正常辉光放电阴极暗区中的电子运动是垂直于阴极表面的一组平行电子束，气体电离率约1%。如果阴极制成一定直径和长度的圆筒，两个负辉区重叠会在一起，这时电子在负辉区来回振荡，增大了碰撞电离几率；而且阴极溅射也很强烈，阴极附近出现较高的金属蒸汽压，结果孔内电流密度大大提高，负辉区也会发出明亮且均匀的光，这就是空心阴极（ Hollow Cathode Discharge ，简称HCD）现象。
        产生空心阴极效应的原因一般是工件装得太紧密，或工件上有直径很小的深孔。孔径小到孔壁两边的阴极辉光区重叠，在重叠区内的重叠辉光电流急剧增大，引起狭缝和小孔过热，使局部产生高温，甚至熔化。
        对于几何形状复杂的工件在进行离子氮化时，装炉时要仔细作好充分的准备，将可能发生空心阴极的部位覆盖，但这会增加整个处理过程的时间和费用。若离子渗氮热处理时发生空心阴极现象要中止工作，开炉将孔遮盖。