ネオン（Ne）
ネオン（Ne）は原子番号10の希ガス元素であり、室温常圧で無色・無臭の単原子気体として存在する。化学的に極めて不活性で、通常の条件では化合物を形成しない。低圧下で放電すると鮮やかな橙赤色の発光を示し、この特性が広告用照明や指示灯の基盤となってきた。大気中の存在比は体積で約18 ppmと少量であるが、空気の低温分留により分離・回収され、照明、レーザー、低温工学、プラズマ計測など工学分野で活用されている。
原子・電子構造と基本物性
ネオン（Ne）の電子配置は1s2 2s2 2p6であり、閉殻構造により安定である。第一イオン化エネルギーは約21.6 eVと大きく、反応性の低さを裏づける。標準状態での密度は約0.90 g/Lと空気より軽い。融点は約−248.6 ℃、沸点は約−246.0 ℃で、希ガスの中ではヘリウムとアルゴンの中間の極低温域に位置づけられる。分子間力は弱く、ファンデルワールス相互作用に支配される。
存在と製造法（空気の低温分留）
地球大気における体積濃度は約0.0018％である。産業的製造は液化空気からの低温分留が主流で、酸素・窒素・アルゴンの分離工程に併設される。極低温での凝縮・蒸留により高純度ガスが得られ、用途に応じて99.9％以上の純度が供給される。希少性と回収プロセスの負荷からコストは比較的高く、用途は機能価値の高い領域へ集中する傾向にある。
放電発光とネオンサイン
ネオン（Ne）を低圧封入したガラス管に電圧を印加するとグロー放電が生じ、橙赤色の特有のスペクトル線が現れる。ガラス管内の電極形状や内圧、管径の最適化により輝度、寿命、始動特性が左右される。ネオン単体で橙赤色、他の希ガスや蛍光体、ガラス着色を組み合わせることで多色化が可能で、広告サイン、インジケータ、スケール照明などで長く用いられてきた。
He-Neレーザー（632.8 nm）
代表的なガスレーザーとしてHe-Neレーザーがある。放電励起されたヘリウムが衝突エネルギー移乗によりネオンの上位準位を励起し、632.8 nmの赤色発振を生む。ガウシアンビーム品質、狭線幅、長期安定性に優れ、光学アライメント、干渉計測、バーコードスキャナ、教育実験などで広く使われてきた。出力は数mW級が一般的で、キャビティ鏡の反射率設計や管長が発振閾値とモード選択を規定する。
低温工学・冷媒用途
液体ネオンは沸点約27 Kの低温域を提供し、液体窒素（77 K）より低く、液体ヘリウム（4.2 K）より高い領域を担う。蒸発潜熱が比較的大きく、冷凍機の中間段冷却、極低温捕集（クライオポンプ）、材料の低温物性試験などで選択されることがある。コストと供給性を踏まえ、熱負荷・必要温度・安全設計のバランスで媒体選定を行うのが実務的である。
プラズマ・放電計測への応用
ネオン（Ne）はグロー放電の代表気体としてプラズマ診断に適し、発光分光（OES）による励起準位分布評価、プローブ測定の基準ガス、放電開始電圧（パッシェン曲線）の教材などに活用される。低質量・高イオン化エネルギーの特性は、エッチングやスパッタで主成分と混合するトレーサとしても有用である。
同位体組成と地球科学
天然同位体は20Ne（約90.5％）、21Ne（約0.27％）、22Ne（約9.2％）である。特に21Neは宇宙線生成核種として岩石・鉱物の曝露年代測定に用いられる。マントル起源ガスの希ガス比（Ne/He、Ne/Ar）解析は地球内部の起源物質や脱ガス史の手がかりを与える。大気との同位体分別を考慮したサンプリングと超高真空下でのガス抽出が実験上の要点である。
安全性・法規・環境影響
ネオン（Ne）は不燃性・無毒であるが、密閉空間で高濃度になると酸素欠乏の窒息危険があるため換気と検知が必須である。高圧ガスとしての取り扱いでは容器弁保護、逆止、防爆電装などの一般的安全基準に従う。温室効果やオゾン層破壊への寄与は無視できる水準で、環境負荷は主として製造・輸送段階のエネルギー消費に依存する。
産業利用の設計要点
- 放電管設計：内圧、管径、電極材、始動補助抵抗の最適化により輝度・寿命を両立させる。
- レーザー：ミラー反射率、管長、混合比（He:Ne）とガス純度管理が発振安定性を規定する。
- 低温系：断熱・遮熱、真空度、冷媒在庫・回収計画を含むライフサイクル設計が要点である。
- 計測：発光スペクトルの校正線として632.8 nmや橙赤のネオン線を基準に用いる。
代表的物性値（参考）
- 原子量：約20.18
- 融点：約−248.6 ℃（24.6 K）
- 沸点：約−246.0 ℃（27.1 K）
- 第一イオン化エネルギー：約21.6 eV
- 標準状態密度：約0.90 g/L
- 大気中濃度：約18 ppm（体積）
実装上の注意
ガラス管加工では封止品質とクリーンネスが劣化要因を左右する。配電回路は漏れ電流・過電圧対策を取り、低温用途では真空断熱配管と冷凍機の振動伝達抑制を設計に織り込む。供給面では品質証明（純度・水分・不純物）とシリンダ管理を徹底し、用途変更時のパージ・回収・再充填手順を標準化することが望ましい。