阴极射线

在真空管中可以观察到的电子流
阴极射线(英语cathode ray)是在真空管中可以观察到的电子流,[8]是从低压气体放电管阴极发出的电子在电场加速下形成的电子流。[9]它有两个性质,一是垂直于阴极,二是带有负电,并且总是从阴极出发,终点与阳极无关。[10]
1859年,德国物理学者尤利乌斯·普吕克德语:Julius Plücker)观测到,当管内部气体足够稀薄时,在阴极附近的管壁会出现绿色磷光,施加磁场可以改变磷光的位置,他推断绿色磷光是出自于电流撞击于玻璃所产生的现象。普吕克的学生约翰·威廉·希托夫(德语:Johann Wilhelm Hittorf)于1869年发现,假设在阴极与磷光之间置入一块物体,则辉光会被限制在阴极与物体之间,玻璃管壁会因为物体的遮挡而在磷光曲面内出现一片阴影,这意味着辉光是由只会以直线传播的射线形成,并且在管壁造成磷光。[6]1897年,约瑟夫·约翰·汤姆森(Thomson)根据放电管中的阴极射线在电磁场和磁场作用下的轨迹确定阴极射线中的粒子带负电,[11]1911年美国物理学家密立根(R.Millikan)由著名的油滴实验测出了电子电荷的绝对值[12]
阴极射线用途广泛,人们利用阴极射线发明了阴极射线管,用于生产电子示波器中的示波管、电视的显像管电子显微镜等;[4]同时,阴极射线也是一种重要的探测工具,可用来进行核物理基本粒子的研究;[5]另外,阴极射线还可直接用于切割、熔化、焊接等。[4]

命名

阴极射线之所以如此命名,是因为它们是由真空管中的负电极或阴极发射出来的。[13]早期研究阴极射线时主要使用的是克鲁克斯管,也称为阴极射线管,它的基本结构是一个两端有电极的密封玻璃管,管内的空气绝大部分被抽出,所剩气体非常稀薄。电极由片状或棒状的金属材料制成,两个电极分别通过导线与电池的正、负两极相连,与电池负极相连的电极称为阴极,与电池正极相连的电极称为阳极。接上电池后,玻璃管中将发出绿色的光。因为光是从阴极发出的,所以科学家将这种绿光称为阴极射线。[14]