陰極射線

陰極射線（英語：Cathode rays; or electron beams）是在真空管中可以觀察到的電子流。真空管是一個被抽成真空的、裝有兩個電極（一個陽極和一個陰極）的玻璃管。

克魯克斯管示意圖。從陰極直線發射出的陰極射線撞擊到玻璃壁，因此在玻璃壁顯示出磷光。在玻璃管內置入的蒙片會在磷光區域形成陰影。

陰極被加熱後，其釋放出來的電子會像射線一般移離。假設在陽極後面的玻璃片覆有磷光物質，則它會形成磷光。陰極與磷光之間的金屬板會在磷光玻璃板上留下影子。這說明磷光是由陰極發射出來的粒子打到磷光板上後發出的。

歷史

1690年奧托·馮·格里克發明真空泵後物理學家開始在稀薄空氣中做電的試驗。1705年人們發現在稀薄空氣中的電弧比在一般空氣中的長。1838年邁克爾·法拉第在充滿稀薄空氣的玻璃管中輸送電流，他發現在陰極和陽極之間有一道奇怪的光弧。只有直接在陰極前沒有這道光弧，這個地方被稱為「法拉第暗空間」。

1857年德國玻璃工海因里希·蓋斯勒（英語：Heinrich Geissler）發明了更好的泵來抽真空，由此發明了蓋斯勒管（英語：Geissler_tube）。蓋斯勒管的意圖在於使得管內的氣體發光。而有人則發現管壁也會發光，而且只有在陽極的一端會發光。威廉·克魯克斯發明了更先進的克魯克斯管，專門用來研究這樣發出的光。

1859年，德國物理學者尤利烏斯·普呂克觀測到，當管內部氣體足夠稀薄時，在陰極附近的管壁會出現綠色磷光，施加磁場可以改變磷光的位置，因此，他分辨出這種放電與普通放電不同，他推斷綠色磷光是出自於電流撞擊於玻璃所產生的現象。^[1]:104-105普呂克的學生約翰·威廉·希托夫於1869年發現，假設在陰極與磷光之間置入一塊物體，則輝光會被限制在陰極與物體之間，玻璃管壁會因為物體的遮擋而在磷光曲面內出現一片陰影，這意味著輝光是由只會以直線傳播的射線形成，並且在管壁造成磷光。1876年，德國物理學者歐根·戈爾德斯坦發現，輝光不是朝著所有方向發射，而是朝著垂直於陰極表面的方向發射，這與燭光的發射方式大不相同，燭光是朝著所有方向發射。^[2]:56-57戈爾德斯坦稱這輝光為陰極射線，他主張，陰極射線是某種傳播於乙太的電磁波，因為，如同紫外線一般，陰極射線以直線移動，並且當撞擊時會造成磷光。^[3]:95-96

19世紀末許多著名科學家如諾貝爾獎獲得者菲利普·萊納德對陰極射線做了非常詳細的研究。很快人們就認識到陰極射線是由今天被稱為電子的帶電粒子組成的。由於陰極發射這個射線，因此其電荷是負的。

應用

在沒有外部影響的情況下陰極射線直線傳播。電場和磁場可以改變它們的方向。人們利用這個現象發明了陰極射線管，它是電視機、示波器等的原理。

在許多工業中極高速的電子束用來做電子束焊接、迅速修補熱固性塑料以及交叉結合熱塑性塑料來改善其物理特性。極高速電子流也可以作為自由電子激光的增益介質。

參考文獻

1. Thomson, Joseph, Cathode Rays, The Electrician (James Gray), 1897, 39
2. Dahl, Per, Flash of the Cathode Rays: A History of J J Thomson's Electron illustrated, CRC Press, 1997, ISBN 9780750304535
3. Arabatzis, T. Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities. University of Chicago Press. 2006. ISBN 0-226-02421-0.

外部連結

• （英文）交叉電場和磁場中的電子束 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (Simulation von BIGS)。