Dans ces lampes l'atmosphère est constituée soit de vide soit de gaz neutres. Ces gaz nobles, aussi appelés gaz rares ou gaz inertes, sont les éléments chimiques de la série chimique du groupe 18 du tableau périodique des éléments.
On y trouve les éléments suivants : hélium, néon,argon, krypton, xénon et radon. L'ununoctium, s'il existait, serait aussi un gaz noble.
La famille des gaz nobles présente une particularité importante : les atomes sont très peu réactifs car ils possèdent une couche électronique externe complète. Cette couche saturée en électrons est très stable et donc l'atome ne cède ni n'accepte d'autres électrons. Les liaisons chimiques inter-atomes sont donc quasi-impossibles pour les gaz rares.
Le gaz de remplissage limite donc dans une certaine mesure la sublimation du tungstène et permet ainsi de porter le filament à des températures plus élevées sans diminuer son espérance de vie.
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