Bachiller

Capítulo 1: Introducción 1.1. La Física de descargas gaseosas. El término "descarga gaseosa" se originó en la descarga de un capacitor en un circuito en el cual existe una separación entre dos electrodos inmersos en un medio gaseoso. Si el voltage es lo suficientemente alto, se produce la ruptura dieléctrica del gas, formándose un estado ionizado. Así, el circuito está cerrado y el capacitor se"descarga". Posteriormente, el término "descarga" fue aplicado a cualquier flujo de corriente eléctrica en un gas ionizado, y a cualquier proeso de ionización del gas por el campo eléctrico aplicado. Por lo general, el flujo de corriente eléctrica en un circuito se asocia con la noción de un circuito compuesto por conductores. Sin embargo, no se necesita un circuito cerrado para tener un movimientodirigido de cargas (es decir, una corriente) si existen campos eléctricos oscilantes (r-f, µ-λ, etc.). Es más, varios de los efectos observados en gases sujetos a campos eléctricos oscilantes (ruptura, mantenimiento del estado de ionización, disipación de energía del campo) son bastante similares a los fenómenos d-c. Actualmente, todos estos procesos son considerados descargas, e incluídos dentrode la Física de descargas gaseosas. En estos casos la disipación de energía del campo es descripta en términos de absorción de radiación, en lugar de disipación Joule de la corriente eléctrica. En definitiva, el campo actual de la Física de descargas gaseosas incluye los procesos relacionados con corrientes eléctricas en gases y con la generación y mantenimiento de la capacidad de un gas paraconducir electricidad y absorber radiación electromagnética. 1.2 Descargas típicas en un campo constante. Considérese el experimento de la Fig. 1.1, en el cual dos electrodos metálicos (el que está a potencial negativo se llama cátodo y el positivo ánodo) conectados a una fuente d-c se insertan en un tubo de vidrio, el cual puede ser evacuado y llenado con gases a distintas presiones (p).

C

AFigura 1.1

Si se aplica un voltaje bajo (~decenas de V), no se observa ningún efecto visible, aunque un instrumento muy sensible podría detectar una corriente muy baja, ~ 10-15 A. Esta corriente es debida a las cargas libres generadas por rayos cósmicos y radioactividad natural. Si se usa intencionalmente una fuente radioactiva o de rayos X, se puede obtener una corriente de ~ 10-6 A. Eneste caso, el grado de ionización obtenido no es suficiente para producir luz. Una descarga que sobrevive sólo por la presencia de un agente externo se llama no-autosostenida. Si se eleva el voltaje, la corriente se incrementa al principio, porque la mayoría de las cargas producidas por ionización son llevadas a los electrodos sin que ocurra recombinación. Sin embargo, si el campo eléctrico es capazde remover todas las cargas del volumen gaseoso, la corriente cesa de crecer, y se alcanza una saturación (limitada por la tasa de ionización). Subiendo más el voltaje (V), la corriente se incrementa bruscamente para un cierto valor de V, y se observa también emisión de luz. Estas son manifestaciones de la ruptura dieléctrica del gas ("breakdown"). Si p ~ 1 torr y la separación L de los electrodoses ~ 1 cm, el voltaje de breakdown (Vb) es ~ algunos centenares de V. Este proceso se inicia con un pequeño número de electrones espurios, o inyectados intencionalmente para estimular el proceso: la descarga se hace inmediatamente autosostenida. Qué quiere decir esto?: la energía ganada por los electrones es suficiente para ionizar, y entonces se produce una avalancha electrónica. El gas esapreciablemente ionizado en 10-7 - 10-3 s, y la corriente crece por varios órdenes de magnitud. Existen varias condiciones que gobiernan cómo sigue el proceso a mayores voltajes. A bajas presiones (~ 1 - 10 torr) y resistencia elevada del circuito externo, se desarrolla una descarga luminiscente (glow), caracterizada por una corriente relativamente baja (10-6 - 0.1 A) y voltajes altos entre los...