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]

Kanavasädeputki, jossa rei'itetyn katodin läpi kulkevat säteet saavat sen hohtamaan vaaleanpunaisena

Anodisädeputki
Yksinkertaistettu esitys anodi­säde­putkesta, säteet näkyvät rei'itetyn katodin oikealla puolella

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.

Kanavasäteet ionilähteenä

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
  1. Michael A. Grayson: Measuring mass: from positive rays to proteins, s. 4. Philadelphia: Chemical Heritage Press, 2002.
  2. Leena Lahti: ”Isotoopit, massaspektrometria”, Sähköoppi, s. 89. Gaudeamus, 1977. ISBN 951-662-044-2.
  3. Leena Lahti: ”Positiiviset säteet”, Sähköoppi, s. 86–87. Gaudeamus, 1977. ISBN 951-662-044-2.
  4. J. J. Thomson: Rays of positive electricity, and their application to chemical analyses (1921), s. 142. {{{Julkaisija}}}, 1921. Teoksen verkkoversio.
  5. Kenneth Tompkins Bainbridge, Alfred Otto Nier: Relative Isotopic Abundances of the Elements, s. 2. National Academies, 1950. Teoksen verkkoversio.

    Aiheesta muualla
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.