V以上の十分高い値であれば[11]、陽極やガラス管壁にぶつかったときにX線を生成するほどの速度まで電子を加速することができる。高速の電子がX線を生成する過程は二通りある。正電荷が集中している原子核の近傍を通り過ぎると電子の軌道が鋭く曲げられ、その際にX線を放射する。この過程を制動放射という。次に、電子が原子と衝突して原子内の電子を上のエネルギー準位に押し上げた際、その電子が元のエネルギー準位に戻るときに余分なエネルギーをX線として放出することがある。この過程は蛍光X線と呼ばれる。初期に作られたクルックス管もX線を発生させていたのは間違いない。実際、イヴァン・プリュイ(en)などの当時の研究者は、クルックス管の近くに未感光の写真乾板を置くと乾板が曇ることに気づいていた。1895年11月8日、黒い厚紙で覆われたクルックス管を操作していたレントゲンは、近くに置いてあった蛍光スクリーンがかすかに光を発していることに気付いた[12]。レントゲンはクルックス管から何らかの目に見えない放射線が出ており、厚紙を透過してスクリーンに蛍光を発させていることを察知した。手元にあった紙片や本ではこの放射線を遮ることはできなかった。レントゲンは腰を据えてこの放射線の研究に取り掛かり、1895年12月28日にはX線に関する最初の研究論文を公開した[13]。レントゲンはこの発見により第一回ノーベル物理学賞(1901年)を受賞した。X線は医療に応用され始め、クルックス管に初めて実用的な用途が生まれた。各地の工房ではX線の発生に特化したクルックス管が製作され始め、これがX線管の原型となった。重金属はX線の発生量が大きいため、陽極の材料として主にプラチナが用いられた。陽極は陰極に対して適当な角度で傾けられており、その表面から発したX線が管の側壁を透過するようになっていた。mmのスポットに電子線を集中照射していた。この種の冷陰極X線管は1920年頃まで用いられていたが、熱陰極クーリッジ管に後を譲った。クス管を用いた実験[編集]クルックス管は多くの歴史的な実験に用いられたが、その焦点は陰極線の正体を探ることだった[14]。当時二つの説があった。matter")、すなわち電荷を帯びた原子であった。ドイツのヘルツやゴルトシュタインらは陰極線を「エーテル振動」、すなわち未知の種類の電磁波だとみなし、管内を流れる電流とは切り離して考えていた[15][16]。トムソンが陰極線の質量を測定し、その正体が負の電荷を持った新種の粒子だと実証したことで論争は終結した。トムソンはこの粒子を「小体」と呼んでいたが、後に「電子」("electron")という名に改められた。マルタ十字[編集]プリュッカーは1869年にマルタ十字型の陽極をクルックス管に取り付けた。陽極にはヒンジがついており、折り曲げて管の底面に寝かせることができた。スイッチを入れると管底の蛍光面に鮮明な十字型の影が映り、陰極線が直進していることが見て取れた。そのまましばらくおくと、蛍光が「へたって」光が弱まってくる。ここで十字架を倒して陰極線の経路を空けると、それまで影だった領域が他よりも明るく蛍光を発した。表面に垂直な方向への放出[編集]ゴルトシュタインは1876年、陰極線は常に陰極表面に対して垂直に放出されることを発見した[17][10]。陰極が平板なら、陰極線はその面に直交する直線上を進む。これは陰極線が粒子であるという証拠の一つだった。赤熱した金属板のような発光体はあらゆる方向に光を発するが、荷電粒子ならば同電荷を帯びた物体表面から垂直に遠ざかる方向に力を受けるはずである。陰極が凹球面を持つ皿型であれば、陰極線は皿の前にある一点に集中する。これを利用して試料の一点に陰極線を照射することで高温に熱することができた。電場による偏向[編集]ヘルツはクルックス管の両側面にもう一組の極板を取り付け、陰極線を挟むようにした。この構造はごく素朴なCRT(ブラウン管)だとみなせる。陰極線が荷電粒子であれば、極板に電圧をかけると電場が生じて陰極線の軌道を曲げ、ビームが照射されている管底の蛍光スポットが横に動くはずである。ヘルツは陰極線の偏向を観察できなかったが、その原因は装置の真空度が不十分だったことで表面電荷が蓄積し、電場を遮蔽していたためだと後に結論付けられた。アーサー・シュスターはより真空度が高い装置を用いて陰極線を偏向させることに成功し、陰極線が正電荷を帯びた極板に引き付けられ、負電荷に反発することを発見した。これは陰極線が負電荷を帯びており、したがって電磁波ではないことの証拠とされた。磁場による偏向[編集]クルックスは管の頚部に磁石を取り付けて陰極線のビームを両側からN極とS極で挟み、ビームが両極間の磁場中を進むようにした。するとビームは磁場と直交する方向である下方に曲げられた。この効果(現在ではローレンツ力と呼ばれている)は電気モーターにおいて導線が磁石から力を受ける現象と似ており、陰極線が導線中の電流のようにファラデーの電磁誘導の法則に従うことを示している。Matter"で紹介されている羽根車の実験。クスは陰極線の経路上に小さい羽根車を取り付け、陰極線が当たると車が回転することを発見した。回転は陰極から離れる向きだったことから、ビームが陰極から発していることが示唆された。クスはこの現象から陰極線が運動量を持っており、したがって質量を持つ粒子だと結論した。後になって、羽根車が回るのは粒子(電子)の運動量のためではなく、ラジオメーター効果のためだと判明した。羽根の表面で陰極線が当たっている部分が熱を帯び、熱で膨張した気体が羽根を押すというものである。これを1903年に実証したのはトムソンである。トムソンは計算により、羽根車に当たっている電子の運動量では毎分1回転というゆっくりした回転しか起こせないことを示した。クスの実験が示していたのは、単に陰極線が物体表面を加熱することができるということである。電荷[編集]ジャン・ペランは陰極線それ自体が負電荷を持っているのか、あるいはドイツ説のように電荷のキャリアが別に存在するのかを突き止めようとした。1895年、ペランはクルックス管に「捕獲器」("catcher")を取り付けた。これは両端が閉じたアルミニウム筒で、陰極に向いた側に小さい穴が開けられており、陰極線を捕えられるようになっていた。捕獲器は検電器と接続され電荷を測定することが可能だった。その結果、負電荷が検出され、陰極線が負の電気を持つことが確かめられた。陽極線[編集]陰極に穴が開けられた特製のクルックス管で陽極線が生じている(上部のピンク色の発光)。1886年にゴルトシュタインは、陰極に穴を穿つと陽極と逆側の口からぼんやりした光を放つものが流れ出すことを発見した[18][19]。この「陽極線(英語版)」に電場をかけると、陰極線とは逆に負電荷を帯びた極板に引き付けられた。陽極線の正体は陰極に引き寄せられた陽イオンのビームであった。ray")と名付けた[20]。cathode」(穴が開いた陰極)の右側に陽極線が発生している。ドップラーシフト[編集]ゴルトシュタインは陰極線の速度を測定する方法を見つけたと考えた。クス管内の気体にみられるグロー放電が陰極線の運動によって引き起こされているなら、管に沿って陰極線が進む方向に放射される光はドップラー効果によって振動数に変調を受けるはずである。変調の有無は放出スペクトル線のシフトを分光器を用いて検出することで確かめられる。ゴルトシュタインはL字型のクルックス管の両端に電極を設け、一方の電極からコーナーに向けてアームに沿って飛んできた光をコーナー部の分光器で観測できるようにした。分光器が向いている側の電極を陰極としてグローのスペクトルを測定した後、電源の配線をつなぎ変えて陰極と陽極を交代させ、電子の運動方向を逆転させた状態でスペクトルを記録し、シフト量を測定した。ゴルトシュタインはシフトを検出することができず、陰極線の移動速度は極端に遅いと解釈せざるを得なかった。現在理解されているところでは、クルックス管のグロー光を発しているのは電子そのものではなく、電子と衝突した気体原子である。原子は電子の数千倍の質量を持つため、その運動は電子に比べて非常に遅い。ドップラーシフトが検出できなかったのはこれが理由である。レーナルトの窓[編集]フィリップ・レーナルトは陰極線をクルックス管の外に取り出すことができるか確かめようとした。彼は陰極に面した容器壁に「窓」を開け、外界からの大気圧にちょうど耐えられる程度の厚さのアルミ箔を張って陰極線を受けるようにした。この仕組みは後に「レーナルトの窓」と呼ばれた。レーナルトが実験を行うと、まさに何かが窓から放射されていた。窓の前に掲げた蛍光スクリーンは光が当たっていなくとも蛍光を発し、写真乾板を掲げると露光していないはずなのに黒く感光した。レーナルトは様々な物質のシートを用いて陰極線の透過力を測定し、原子線には不可能なほど厚い物体を陰極線は透過できることを見出した。原子は当時最も小さい粒子だと考えられていたため、当初この結果は陰極線が波である証拠とみなされた。のちになって電子は原子よりも小さいことが明らかになり、透過力の高さもそのためだとされた。レーナルトはこの仕事に対して1905年のノーベル物理学賞を授与された。2019年12月8日閲覧。2016年6月29日閲覧。2016年6月29日閲覧。2016年6月29日閲覧。2016年6月27日閲覧。2016年6月27日閲覧。2016年6月28日閲覧。2016年6月28日閲覧。2016年6月28日閲覧。X線のエネルギーと透過力は管電圧とともに上昇する。V以下でもX線は生成するが、「硬度」が足りないため、ごくわずかなX線しかガラス壁を貫通しない。2013年6月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年5月5日閲覧。レントゲンは死後に研究ノートを焼き捨てさせたため、X線発見時の情況については多くの異説がある。この記述は伝記作家が作り上げたストーリーである可能性が高い。2016年6月29日閲覧。Societyに届けられた論文の英訳版。2009年5月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年9月27日閲覧。2016年6月29日閲覧。外部リンク[編集]ウィキメディア・コモンズには、クルックス管に関連するメディアがあります。2008年4月28日閲覧。2008年4月29日閲覧。(日時は個人設定で未設定ならばUTC)。表示-継承ライセンスの下で利用可能です。追加の条件が適用される場合があります。詳細は利用規約を参照してください。Cookieに関する声明モバイルビュ。