阴极射线是什么意思 阴极射线的产生原理

导语：阴极射线是什么意思？阴极射线是一种由阴极发射的高速带电粒子流，具有广泛的应用价值和重要的科学意义，在物理学和电子学领域的研究中，阴极射线的研究将继续发挥重要的作用，那么大家知道阴极射线的产生原理吗？下面就一起去了解了解吧！

阴极射线是什么意思

气体

克鲁克斯阴极射线管在伦琴发现X射线的过程中起了重要的作用，那么阴极射线是一种什么射线呢?阴极射线是德国物理学家J.普吕克尔在1858年进行低压气体放电研究的过程中发现的。稍后，英国物理学家克鲁克斯在实验室里研究闪电现象时，也发现了这种射线。当装有2个电极的玻璃管里的空气被抽到相当稀薄的时候，在2个电极间加上几千伏的电压，这时在阴极对面的玻璃壁上闪烁着绿色的辉光，可是并没有看到从阴极上有什么东西发射出来。这究竟是怎么一回事呢?这种现象引起许多科学家的浓厚兴趣，进行了很多实验研究。

当在阴极和对面玻璃壁之间放置障碍物时，玻璃壁上就会出现障碍物的阴影;若在它们之间放一个可以转动的小叶轮，小叶轮就会转动起来。看来确实从阴极发出一种看不见的射线，而且很像一种粒子流。在人们还没有弄清楚这种射线的庐山真面目之前，只好将它称为“阴极射线”。关于阴极射线的本质，当时在国际上有两种截然不同的意见。大多数英国物理学家(如J.J.汤姆孙)认为阴极射线是一种带电的粒子流，因为它可以被电场或磁场偏转。汤姆孙等英国物理学家由实验中还测得阴极射线速度比光速小2个数量级。

19世纪90年代初，德国物理学家由实验中得知，阴极射线甚至可以穿透薄金属箔，据此他们认为阴极射线不可能是粒子流。在阴极射线是不是带电这个问题上，开始时英国物理学家汤姆孙和德国物理学家赫兹做了同样的实验，也观察到同样的结果。我们来听听汤姆孙本人对这一段经历的回忆吧：“我使阴极射线偏转的第一次尝试是使它通过固定在放电管内的2个平行板之间的空间，并且在平行金属板之间加上一个电场。结果没有产生任何持续的偏转。”对于这样一个同样的实验结果，赫兹简单而错误地得出了以下的结论：阴极射线是不带电的。

而汤姆孙没有简单从事，他进行了更加深入的分析和思考，终于找到了问题的症结所在。他在《回忆与感想》一书中继续回忆说：“偏转之所以没有出现是由于气体存在(压力太高)，因此要解决的问题是获得更高度的真空。而这一点说起来比做起来容易得多。”汤姆孙继续对阴极射线进行深入的研究，1897年终于完成了他那闻名于世的实验。图2.3就是汤姆孙实验中所使用的仪器的简图。阴极射线由阴极C发出，通过狭缝A和B将阴极射线约束成细束，然后穿过D、E之间的空间，最后达到右边带有标尺的荧光屏上进行观察。

当D、E充电，阴极射线束会向上或向下偏转(方向取决于D、E的极性)。汤姆孙根据实验中阴极射线偏转的方向确定出阴极射线是带负电的。然后他又在D、E之间换成用通电线圈加上一个方向与简图平面垂直的磁场。磁场也使细束发生向上或向下的偏转(方向与磁场的方向有关)。阴极射线细束在磁场中的偏转方向也证明阴极射线束所带的电荷是负的。接着汤姆孙巧妙地使磁场产生的偏转正好抵消电场所产生的偏转，这样就可以计算出阴极射线细束的速度。然后分别从电场和磁场单独产生的偏转幅度，再计算出细束的电荷与质量的比值(荷质比)e/m。

电荷

汤姆孙求得的阴极射线的荷质比e/m，比在电解过程中测得的氢离子的荷质比eH/mH大将近2000倍。因此汤姆孙认为阴极射线是由比氢离子小得多的带负电的粒子所组成。他把这种粒子称为“微粒”，所带的电荷(代表电荷的基本单位)称为“电子”。后来人们直接将组成阴极射线的粒子本身称为“电子”。阴极射线束就是电子束，这是射线大家族中一个非常重要的成员，在现代科学技术中占有重要的地位。从阴极射线实质的揭示过程，对我们至少有两点极为有益的启示：其一，穷追不舍的探索精神和深入细致的分析与思考的习惯，对于科学技术的发明和发现是何等的重要，古今中外这样的事例俯拾皆是，一切有志于科学技术的人们都要十分注意培养这种基本素质;其二，技术的革新与改进和实验科学的进展是相辅相成的，这样的例证也是不胜枚举的。

阴极射线的产生原理

电子的发射过程

阴极射线的产生原理主要涉及电子的发射过程，这一过程可以在不需要高电压的情况下发生。阴极射线是电子从阴极发出的，这些电子在强电场作用下高速运动形成的，主要来自阴极本身，但如果管内真空度不高，也有一部分来自管中的气体。阴极材料一般选用电子逸出功小的金属，这样在加热阴极(通电即可加热)和外加加速电场的双重作用下，阴极就能发射电子了。加热使电子动能加大，便于它克服阴极材料的束缚引力而溢出。外加加速电场降低了外部的电势能，减小了起阻碍作用的势垒的宽度，这都便于电子以隧道效应(一种典型的量子效应)的方式逸出阴极。

阴极射线管的工作原理基于阴极射线，即从阴极射出的电子流。这些电子在电场加速下形成的高速电子流，具有带负电的粒子特性。阴极射线管的应用非常广泛，包括电子示波器中的示波管、电视的显像管、电子显微镜等，都是利用阴极射线在电磁场作用下偏转、聚焦以及能使被照射的某些物质，如硫化锌发荧光的性质工作的。