5 Edelgase, He, Ne, Ar, Kr, Xe in Glasampulle 20 x 120 mm mit Hochfrequenzanreger.
Edelgase wie Helium, Neon, Argon, Krypton oder Xenon sind unter normalen Bedingungen farblose und chemisch äußerst reaktionsträge Gase. Dennoch können sie in beeindruckenden Farben leuchten – von kräftigem Rot über Blauviolett bis hin zu hellem Weiß. Doch wodurch entsteht dieses Licht?
Damit ein Edelgas leuchtet, müssen seine Atome zunächst Energie aufnehmen. Dies geschieht in der Regel durch freie Elektronen, die mit hoher Geschwindigkeit durch das Gas fliegen. Beim Zusammenstoß übertragen sie einen Teil ihrer Energie auf die Edelgasatome und versetzen deren Elektronen in einen angeregten Zustand.
Dieser Zustand ist jedoch nur von kurzer Dauer. Die Elektronen fallen innerhalb weniger Nanosekunden wieder auf ein niedrigeres Energieniveau zurück. Dabei wird die zuvor aufgenommene Energie in Form eines Lichtteilchens (Photon) abgegeben. Die Wellenlänge dieses Lichts hängt vom jeweiligen Edelgas ab und bestimmt seine charakteristische Leuchtfarbe.
Eine besonders elegante Möglichkeit, Edelgase zum Leuchten zu bringen, ist die Anregung mit hochfrequenten elektrischen Wechselfeldern. Dabei wird eine Wechselspannung mit einer Frequenz von einigen Zehntausend bis mehreren Millionen Schwingungen pro Sekunde erzeugt.
Das schnell wechselnde elektrische Feld beschleunigt die wenigen bereits im Gas vorhandenen freien Elektronen ständig hin und her. Obwohl die Elektronen ihre Bewegungsrichtung fortlaufend ändern, gewinnen sie zwischen den Zusammenstößen immer wieder Energie aus dem elektrischen Feld.
Treffen diese energiereichen Elektronen auf Edelgasatome, regen sie diese durch Stoßanregung an. Beim anschließenden Zurückfallen der Elektronen in den Grundzustand senden die Atome Licht aus – das Edelgas beginnt zu leuchten.
Ein großer Vorteil hochfrequenter Wechselfelder besteht darin, dass die Energie kontaktlos in das Gas eingekoppelt werden kann. Das elektrische Feld kann beispielsweise von einer Hochfrequenzspule erzeugt werden, ohne dass die Glasröhre elektrisch angeschlossen werden muss.
Ein bekanntes Beispiel hierfür ist die Tesla-Spule. Hält man eine mit Edelgas gefüllte Glasröhre in die Nähe ihres hochfrequenten Feldes, beginnt das Gas ohne direkte elektrische Verbindung zu leuchten. Die Hochfrequenz liefert dabei kontinuierlich die Energie, welche die freien Elektronen beschleunigt und so die Edelgasatome immer wieder anregt.
Jedes Edelgas besitzt eine charakteristische Elektronenstruktur mit ganz bestimmten Energieniveaus. Deshalb sendet jedes Gas Licht einer anderen Wellenlänge aus:
Diese Farben entstehen nicht durch Farbstoffe, sondern ausschließlich durch die atomaren Eigenschaften der jeweiligen Edelgase.
Edelgase leuchten, weil ihre Atome durch schnelle Elektronen angeregt werden. Besonders effektiv gelingt dies mit hochfrequenten elektrischen Wechselfeldern, die freie Elektronen immer wieder beschleunigen und dadurch fortlaufend Stoßanregungen erzeugen. Nach jeder Anregung geben die Edelgasatome ihre überschüssige Energie als Licht ab – und genau dieses Licht verleiht jedem Edelgas seine unverwechselbare Farbe.
