プラズマグローブ

プラズマボール、プラズマグローブ、またはプラズマランプは、透明なガラス容器に希ガス（通常はネオン、クリプトン、キセノンの混合物）を充填したもので、容器の中央に高電圧 電極があります。電圧をかけると、容器内にプラズマが形成されます。プラズマフィラメントは内側の電極から外側のガラス絶縁体まで伸び、複数の一定の色付き光線のように見えます。プラズマボールは1980年代にノベルティアイテムとして人気がありました。 ^[1]

プラズマランプは、高電圧現象を研究する目的で真空ガラス管内で高周波電流を実験していたニコラ・テスラによって発明されました。 ^{[2]テスラはこの発明を「}不活性ガス放電管」と呼びました。^{[3]現代のプラズマランプの設計は、}ジェームズ・フォークとMITの学生ビル・パーカーによって開発されました。^{[1] [4]}

クラックルチューブは、蛍光体でコーティングされたビーズが詰められた関連デバイスです。

プラズマボールにはさまざまなバリエーションがありますが、通常は透明なガラス球の中に、ほぼ大気圧のさまざまなガス（最も一般的なのはネオンですが、アルゴン、キセノン、クリプトンなどの他の希ガスが含まれる場合もあります）の混合物が充填されています。

プラズマボールは、 2～5 kVの高周波（約35 kHz）交流によって駆動されます。^[1]駆動回路は本質的には特殊な電力インバーターであり、低電圧 DC 電源からの電流が高周波電子発振回路に電力を供給し、その出力は小型テスラコイルやフライバックトランスなどの高周波高電圧トランスによって昇圧されます。トランスからの無線周波数エネルギーは、ボール中央の電極を介してボール内のガスに伝達されます。さらに、一部の設計では、ボールを共振空洞として利用し、トランスを介して駆動トランジスタに正のフィードバックを提供します。はるかに小さな中空のガラス球も、トランス出力と通信する金属ウールまたは導電性流体で満たされている場合、電極として機能することができます。この場合、無線周波数エネルギーは、ガラスを介した容量結合によって大きな空間に取り込まれます。プラズマフィラメントは内部電極から外部ガラス絶縁体まで伸び、ボールの体積内で色光の巻きひげが動いているように見えます(コロナ放電と電気グロー放電を参照) 。手をボールの近くに置くと、大気中の酸素との高電圧の相互作用によってガスが生成されるため、かすかにオゾンの匂いがします。

一部のボールには、中央の電極に送られる電力量を変えるためのコントロール ノブが付いています。ボールに火を灯すか「衝突」する最も低い設定では、1 本の触手が作られます。この 1 本の触手のプラズマ チャネルは、この最も低い衝突エネルギーをボールのガラスを通して外界に伝えるのに十分なスペースを確保します。電力が増加すると、この 1 本のチャネルの容量が圧倒され、2 番目のチャネルが形成され、次に 3 番目のチャネルが形成され、というように続きます。触手はそれぞれ、内部の球体上のフットプリントをめぐって競争します。これらを流れるエネルギーはすべて同じ極性であるため、同じ電荷として互いに反発します。つまり、内部の電極上の各フットプリントは、薄い暗い境界で囲まれます。

ボールは、可能な限り空気を抜き取って準備されます。その後、ボールは 1 気圧に近い圧力までネオンで満たされます。無線周波数の電源をオンにして、ボールを「叩く」または「点火する」と、ボール全体が拡散した赤色に輝きます。少量のアルゴンを追加すると、フィラメントが形成されます。ごく少量のキセノンを追加すると、フィラメントの端に「花」が咲きます。^{[引用が必要]}

ネオンサイン店で購入できるネオンは、多くの場合、部分真空の圧力がかかったガラスフラスコに入っています。これらは、有用な混合物でボールを満たすために使用することはできません。関係するガスごとに 1 つずつ、それぞれ固有の適切な圧力調整器と継手を備えたガス タンクが必要です。

その他の希ガスのうち、ラドンは放射性であり、ヘリウムは比較的早くガラスから逃げ、クリプトンは高価です。水銀蒸気などの他のガスも使用できます。分子ガスはプラズマによって解離する場合があります。

指先をガラスの上に置くと、エネルギーが流れやすい場所が作られます。これは、導電性の人体（内部抵抗が 1000 オーム未満）^[5]が電極の周りの誘電体（ボール内のガス）よりも分極しやすく、抵抗の少ない別の放電経路を提供するためです。したがって、大きな導体が無線周波数エネルギーを受け入れる能力は、周囲の空気よりも大きくなります。ボール内のプラズマのフィラメントに利用可能なエネルギーは、より優れた受容体に向かって優先的に流れます。この流れにより、内側のボールから接触点までの単一のフィラメントがより明るく細くなります。^[1]フィラメントが明るくなるのは、約 100 pF の静電容量を持つ人体を通じてより多くの電流がフィラメントを流れるためです。 ^[6]フィラメントが細くなるのは、フィラメントを流れる電流が増加したことで周囲の磁場が増強され、ピンチと呼ばれる磁気流体力学的効果が発生するためです。プラズマチャネル自体の磁場が、プラズマチャネル自体のサイズを圧縮する力を生み出します。

フィラメントの動きの多くは、フィラメント周囲のガスの加熱によるものです。フィラメントに沿ったガスが加熱されると、浮力が増して上昇し、フィラメントも一緒に運ばれます。フィラメントがボールの側面にある固定された物体（手など）に放電している場合、フィラメントは中央の電極と物体の間で湾曲した経路に変形し始めます。電極と物体の間の距離が維持できないほど大きくなると、フィラメントは破断し、電極と手の間で新しいフィラメントが形成されます（同様の動作を示すヤコブのはしごも参照） 。

球体の近くにある導電性の物体には電流が発生します。ガラスはイオン化されたガスと手の間に形成される コンデンサー内で誘電体として機能します。

電圧、周波数、化学組成、球体内のガスの圧力を調整することで、さまざまな色彩豊かな効果を実現できます。

ニコラ・テスラは、米国特許 0,514,170 (「白熱電灯」、1894 年 2 月 6 日)でプラズマ ランプについて説明しています。この特許は、最初の高輝度放電ランプの 1 つに関するものです。テスラは、内部に単一の導電素子を持つ白熱タイプのランプ ボールを使用し、テスラ コイルからの高電圧電流でその素子を励起して、ブラシ放電放射を作成しました。彼は、耐火性材料でできた光を出す小さな本体またはボタンが、非常に消耗したボールまたはレシーバーに入る導体によって支えられている、特定の形状のランプの特許を取得しました。テスラはこの発明を単端子ランプ、または後に「不活性ガス放電管」と呼びました。^[3]

グラウンドスター型のプラズマボールはジェームズ・フォークによって作られ、1970年代から1980年代にかけてコレクターや科学博物館向けに販売された。^[1] ジェリー・パーネルは1984年にオーブ社のオムニスフィアを「世界で最も素晴らしい物体」であり「壮麗で新しい種類の芸術品」と賞賛し、「私のものはどんなに高くても買えない」と述べた。^[7]

今日のプラズマ球に使用されているガス混合物を調合するのに必要な技術は、テスラにはなかった。^[要出典]現代のランプは通常、キセノン、クリプトン、ネオンの組み合わせを使用しているが、他のガスも使用できる。^{[1] [3]}これらのガス混合物は、さまざまなガラスの形状や集積回路駆動の電子機器とともに、今日のプラズマ球に見られる鮮やかな色、動きの範囲、複雑なパターンを作り出している。

プラズマボールは、独特の照明効果と、ユーザーが手を動かすことで実現できる「トリック」のため、主に珍品や玩具として使用されています。また、学校の実験装置の一部として、デモンストレーションの目的で使用されることもあります。通常、一般的な照明には使用されません。しかし、近年、一部のノベルティショップでは、標準的な電球ソケットに取り付けることができる小型のプラズマボール常夜灯を販売し始めています。^{[8] [9]}

プラズマ ボールは高電圧の実験に使用できます。ボールの上に導電性プレートまたはワイヤ コイルを置くと、容量結合によってプレートまたはコイルに十分な電圧が伝達され、小さなアークを発生させたり、高電圧負荷に電力を供給したりできます。これは、ボール内部のプラズマとボール外部の導体がコンデンサーのプレートとして機能し、その間のガラスが誘電体として機能するために可能になります。プレートとボールの電極の間に降圧トランスを接続すると、低電圧、高電流の無線周波数出力を生成できます。怪我や機器の損傷を防ぐために、慎重にアースを接地することが不可欠です。

導電性の物質や電子機器をプラズマボールに近づけると、ガラスが熱くなることがあります。ボール内部からそれらに結合された高電圧の無線周波数エネルギーは、保護ガラスケース越しでも、触れた人に軽い感電を引き起こす可能性があります。プラズマボールによって生成される無線周波数フィールドは、ラップトップコンピューター、デジタルオーディオプレーヤー、携帯電話、およびその他の同様のデバイスで使用されるタッチパッドの操作を妨げる可能性があります。^{[1]一部の種類のプラズマボールは、数フィートまたは数メートル離れた}コードレス電話やWi-Fiデバイスに干渉するほどの無線周波数干渉（RFI）を放射する場合があります。

電気導体がボールの外側に触れると、静電結合によって小さなアークを発生させるのに十分な電位が発生します。これは、ボールのガラスがコンデンサの誘電体として機能するためです。ランプの内側は1つのプレートとして機能し、外側の導電性物体は反対側のコンデンサプレートとして機能します。^[3] これは、ボールやその他の電子機器を損傷する可能性のある危険な動作であり、火災の発火の危険があります。^[1]

プラズマボールの表面には、感知できる量のオゾンが形成される。多くの人が、オゾンの濃度を感知できる。0.01～0.1  ppmで、これはオゾンが健康に有害であると考えられる最低濃度よりわずかに低い。0.1 ～ 1  ppmでは頭痛、目の灼熱感、呼吸器官の炎症を引き起こします。

2022年7月、オーストラリアのクエスタコン博物館のプラズマ球から発生した火花が、子供の手に塗られていたアルコールベースの手指消毒剤に引火し、重度の火傷を負わせた。^[10]

ウィキメディア・コモンズにはプラズマランプに関連するメディアがあります。

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