极隧射线(canal ray)是指
低压气体放电管里从阴极小孔背后穿出的快速带电原子或分子流,是1886年由德国人E.
戈德斯坦首先发现的。
1886年戈尔德斯坦(Goldstein,E.)就采用了有着穿孔阴极的
阴极射线管进行实验,结果就发现有与阴极射线反方向的射线产生,并称它为极隧射线。后来证明是带正电的粒子流,又称作阳极射线。
这种
带电粒子流与管中气体分子
非弹性碰撞可引起
气体电离和
发光,打在
玻璃放电管管壁会产生
荧光。极隧射线中不仅有
正离子,还由于
电荷转移而存在
中性粒子和
负离子。极隧射线中粒子速度可达106米/秒量级。可在
气体放电管中看到清楚的极隧射线束,可增大放电区的阴极势降,并使阴极背后空间的
气压低于放电区许多倍。
极隧射线是1886年哥尔德斯坦((E. Goldstein)在含有稀薄气体的放电管中发现的。随后维恩(W.W ien和汤姆逊(CJ . J . Thomson)证明,极隧射线主要由放电管中带正电的气体原子(即阳离子)组成,这些带电粒子以很高的速度沿射线束运动。其产生机制是,放电管中的阴极上带有小孔,由于阳极与阴极之间存在着巨大电势差,带正电的粒子受到阴极加速轰击阴极,其中一部分获得很大能量后从阴极小孔中通过形成射线束,极隧射线因此得名。在当时,研究这种射线被认为是了解原子和分子的物理性质的最重要途径之一。
由于极隧射线速度很大,往往达107厘米/秒,运动过程中会不断与射线路径上的气体分子发生碰撞,当碰撞转移的能足够大时就会放出辉光。1902年,斯塔克预言,这一机制会导致极隧射线粒子发光,而且,若射线是朝着观察者而来的,则射线的光谱应向紫端移动。这种现象与恒星光谱移动机理相似,称为多普勒效应。
当时的研究状况是,人们所用的正离子只能是极隧射线,它射向辉光电流的阴极,通过阴极上的孔在另一边出现。首先我使摄谱仪准直光管的轴垂直于氢的极隧射线束轴,第二步是让极隧射线沿着准直光管的轴并向准直光管射来。把两次曝光的光谱照片进行对照,就会看到氢的线光谱的预期的多普勒效应。
斯塔克发现,在巴尔末(CBalmer)线系的每一条单一氢谱线的旁边都出现一条新的较宽的谱线,新的谱线出现在靠近紫色一边。这一发现首次记录了地球上的光源的多普勒效应,此前人们只在天体光谱中有同样发现。
瑞典皇家科学院称斯塔克“对极隧射线的所谓多普勒效应进行的划时代研究,使我们看到了原子和分子内部结构的真实性”,这一发现,连同当时人们在放射性研究、x射线研究等方面取得的一系列重要成果,标志着人类在微观领域取得的最新进展。