네온 (Neon) 이란 무엇인가?
옥외광고의 총아, 네온싸인의 기술적 배경
네온은 주기율표의 18족에 속하며, 전광판이나 형광등에 쓰이는 비활성 기체를 말한다. 색깔·냄새·맛이 없고 공기보다 가볍다. 대기 중에 아주 조금 있고 지각 암석에 고정된다.
대기 중에는 헬륨(He)보다 3.5배정도 양이 많지만 건조한 공기 중에는 0.0018％밖에 없으며, 지구보다는 우주에 더 많다. －246.048℃에서 액화되고 2.5℃ 더 내려가면 언다. 낮은 압력에서 전류를 통하면 밝은 주홍색 빛을 낸다. 이와 같은 특성은 1920년대에 처음으로 사용되기 시작한 네온사인과 몇 가지 종류의 형광등, 기체전도 램프, 고전압계 등에 응용된다.
네온은 1898년 영국 화학자 W. 램지와 M. W. 트래버스가 발견했다. 이들은 네온이 공기에서 얻은 액화 천연 아르곤(Ar) 중에서 휘발성이 가장 큰 성분 중의 하나라는 사실을 밝혔다. 이는 또 전기를 통해주면 독특한 강한 빛을 내기 때문에 곧 새로운 원소로 받아들여졌다. 네온 기체는 공업적으로 액화 공기를 분별 증류하여 얻는다. 액화 공기 가운데 가장 휘발성이 큰 부분은 헬륨·네온·질소의 혼합기체이다.
이 혼합기체의 압력을 높이고 온도를 내려 응축시킨 다음, 매우 차게 식힌 숯에 흡착시키면 질소가 제거되고, 나머지 기체를 낮은 온도에서 활성탄에 선택적으로 흡착시키면 헬륨이 분리되어 네온만 남는다.
액화공기 1,000ℓ를 이와 같이 처리하면 0.11ℓ 정도의 네온을 얻는다. 네온은 안정한 화합물을 만들지 않으며 1원자 분자이다.
천연에서 산출되는 네온은 20Ne(90.92％), 21Ne(0.26％), 22Ne(8.82％)의 안정된 3개 동위원소를 가진다.
도심의 밤거리는 갖가지 빛깔의 네온사인으로 장식되어 있다. 도대체 이 네온사인의 휘황찬란한 빛깔의 비밀은 무엇일까.
네온관도 형광등과 마찬가지로 기체 속의 방전에 의한 발광을 이용한 것으로, 네온관속에 넣은 기체의 종류에 따라 여러 가지 색으로 발광한다. 즉 네온에서는 적색, 아르곤에서는 자주색, 수은에서는 청록색이 된다.
그러므로 정확히 말한다면 적색만이 네온사인으로, 청록색인 경우는 네온사인이 아니라, '수은사인'이라고 해야 옳은 표현이 아닐까 한다. 그런데도 네온사인으로 일반화된 것은 네온을 넣은 적색의 것이 많기 때문이다.
네온관은 지름 12∼15밀리의 가늘고 긴 유리관 양끝에 구리 및 쇠로 된 원통모양의 전극을 붙여놓은 것.
방전의 원리는 형광등과 마찬가지이지만 관이 길기 때문에 방전관에 가하는 전압은 높게 할 필요가 있다. 점등의 개시에는 관의 길이가 1m당 약1천 볼트의 고전압이 요구된다.
또 방전전류를 일정 값으로 안정시키기 위해 안정기를 겸한 자기누설(磁氣漏泄) 변압기도 사용된다. 이 변압기를 네온 트랜스라고 하는데, 철심(鐵心)의 구성을 잘 고안하여 2차 전류가 증가한 경우, 2차 전압이 급격히 떨어져 전류가 감소되도록 되어 있다.
그럼 방전에 의해 발광이 일어나는 경우를 설명해 보자.
수은주(水銀柱)안에 수 밀리의 압력으로 기체를 봉입한 다음 방전관내의 전극 사이에 전압을 가하면 전극 사이는 몇 개로 구분되어 발광한다. 이 방전을 글로우 방전이라고 한다. 제일 빛이 잘 나는 부분을 양광주(陽光柱), 음극 가까이에서 빛이 변한 부분을 음(陰) 글로우 라고 한다.
네온관은 이 글로우 방전을 이용한 것이다. 네온관은 글로우 방전의 양광주를 이용한 것이다. 방전관 속에서는 음극에서 양극을 향해 전자가 흐른다. 이 경우 전자는 도중에서 네온이나 아르곤의 기체 원자와 충돌하여 에너지가 높은 상태로 된다.
이것을 여기(勵起)라고 한다. 그때 기체 원자는 전자가 1개 튀어나와서 양이온이 된다. 이 양이온은 곧 전자와 충돌하여 재결합하여 에너지가 낮은 본래의 상태(기저 상태)로 돌아간다.
이때 그 차액의 에너지가 빛이 되어 방출된다. 이 차액의 에너지의 크기는 기체에 따라 다르고, 그것에 의해 방사광(放射光)의 색이 변하게 된다.
