Анодные лучи: открытие, свойства и значение в развитии масс-спектрометрии. Изучение положительных ионов в газоразрядных трубках, эксперименты Гольдштейна и Томсона.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Луч положительно заряженных ионов
Beam of positively charged ions
Анодный луч (также положительный луч или канальный луч) — это пучок положительных ионов, создаваемый в определенных типах газоразрядных трубках. Они были впервые обнаружены в трубках Крукса во время экспериментов немецкого ученого Югена Гольдштейна в 1886 году. Последующие исследования анодных лучей, проведенные Вильгельмом Вином и Дж. Дж. Томсоном, привели к развитию масс-спектрометрии.
An anode ray (also positive ray or canal ray) is a beam of positive ions that is created by certain types of gas discharge tubes. They were first observed in Crookes tubes during experiments by the German scientist Eugen Goldstein, in 1886. Later work on anode rays by Wilhelm Wien and J. J. Thomson led to the development of mass spectrometry.
Анодная трубка
Голдштейн использовал газоразрядную трубку с перфорированным катодом. Когда между катодом и анодом прикладывается электрический потенциал в несколько тысяч вольт, из отверстий в задней части катода видны слабые светящиеся "лучи". Эти лучи представляют собой пучки частиц, движущихся в направлении, противоположном "катодным лучам", которые являются потоками электронов, движущихся к аноду. Голдштейн назвал эти положительные лучи Kanalstrahlen, "лучи канала" или "канальные лучи", поскольку эти лучи проходили через отверстия или каналы в катоде. Процесс формирования анодных лучей в газоразрядной трубке выглядит следующим образом. Когда к трубке прикладывается высокое напряжение, её электрическое поле ускоряет небольшое количество ионов (электрически заряженных атомов), постоянно присутствующих в газе, образованных естественными процессами, такими как радиоактивность. Эти ионы сталкиваются с атомами газа, выбивая из них электроны и создавая больше положительных ионов. Эти ионы и электроны, в свою очередь, сталкиваются с другими атомами, создавая ещё больше положительных ионов в цепной реакции. Положительные ионы притягиваются к отрицательному катоду, и некоторые из них проходят сквозь отверстия в катоде. Это и есть анодные лучи. К моменту достижения катода ионы ускоряются до достаточной скорости, чтобы при столкновении с другими атомами или молекулами в газе возбуждать их до более высокого энергетического уровня. Возвращаясь к исходному энергетическому уровню, эти атомы или молекулы высвобождают полученную энергию. Эта энергия излучается в виде света. Этот процесс, называемый флуоресценцией, вызывает свечение в области позади катода.
Goldstein used a gas discharge tube which had a perforated cathode. When an electrical potential of several thousand volts is applied between the cathode and anode, faint luminous "rays" are seen extending from the holes in the back of the cathode. These rays are beams of particles moving in a direction opposite to the "cathode rays", which are streams of electrons which move toward the anode. Goldstein called these positive rays Kanalstrahlen, "channel rays", or "canal rays", because these rays passed through the holes or channels in the cathode. The process by which anode rays are formed in a gas discharge anode ray tube is as follows. When the high voltage is applied to the tube, its electric field accelerates the small number of ions (electrically charged atoms) always present in the gas, created by natural processes such as radioactivity. These collide with atoms of the gas, knocking electrons off them and creating more positive ions. These ions and electrons in turn strike more atoms, creating more positive ions in a chain reaction. The positive ions are all attracted to the negative cathode, and some pass through the holes in the cathode. These are the anode rays. By the time they reach the cathode, the ions have been accelerated to a sufficient speed such that when they collide with other atoms or molecules in the gas they excite the species to a higher energy level. In returning to their former energy levels these atoms or molecules release the energy that they had gained. That energy gets emitted as light. This light producing process, called fluorescence, causes a glow in the region behind the cathode.
Источник ионных лучей анода
Источник ионных лучей, использующий анод, как правило, представляет собой анод, покрытый галогенидной солью щелочного или щелочноземельного металла. При приложении достаточно высокого электрического потенциала образуются ионы щелочных или щелочноземельных металлов, и их эмиссия наиболее ярко наблюдается у анода.
An anode ray ion source typically is an anode coated with the halide salt of an alkali or alkaline earth metal. Application of a sufficiently high electrical potential creates alkali or alkaline earth ions and their emission is most brightly visible at the anode.