Published in: الفيزياء

الأشعة المهبطية

Author د. جاسم الفواز

Published on: 15 يناير، 2024

د. جاسم الفواز

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

كيف اكتشفت الأشعة المهبطية؟

بدأت دراسات الأشعة المهبطية (Cathode Rays) في عام 1854 عندما قام هاينريش جيسلر (Heinrich Geissler)، وهو نافخ زجاجٍ ومساعدٌ فني للفيزيائي الألماني يوليوس بلوكر (Julius Plücker)، حيث قام بلوكر بتحسين الأنبوب المُفرَغ (أنبوبٌ زجاجيٌّ مُفرَغٌ من الهوا)، فاكتشف من خلاله الأشعة المهبطية في عام 1858 عن طريق إغلاق قطبين كهربائيين داخل الأنبوب الزجاجي المُفرَغ من الهواء، فقام بتمرير التيار الكهربائي بين القطبين، فوجد توهُّجاً أخضر على جدار أنبوبه الزجاجي بسبب تولد أشعةٍ من المهبط الكاثود (cathode).

في عام 1869، رأى تلميذ بلوكر يوهان دبليو هيتورف (Johann W. Hittorf) ظلًا يلقيه جسمٌ موضوعٌ أمام المهبط، وبالتالي الأشعة التي اكتشفها بلوكر مصدرها المهبط. كما قام الفيزيائي والكيميائي الإنجليزي ويليام كروكسWilliam) Crookes) عام 1879 بدراسة تأثُر الأشعة المهبطية بالحقل المغناطيسي، فوجد أنها تنحرف بسبب الحقل المغناطيسي، ويشير اتجاه الانحراف إلى أنها جسيماتٌ سالبة الشحنة، ونتيجةً لعمل كروكس، تمَّت دراسة الأشعة المهبطية على نطاقٍ واسع، وأصبحت الأنابيب الزجاجية التي تتولد فيها الأشعة المهبطية تسمّى أنابيب كروكس.

ما هي طبيعة الأشعة المهبطية؟

على الرغم من اعتقاد كروكس أن الأشعة المهبطية كانت جسيمات مشحونة مكهربة، إلا أن عمله لم يحسم مسألة ما إذا كانت الأشعة المهبطية جسيمات أم إشعاع مشابه للضوء، وبحلول أواخر ثمانينيات القرن التاسع عشر، أدى الجدل الدائر حول طبيعة الأشعة المهبطية إلى تقسيم مجتمع الفيزياء إلى معسكرين، وقد اعتقد معظم الفيزيائيين الفرنسيين والبريطانيين، المتأثرين بكروكس، أن أشعة الكاثود عبارة عن جسيماتٍ مشحونةٍ كهربائيًا، لأنها تتأثر بالمغناطيس.

من ناحيةٍ أخرى، يعتقد معظم الفيزيائيين الألمان أن الأشعة عبارة عن موجاتٍ، لأنها تنتقل في خطوطٍ مستقيمة، ولا تتأثر بالجاذبية، فكان الاختبار الحاسم لطبيعة الأشعة المهبطية هو كيفية تأثرها بالحقول الكهربائية. والذي فصل الجدال القائم كان طومسون بتجربته الشهيرة في عام 1897 حيث مرّر الأشعة المهبطية بين لوحين متوازيين من الألومنيوم، فلاحظ أنه عندما كانت لوحة الألومنيوم العلوية سلبية، تحركت الأشعة إلى الأسفل؛ وعندما كانت اللوحة العلوية موجبة، تحركت الأشعة إلى الأعلى.

وكان الانحراف متناسباً مع الفرق في الجهد بين اللوحين، ومع ملاحظة الانحرافات المغناطيسية والكهربائية، كان من الواضح أن الأشعة المهبطية عبارة عن جسيمات سالبة، وبناءً على ذلك، أطلق على جسيماتها اسم الإلكترونات. ^[1]

ما هي خواص الأشعة المهبطية؟

1- تنتقل أشعة الكاثود في خطوطٍ مستقيمة.

2- تنحرف هذه الأشعة بالحقل الكهربائي وبالحقل المغناطيسي، وهذا واضحٌ لأن هذه الأشعة ليست سوى إلكترونات.

3- هذه الأشعة مستقلةٌ عن طبيعة الغاز والأقطاب الكهربائية الموضوعة في أنبوب كروكس.

4- تمتلك الأشعة المهبطية طاقةً حركيةً عاليةً بسبب سرعتها العالية.

5- تنتِج الأشعة المهبطية حرارةً عند سقوطها على المعدن.

6- تُسبّب تألُّق الأجسام التي تسقط عليها

7- يمكن أن تؤثر على لوحة التصوير الفوتوغرافي.

8- تنتقل الأشعة المهبطية بسرعةٍ عالية تتراوح من 1/30 إلى 1/10 من سرعة الضوء.

9- تُستخدم هذه الأشعة أيضًا لإنتاج الأشعة السينية.

10- لديها بعض القوة الاختراقية.

11- قد تتصرف الأشعة المهبطية مثل الموجات في عملية التداخل والحيود. ^[2]

ما هي استخدامات الأشعة المهبطية؟

1- أجهزة التلفاز التقليدية.

2- راسمات الأشعة المهبطية المستخدمة في قياس النبضات بشتّى أشكالها.

3- إنتاج الأشعة السينية المستخدمة كثيراً في الطب.

4- لأنابيب الأشعة المهبطية (CRTs) العديد من التطبيقات في التقييم السريري للوظائف البصرية، وقد تمَّ استخدامها لاختبار حدّة البصر، والمجالات البصرية، والتطور المبكر للرؤية لدى الأطفال قبل النُّطق. ^{[3] [4]}