Krypton) gefüllt und erzeugen innerhalb etwa 0,1 bis 5 Millisekunden sehr hohe Lichtleistungen tageslichtähnlicher Qualität.

Es gibt Bauformen mit geheizten oder mit ungeheizten (kalten) Elektroden. Weiterhin gibt es auch Gasentladungsröhren ohne Elektroden, wie Nulloden und Mikrowellenlampen (etwa die Schwefellampe). Neuerdings gibt es auch elektrodenlose Energiesparlampen, die mit Hochfrequenz arbeiten.

Füllung

Der Entladungskolben ist grundlegend mit einem Gas oder Gasgemisch gefüllt, kann aber auch Stoffe ent-halten, die erst zu einem späteren Zeitpunkt durch Verdampfung aktiv werden.

Bei Zimmertemperatur weisen diese Gase im Kolben einen geringen Druck auf, der die Zündung der Entla-dung durch Stoßionisation und damit die Erzeugung des Plasmas begünstigt. Die Füllung mit Gasgemischen bestimmt gewisse Eigenschaften der Entladung oder dient alleine dem Zweck, genügend Wärme zur Ver-

Niederdruckentladungslampen (Spektrallampen)
(Neon, Quecksilber, Natrium) mit Spektren

dampfung des für das eigentliche Plasma gedachten Stoffes zur Verfügung zu stellen. Durch die entstehenden Temperaturen wird ein im Kolben befindlicher Vorrat des plasmabildenden Materials verdampft und erhöht somit den Druck im Entladungsraum.

Bei den plasmabildenden Stoffen handelt es sich um Metalle, bzw. deren Dämpfe (Natrium, Quecksilber), wobei zur Zündung immer auch Edelgase enthalten sind, oder reine Edelgase (Xenon, Krypton, Neon) oder Gemische aus Halogenen und Metallen (Halogenmetalldampflampe). Spektrallampen verwenden auch andere Gase.

Hochdruck-Gasentladungslampen werden auch als HID-Lampenbezeichnet (engl. High Intensity Discharge); Strom- und Leuchtdichte sind hier wesentlich höher als bei Niederdruck-Plasmen, die Entladung arbeitet im Bereich eines Lichtbogens bzw. einer Bogenentladung.

Fun Fact

Ohne Heinrich Geißler hätte es viele, nachfolgenden Entwicklungen nie gegeben...

Die Braunsche Röhre für die Entwicklung von Osziloskopen und dem TV (Röhrenfernseher), die Quecksilberdampflampe als Straßenbeleuchtung, die Energiesparlampe, die Neonröhre, bunte Leuchtwerbung, wie man sie aus Las Vegas, London und Tokyo kennt,

Hochdruck-Gasentladungslampen für FlaK-Scheinwerfer und in der Veranstaltungsbranche für Scanner, Moving Heads, Verfolger-Spots, Sky-Beamer und professionelle Video-Beamer, Röntgen-Technik und vieles mehr)

Die LED (light-emitting diode) hat vieles ersetzt, aber ohne Geißler wären wir heute an einem anderen Erfindungs- / Entwicklungsstand der Technik.

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Wissenswertes