Kanavasäteet
Kanavasäteet, positiiviset säteet eli anodisäteet ovat tietyn tyyppisissä kaasupurkausputkissa syntyviä positiivisten ionien suihkuja. Ne havaitsi ensimmäisenä saksalainen fyysikko Eugen Goldstein Crookesin putkella tekemissään kokeissa vuonna 1886.[1] Kokeet, joita Wilhelm Wien ja J. J. Thomson kanavasäteillä myöhemmin tekivät, johtivat massaspektrometrian kehittymiseen.[2]
Anodisädeputki muokkaa
Goldstein käytti kaasulla täytettyä putkea, jossa oli kaksi elektrodia ja jossa katodiin oli puhkaistu reikiä. Kun katodin ja anodin välille kytkettiin useiden tuhansien volttien jännite, katodin takana reikien kohdalla näkyi heikkoja valojuovia. Nämä "säteet" aiheutuivat hiukkassuihkuista, jotka kulkivat päinvastaiseen suuntaan kuin jo aikaisemmin tunnetut katodisäteet, jotka ovat anodia kohti kulkevien elektronien virtaa.[3] Goldstein kutsui näitä positiivisia säteitä kanavasäteiksi (saks. Kanalstrahlen), koska ne esiintyivät katodissa olevien reikien eli "kanavien" kohdalla. Vuonna 1907 osoitettiin kokeellisesti, miten nämä "säteet" taipuivat magneettikentässä, mikä osoitti, että niillä hiukkasilla, joista säteet muodostuivat, ei ollut kaikilla yhtä suuri massa. Kevyimmät niistä esiintyivät, kun putkessa oli vetykaasua, ja niiden massan voitiin laskea olevan 1 840 kertaa niin suuri kuin elektronilla. Tällöin kyseessä olivat protonit.
Prosessi, jossa kanavasäteet syntyvät kaasussa tapahtuvassa sähköpurkauksessa anodisädeputkessa, voidaan kuvata seuraavasti. Kun putkeen kytketään korkea jännite, siellä oleva sähkökenttä kiihdyttää ioneja eli sähköisesti varautuneita atomeja. Ioneja on kaasussa aina jonkin verran eräiden luonnonilmiöiden, kuten radioaktiivisuuden, vaikutuksesta. Ionit törmäävät kaasuatomeihin ja irrottavat niistä elektroneja, jolloin syntyy lisää positiviisia ioneja. Nämä ionit ja elektronit vuorostaan törmäävät muihin atomeihin synnyttäen lisää positiivisia ioneja ketjureaktion omaisesti. Negatiivisesti varautunut katodi vetää puoleensa kaikkia positiivisia ioneja, ja jotkin niistä pääsevät läpi katodin rei'istä. Läpi päässeet ionit ovat kanavasäteitä.
Kun ionit saapuvat katodille, ne ovat kiihtyneet niin suureen nopeuteen, että kun ne törmäävät kaasun muihin atomeihin tai molekyyleihin, ne virittävät nämä korkeammille energiatasoille. Palatessaan entiselle energiatasolleen nämä atomit tai molekyylit vapauttavat saamansa energian. Tämä energia lähtee niistä valona.
muokkaa
Kanavasädeionilähde on tyypillisesti anodi, joka on päällystetty jonkin alkali- tai maa-alkalimetallin halidisuolalla.[4][5] Jos putkeen kytketään tarpeeksi korkea jännite, muodostuu alkali- tai maa-alkalimetallin ioneja, ja niiden aikaansaama valoilmiö on kirkkain anodilla.
Lähteet muokkaa
- ↑ Michael A. Grayson: Measuring mass: from positive rays to proteins, s. 4. Philadelphia: Chemical Heritage Press, 2002.
- ↑ Leena Lahti: ”Isotoopit, massaspektrometria”, Sähköoppi, s. 89. Gaudeamus, 1977. ISBN 951-662-044-2.
- ↑ Leena Lahti: ”Positiiviset säteet”, Sähköoppi, s. 86–87. Gaudeamus, 1977. ISBN 951-662-044-2.
- ↑ J. J. Thomson: Rays of positive electricity, and their application to chemical analyses (1921), s. 142. {{{Julkaisija}}}, 1921. Teoksen verkkoversio.
- ↑ Kenneth Tompkins Bainbridge, Alfred Otto Nier: Relative Isotopic Abundances of the Elements, s. 2. National Academies, 1950. Teoksen verkkoversio.
Aiheesta muualla muokkaa
- Rays Of Positive Electricity by J.J. Thomson 1913. Proceedings of the Royal Society, A 89, 1–20.
- The Cathode Ray Tube site crtsite.com.