ऋण किरण

(ऋणाग्र किरण). विरल वायूतून विद्युत् विसर्जन केल्यास ऋणाग्रापासून निघणार्‍या ऋण विद्युत् भारित कणांच्या प्रवाहास ऋण किंवा ऋणाग्र किरण म्हणतात. एका बंद काचेच्या नळीत असलेल्या कोणत्याही एखाद्या वायूचा दाब निर्वात पंपाने कमी केला व तिच्या दोन्ही टोकांच्या आतील बाजूस ठेवलेल्या धातूच्या तबकडीच्या आकाराच्या दोन अग्रांच्या द्वारे आवश्यक इतका विद्युत् दाब (काही शंभर किंवा हजार व्होल्ट) लावला असता वायू विद्युत् वाहक बनतो. नळीतील वायू उद्दीपित होऊन त्याचा विशिष्ट रंगाचा प्रकाश प्रकीर्णित (विखुरलेला) होतो,(उदा., अनुस्फुरित म्हणजे एखाद्या विशिष्ट तरंगलांबीच्या किरणांचे शोषण करून जास्त तरंगलांबीच्या दृश्य प्रकाशाचे उत्सर्जन करणार्‍या फ्ल्युओरेसंट प्रकाश नलिका). यानंतर वायूचा दाब क्रमशः कमी केला असता या प्रकाशाचे मान घटत जाते व एका ठराविक स्थितीत ऋणाग्रापासून वेगवान किरण निघतात. हे किरण नळीच्या काचेवर ज्या ठिकाणी आदळतात तेथून एका निराळ्याच प्रकारचा अनुस्फुरित प्रकाश (काचेच्या जातीप्रमाणे निळा किंवा हिरवा) दिसू लागतो. या प्रकाशाच्या द्वारे या किरणांचे अस्तित्व सिद्ध होते. हे किरण कणांचे बनले असल्यामुळे ते नळीच्या आतच रहातात. प्रकाश किरणांप्रमाणे ते साधारणपणे नळीच्या बाहेर येऊ शकत नाहीत. हे किरण जेथे पडतात तो काचेचा भाग सपाट करून त्यावर विशिष्ट द्रव्याचा (उदा., कॅल्शियम सल्फाइडाचा वा बेरियम प्लॅटिनो-सायनाइडाचा) पातळ थर दिला असता हे किरण स्पष्टपणे दृगोचर होतात. अशा रीतीने तयार केलेल्या पृष्ठभागास अनुस्फुरणदर्शक असे म्हणतात. क्ष-किरण दृगोचर, करण्याकरिता अशाच प्रकारचा दर्शक वापरतात. ऋण किरणांचा आधुनिक इलेक्ट्रॉनीय यंत्रसामग्रीत होणारा बहुविध उपयोग हा दीर्घ संशोधनानंतर सापडलेल्या कार्यक्षम अशा अनुस्फुरणदर्शकामुळेच शक्य झाला आहे.

ऋण किरण निर्मिती उपकरण (मूलभूत कल्पना) : (१) ऋणाग्र, (२) धनाग्र, (३) विद्युत् क्षेत्र, (४) किरणदर्शक, (५) विचलित मार्ग, (६) किरणांचा मूलमार्ग, (७) विद्युत् क्षेत्राची दिशा.

काचेच्या नळीतच या किरणांच्या मार्गात एखादी वस्तू ठेवली असता तिची काळसर छाया काचेवर पडते, यावरून हे किरण ऋणाग्रापासून सरळ रेषेत जातात हे दिसून येते. या किरणाजवळ लोहचुंबक आणला असता ते विचलित होतात (पहा : आकृती). किरणांच्या दोन्ही बाजूंस त्यांच्या गतिरेषेला समांतर असे दोन धातूंचे सपाट अग्र घेऊन त्यावर विद्युत् दाब लावला असता निर्माण होणार्‍या विद्युत् क्षेत्रामुळेसुद्धा या किरणांचा मार्ग विचलित होतो (बदलतो). विचलित होण्याच्या दिशेवरून या किरण-कणांचा विद्युत् भार ऋण आहे असे दिसते. ठराविक चुंबकीय व विद्युत् क्षेत्रात होणारे त्यांचे विचलन मोजले असता त्या कणांचा वेग आणि त्यावर असणारा विद्युत् भार व वस्तुमान यांचे गुणोत्तर मोजता येते [ इलेक्ट्रॉन]. जे. जे. टॉमसन यांनी १८९७ साली प्रयोगाद्वारे असे दाखविले की, हे गुणोत्तर नळीत वापरलेल्या वायूच्या अगर अग्राच्या धातूच्या जातीवर अवलंबून नाही, तर कोणताही वायू अगर धातूचे अग्र वापरले असता गुणोत्तर तेच येत (अर्थात प्रयोगातील चुकांच्या मर्यादा संभाळून). त्यावरून हे कण इलेक्ट्रॉनच आहेत असे ठरले. इलेक्ट्रॉन ही संज्ञा जी. स्टोनी यांनी विद्युत् भाराच्या एककासाठी १८९१ साली सुचविली होती.

नळीत निर्माण होणार्‍या धन विद्युत् वाहक वायूचे अणू ऋणाग्रावर वेगात आदळल्यामुळे हे इलेक्ट्रॉन ऋणाग्रातून बाहेर फेकले जातात. ऋण किरण निर्माण करण्याच्या आधुनिक पद्धतीमध्ये एका पूर्ण निर्वात केलेल्या पात्रात टंग्स्टन धातूची बारीक तार (किंवा विशिष्ट द्रवाचा थर दिलेली अन्य धातूची तार) विद्युत् प्रवाहाद्वारे तापविली जाते. या परिस्थितीत या तारेतून इलेक्ट्रॉनांचे झोत बाहेर पडतात. या दोन्ही प्रकारच्या उपकरणांत निर्माण झालेल्या ऋण किरणांची ऊर्जा त्या उपकरणाला लावलेल्या विद्युत् दाबाच्या सम प्रमाणात असते.

वेगवान ऋण किरण धातूच्या लहान तबकडीच्या आकाराच्या प्रतिऋणाग्रावर (नलिकेत ऋणाग्र व धनाग्र यांखेरीज बसविलेल्या तिसर्‍या विद्युत् अग्रावर) सोडले असता दोन महत्त्वाचे परिणाम दिसतात. (१) किरणांच्या ऊर्जेच्या काही अंशाचे रूपांतर उष्णतेत होते व त्यामुळे त्या तबकडीचे तपमान फार वाढते म्हणून ज्याचा वितळबिंदू उच्च आहे अशाच धातू प्रतिऋणाग्रात वापरतात. धातूचे लहान तुकडे वितळविण्यासाठी प्रतिऋणाग्राचा ऋण किरण भट्टी म्हणूनही उपयोग होऊ शकतो. (२) ऋण किरणांच्या बाकीच्या ऊर्जेचे रूपांतर क्ष-किरणांत होते.

ऋण किरणांचा उपयोग ऋण किरण दोलनदर्शक [दोलन, गती दृश्य स्वरूपात दाखविणारे एक उपकरण,→ इलेक्ट्रॉनीय मापन], दूरचित्रवाणी,  रडार व  इलेक्ट्रॉनीय सूक्ष्मदर्शक या उपकरणांत होतो.

संदर्भ : 1. Emeleus, K. G. Conduction of Electricity Through Gases,195

2. Loeb, L.B.Fundamental Processes of Electrical Conduction, 1939. 3. Thomson, J. J.; Thomson, G. P. Conduction of Electricity Through Gases, 2 Vols. 1933.

लेखक : व.त्रिं.चिपळोणकर

स्त्रोत : मराठी विश्वकोश