Plasmalamppu – mitä se on ja miten plasmapurkaus toimii

Plasmalamppu: selkeä opas siihen, mitä plasmapurkaus on ja miten se toimii — historiaa, tekniikkaa ja käyttökohteita Tesla-taustasta nykyaikaan.

Plasmalamppu on eräänlainen kaasupurkauslamppu, joka on täytetty erilaisilla kaasuilla. Se käyttää dielektristä sulkupurkausta, joka tunnetaan myös nimellä plasmapurkaus. Nikola Tesla keksi sen plasman ominaisuuksien tutkimiseksi vuonna 1892 ja hän sai patentin laitteen toimintaperiaatteesta vuonna 1894. Tesla kutsui lamppua suojakaasupurkausputkeksi.

Miten plasmapurkaus toimii?

Perusperiaate on sähköisesti voimakas kenttä, joka ionisoi lampun sisällä olevan kaasuveden. Tyypillinen plasmalamppu sisältää keskelle sijoitetun elektrodin ja lasikuvun, jonka sisällä on matalapaineinen kaasuseos. Kun lamppuun syötetään korkeajänniteista vaihtovirtaa, kaasun atomit menettävät elektroneja ja muodostuu ionisoitunut, sähkönjohtava kaasutila eli plasma. Tuloksena näkyvät säikeet tai sinertävät hohtavat juovat, joita kutsutaan purkaussäikeiksi.

• Alkuun korkea sähköinen kenttä irrottaa elektroneja kaasuatomeista.
• Vapaat elektronit kiihdyttyään törmäävät muihin atomeihin ja ionisoivat niitä ketjureaktion tavoin.
• Ionisoituneesta kaasusta syntyy näkyvää valoa, jonka väri riippuu käytetystä kaasusta ja mahdollisista fosforipinnoitteista.
• Lasikuoren dielektrinen eristys estää suoran oikosulun ja muuttaa purkauksen käyttäytymistä (dielektrinen sulkupurkaus).

Rakenteesta ja tyypillisistä kaasuista

Tyypillinen plasmalamppu koostuu pyöreästä tai sylinterimäisestä lasikuvusta, keskellä olevasta metallielementistä (elektrodista) ja toisinaan pienestä seospaineesta kaasuja kuten neon, argon, xenon tai krypton. Erilaiset kaasuseokset ja paineet muuttavat purkauksen väriä, kirkkautta ja muodostuneiden säikeiden rakennetta. Jotkin koristeversiot sisältävät myös fosforipinnoitteen, joka muuntaa UV-säteilyn näkyväksi valoksi eri sävyissä.

Erikoispiirteet ja käyttäytyminen kosketettaessa

Kun kosketat lasikuorta sormella, purkaussäikeet suuntautuvat juuri koskettamaasi kohtaan. Tämä johtuu siitä, että kehosi toimii kapasitanssina ja tarjoaa helpomman johtoreitin kentälle, jolloin sähkökenttä keskittyy kyseiseen kohtaan. Lisäksi lasikuoren lähelle tuotu metalliesine voi muuttaa purkauksen muotoa ja intensiteettiä.

Tekniset tiedot (yleiset arvot)

• Tulojännite: usein useita kilovoltteja (kV)
• Taajuus: tyypillisesti kHz–MHz alueella
• Teho: koriste- ja opetuskäytössä yleensä pieni (muutamasta watista kymmeniin watteihin)

Käyttökohteet

Plasmalamput tunnetaan eniten koriste-esineinä ja tiedenäytteinä: ne ovat suosittuja kouluissa ja näyttelyissä, koska ne havainnollistavat ionisaation ja sähkömagneettisten kenttien toimintaa. Plasmapallolamput olivat suosittuja 1980-luvulla. Samankaltaisia periaatteita hyödynnetään myös teollisuudessa ja tutkimuksessa, esimerkiksi pintakäsittelyssä, ozonin tuottamisessa ja erilaisissa DBD (dielectric barrier discharge) -ratkaisuissa.

Turvallisuus ja varotoimet

• Plasmalamput toimivat korkealla jännitteellä mutta pienellä virralla, joten lasikupu kannattaa pitää ehjänä ja laitteen kotelon sisälle ei saa kurkottaa tai avata.
• Älä yritä avata lamppua tai korjata sitä itse — sisällä oleva korkea jännite voi olla hengenvaarallinen.
• Laitteen läheisyydessä voi syntyä sähkömagneettista häiriötä; pidä plasmalamppu loitolla herkästä elektroniikasta ja magneettisista tallenteista.
• Vaikka laite ei yleensä tuota huomattavaa lämpöä, pitkäaikainen kosketus voi tuntua lämpimältä. Vältä pitkäaikaista altistusta hyvin lähellä olevassa kosketuksessa.
• Herkillä henkilöillä, joilla on esimerkiksi sydämentahdistin, kannattaa keskustella lääkärin kanssa ennen voimakkaasti säteilevien tai sähkömagneettisesti aktiivisten laitteiden läheisyydessä oleskelua.

Yhteenveto

Plasmalamppu on visuaalisesti kiinnostava laite, joka perustuu kaasun ionisoimiseen ja dielektriseen sulkupurkaukseen. Se yhdistää fysiikan ilmiöitä, kuten ionisaation, sähköiset kentät ja kaasuvalon eri väreineen, ja toimii sekä opetuksessa että viihteessä. Laitteen periaatteen kehitti Nikola Tesla, ja siitä lähtien plasmalamput ovat viihdyttäneet ja havainnollistaneet plasman käyttäytymistä monissa yhteyksissä.

Hae kirjaimella