Katoodkiire on vaakumtorus olev elektronkiire, mis liigub negatiivselt laetud elektroodist (katoodist) ühes otsas positiivselt laetud elektroodini (anood) teisel, üle a Pinge erinevus elektroodide vahel. Neid nimetatakse ka elektronkiirteks.
Kuidas katoodkiired toimivad
Negatiivses otsas olevat elektroodi nimetatakse katoodiks. Positiivses otsas olevat elektroodi nimetatakse anoodiks. Kuna elektrone tõrjub negatiivne laeng, peetakse katoodit katoodkiire "allikaks" vaakumkambris. Elektroodid tõmmatakse anoodile ja liiguvad sirgjooneliselt läbi kahe elektroodi vahelise ruumi.
Katoodkiired on nähtamatud, kuid nende eesmärk on erutada anoodi poolt katoodi vastas olevas klaasis olevaid aatomeid. Need liiguvad suure kiirusega, kui elektroodidele rakendatakse pinget, ja klaasist löömiseks anoodist möödub mõni. See põhjustab klaasis olevate aatomite kõrgema energiataseme, tekitades fluorestsentsi. Seda fluorestsentsi saab parandada, kandes fluorestsentskemikaale toru tagaseinale. Torusse asetatud objekt heidab varju, näidates, et elektronid voolavad sirgjooneliselt, kiirgades.
Katoodkiiri saab elektrivälja abil ümber suunata, mis näitab, et see koosneb pigem elektronide, mitte footonitest. Elektronide kiired võivad läbida ka õhukese metallfooliumi. Kuid kristallvõrekatsetes on katoodkiirtel ka lainetaolised omadused.
Anoodi ja katoodi vaheline juhe võib elektronid katoodile tagasi viia, viies lõpule elektriskeemi.
Kineskoobid olid raadio- ja telesaadete edastamise aluseks. Televiisorid ja arvutimonitorid olid enne plasma-, LCD- ja OLED-ekraanide debüüti katoodkiiretorudega (CRT).
Katoodkiirte ajalugu
Vaakumpumba 1650 leiutisega suutsid teadlased uurida erinevate materjalide mõju vaakumites ja varsti õppisid nad elekter vaakumis. Juba 1705. aastal registreeriti, et vaakumites (või vaakumite läheduses) võivad elektrilahendused läbida suurema vahemaa. Sellised nähtused muutusid populaarseks uudsustena ja isegi selliste mainekate füüsikute nagu Michael Faraday uuris nende mõju. Johann Hittorf avastas katoodkiired 1869. aastal Crooksi toru abil ja märkides katoodi vastas oleva toru hõõguvale seinale heidetud varje.
Aastal 1897 J. J. Thomson avastas, et osakeste mass katoodkiirtes oli 1800 korda kergem kui vesinik, kõige kergem element. See oli esimene subatomiliste osakeste avastus, mida hakati nimetama elektronideks. Ta sai 1906 Nobeli preemia füüsikas selle töö eest.
1800. aastate lõpus uuris füüsik Phillip von Lenard kavalalt katoodkiiri ja tema töö nendega teenis talle 1905. aasta Nobeli füüsikapreemia.
Kineskoobitehnoloogia kõige populaarsem kaubanduslik rakendus on traditsioonilise vormis televiisorid ja arvutimonitorid, ehkki neid asendavad uuemad ekraanid, näiteks OLED.