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ガス封入管（一般に放電管、または旧称プリュッカー管とも呼ばれる）は、絶縁性で耐熱性のある外殻内にガス中に配置された電極の配列である。ガス封入管は、ガス中の放電に関連する現象を利用し、タウンゼント放電の原理に基づき、十分な電圧を印加してガスを電離させることで電気伝導を引き起こす。ガス放電ランプは、ガス封入管を用いた電灯であり、蛍光灯、メタルハライドランプ、ナトリウムランプ、ネオンランプなどが含まれる。クリトロン、サイラトロン、イグニトロンなどの特殊なガス封入管は、電気機器のスイッチング素子として使用される。
放電を開始および維持するために必要な電圧は、充填ガスの圧力と組成、および管の形状によって決まります。管の外被は通常ガラスですが、電力用真空管ではセラミックが、軍用真空管ではガラスライニングされた金属がよく使用されます。熱陰極型と冷陰極型の両方のタイプのデバイスが存在します。
水素は、非常に急峻なエッジが要求されるサイラトロン、デカトロン、クリトロンなどの高速スイッチングに使用される管で使用されます。水素の蓄積時間と回復時間は、他のガスよりもはるかに短いです。[ 1 ]水素サイラトロンは通常、ホットカソードです。水素（および重水素）は、補助フィラメントで加熱される金属水素化物の形で管内に貯蔵できます。このような貯蔵要素を加熱することで、水素を使用して浄化されたガスを補充したり、特定の電圧でのサイラトロンの動作に必要な圧力を調整したりできます。[ 2 ]
重水素は、紫外線分光法用の紫外線ランプ、中性子発生管、および特殊管（例：クロスアトロン）に使用されます。水素よりも高い絶縁破壊電圧を持ちます。高速スイッチング管では、高電圧動作が必要な場合に水素の代わりに使用されます。 [ 3 ]比較のために、水素充填CX1140サイラトロンのアノード電圧定格は25 kVですが、重水素充填でそれ以外は同一のCX1159は33 kVです。また、同じ電圧では、重水素の圧力は水素よりも高くなるため、過大なアノード損失を引き起こす前に、より高い電流上昇率を実現できます。大幅に高いピーク電力を達成できます。ただし、回復時間は水素よりも約40%遅くなります。[ 2 ]
希ガスは、照明からスイッチングまで、さまざまな用途の真空管によく使用されます。純粋な希ガスはスイッチング管に使用されます。希ガスを充填したサイラトロンは、水銀ベースのものよりも優れた電気的特性を持っています。[ 3 ]電極は高速イオンによって損傷を受けます。ガスの電気的に中性の原子は、衝突によってイオンの速度を落とし、イオンの衝突によって電極に伝達されるエネルギーを減少させます。キセノンなどの原子量の大きいガスは、ネオンなどの原子量の小さいガスよりも電極をよりよく保護します。[ 4 ]
特殊な用途（例えば、高電圧スイッチ）では、優れた誘電特性と非常に高い絶縁破壊電圧を持つガスが必要となる。放電チャネル内のイオンと速やかに再結合するため、ハロゲンなどの電気陰性度の高い元素が好まれる。最も一般的な選択肢の一つは六フッ化硫黄であり、特殊な高電圧用途で使用される。その他の一般的な選択肢としては、乾燥加圧窒素やハロカーボンなどがある。
基本的なメカニズムはタウンゼント放電であり、これはガスの密度に対する電界強度の臨界値に達したときに、イオン衝突によって電子の流れが持続的に増幅される現象です。電界が増加すると、添付のグラフに示すように、放電のさまざまな段階が現れます。使用するガスは、管の特性に大きく影響します。絶縁破壊電圧はガスの組成と電極間距離に依存し、これらの関係はパッシェンの法則によって説明されます。
ガス圧は0.001～1,000 Torr（0.13～130,000 Pa）の範囲になる可能性があり、最も一般的には1～10 Torrの圧力が使用されます。[ 1 ]ガス圧は、次の要因に影響を与えます。[ 1 ]
ある一定の値を超えると、ガス圧が高くなるほど点火電圧も高くなります。高圧照明管は、冷えているとき、つまりガス圧が低いときには、点火に数キロボルトのインパルスを必要とすることがあります。温まって、発光に使用される揮発性化合物が気化して圧力が上昇すると、放電の再点火には、大幅に高い電圧が必要になるか、ランプを冷却して内部圧力を下げる必要があります。[ 7 ]例えば、多くのナトリウム蒸気ランプは、消灯後すぐに再点火することはできません。再び点火するには、冷える必要があります。
ガスは、管の動作中に、クリーンアップと呼ばれるいくつかの現象によって消費される傾向があります。ガス原子または分子は電極の表面に吸着されます。高電圧管では、加速されたイオンが電極材料に侵入する可能性があります。電極のスパッタリングによって形成され、例えば管の内面に堆積された新しい表面も、ガスを容易に吸着します。不活性でないガスは、管の構成要素と化学反応を起こすこともあります。水素は一部の金属を透過する可能性があります。[ 1 ]
真空管内のガスを除去するにはゲッターが使用されます。ガス充填管にガスを補充するには補充器が使用されます。補充器は最も一般的には水素に使用されます。水素を吸収する金属（例えばジルコニウムやチタン）で作られたフィラメントが管内にあり、その温度を制御することで吸収される水素と脱着される水素の比率を調整し、結果として管内の水素圧力を制御します。金属フィラメントは水素貯蔵庫として機能します。この方法は、例えば水素サイラトロンや中性子管で使用されています。飽和水銀蒸気を使用すると、液体水銀のプールを大量の物質貯蔵庫として使用できます。清掃によって失われた原子は、さらに水銀を蒸発させることで自動的に補充されます。ただし、管内の圧力は水銀の温度に大きく依存するため、水銀の温度を慎重に制御する必要があります。[ 1 ]
大型整流器は、少量の不活性ガスを含む飽和水銀蒸気を使用する。不活性ガスは、管が冷えているときに放電を促進する。
水銀アークバルブの電流-電圧特性は、液体水銀の温度に大きく依存します。順方向バイアス時の電圧降下は、0 °C で約 60 ボルトから 50 °C で 10 ボルト強まで減少し 、その後一定になります。逆方向バイアス時の降伏電圧 (「アークバック」) は、温度の上昇とともに劇的に低下し、 60 °C で 36 kVから80 °C で 12 kVまで低下し、さらに高温になるとさらに低下します。したがって、動作範囲は通常 18～65 °C です。[ 9 ]
管内のガスは、所望の特性を維持するために純粋に保つ必要があります。わずかな不純物でも、管の値が劇的に変化する可能性があります。不活性でないガスが存在すると、一般的に絶縁破壊電圧と燃焼電圧が上昇します。不純物の存在は、ガスの発光色の変化によって観察できます。管内に空気が漏れると、電気陰性度の高い酸素が混入し、電子雪崩の発生を阻害します。これにより、放電が淡い、乳白色、または赤みがかった色に見えます。微量の水銀蒸気は青みがかった色に発光し、元のガスの色を覆い隠します。マグネシウム蒸気は放電を緑色にします。動作中に管部品からガスが放出されるのを防ぐため、ガスを充填して密封する前にベーキングが必要です。高品質の管には徹底的な脱ガスが必要です。わずか 10⁻⁸ torr (≈1 μPa) の酸素でも、数 時間 で電極を単分子酸化物層で覆うのに十分です。不活性でないガスは、適切なゲッター によって除去できます。水銀を含むチューブの場合、水銀とアマルガムを形成しないゲッター（例えばジルコニウム、ただしバリウムは除く）を使用する必要があります。陰極スパッタリングは、非不活性ガスのゲッタリングに意図的に使用される場合があり、一部の基準チューブではこの目的でモリブデン陰極を使用しています。 [ 1 ]
点火電圧と燃焼電圧の差を大きくする必要がある箇所、例えばスイッチング管などでは、純粋な不活性ガスが使用されます。表示用や安定化用の管では、その差を小さくする必要があるため、ペニング混合ガスが充填される傾向があります。点火電圧と燃焼電圧の差が小さいほど、より低い電源電圧とより小さな直列抵抗を使用できます。[ 1 ]
蛍光灯、CFLランプ、水銀放電ランプ、ナトリウム放電ランプ、HIDランプはすべて、照明に使用されるガス封入管である。
ネオンランプやネオンサイン（最近ではほとんどがネオンをベースとしていない）も、低圧ガスが充填された管である。
歴史的に用いられた特殊な低圧ガス封入管デバイスには、ニキシー管（数字の表示に使用）やデカトロン（パルスの計数や除算に使用され、表示は二次的な機能）などがある。
キセノンフラッシュランプは、カメラやストロボライトに使用されるガス封入管で、明るい閃光を発生させる。
最近開発された硫黄ランプも、高温時にはガスが充填された管状になっている。
点火電圧はイオン濃度に依存し、長期間の非活動状態が続くとイオン濃度がゼロになる可能性があるため、多くの真空管はイオン供給可能な状態に準備されている。
重要な例としては、高電圧電流のスイッチングに使用されるサイラトロン管、クリトロン管、イグニトロン管などが挙げられる。ガス放電管（GDT）と呼ばれる特殊なガス封入管は、電気回路や電子回路における電圧サージを抑制するためのサージプロテクタとして製造されている。
負性微分抵抗領域のシュミットトリガー効果は、ネオンランプ、トリガー管、リレー管、デカトロン、ニキシー管を用いたタイマー、弛緩発振器、デジタル回路を実現するために利用できる。
サイラトロンは点火電圧以下で動作させることで三極管としても使用でき、無線制御受信機の自己消光型超再生検波器としてアナログ信号を増幅することができる。[ 10 ]
ニキシー管の他に、特別なネオンランプもあった。
熱陰極型ガス放電雑音ダイオードは、 UHFまでの周波数では通常のラジオ管のガラス管に収められており、SHF周波数や導波管への斜め挿入用には、フィラメント用の通常のバヨネット式電球マウントと陽極トップキャップを備えた細長いガラス管として入手可能であった。
それらは、ネオンなどの純粋な不活性ガスで満たされていた。混合ガスでは出力が温度に依存してしまうためである。燃焼電圧は 200V未満であったが、点火には2ワットの白熱灯による光学的プライミングと5kV程度の電圧サージが必要であった。
ある小型サイラトロンは、横磁場中でダイオードとして動作させた場合、ノイズ源としても利用できることがわかった。[ 11 ]
20世紀半ばには、電圧調整管が一般的に使用されていた。
陰極スパッタリングは、金属蒸気クーロメータをベースとした経過時間計であるタイムトータライザーで利用されており、スパッタリングされた金属がコレクタ素子上に堆積され、その抵抗が徐々に減少する。[ 12 ]