وقتی که مقدار گاز داخل لوله تخلیه الکتریکی کاهش می‌یابد، فضای تاریک کاتد ، بیشتر و ستون مثبت کوتاهتر و روشنایی آن کمتر میشود. با کاهش بیشتر فشار تابانی باز هم ضعیفتر میشود و شیشه لوله در مجاورت کاتد شروع به تابانی مختصری می‌کند. وقتی که فشار تا 0.001میلیمتر جیوه افت کند، تابانی گاز عملا متوقف میشود، درحالی که تمام سطح شیشه لوله ، نور درخشانی (معمولا سبز) گسیل می‌دارد.
اگر هوا باز هم با پمپ تخلیه بیشتر خارج شود، تابانی شیشه سبز ضعیفتر میشود. با شروع فشار از 0.00001 تا 0.0001 میلیمتر جیوه این تابانی بکلی محو میشود و تخلیه خاتمه می‌پذیرد.
تابانی سبز شیشه را چگو نه می‌توان توضیح داد؟
اگر به آند لوله تخلیه گاز ، شکل معینی داده شود، تصویر سایه آند بر شیشه ظاهر میشود، به ترتیبی که گویی کاتد ، چشمه نور کوچکی است. در نتیجه ، تابانی شیشه ، به دلیل تولید نور از پرتوهای گسیل شده از کاتد است. آنها از صفحه فلزی آند نمی‌گذرند و تصویر سایه آن بر شیشه تشکیل میشود. این پرتوها ، پرتوهای کاتدی نامیده شده‌اند.
ظهور و آشکار سازی پرتوهای کاتدی
پرتوهای کاتدی ، نه فقط شیشه بلکه اجسام دیگر را نیز به تابانی وا می‌دارند. اجسام مختلف نوری ، رنگ‌های مختلف گسیل می‌دارند، مثلا گچ ، تابانی قرمز رنگ و سولفید روی ، نور سبز روشن ایجاد می‌کنند و نظایر آن. این تابانی را ، مثلا با قرار دادن تکه‌هایی از اجسام معدنی مختلف در بین کاتد و آند لامپ تخلیه گازی ، می‌توان مشاهده کرد. بنابرین ، اگر چه پرتوهای کاتدی ، نامرئی‌اند، می‌توان از تابانی اجسامی که با آنها بمباران شده‌اند، وجودشان را به سهولت آشکار کرد.
با پوشش سطح اجسام با اجسامی که بر اثر پرتوهای کاتدی تابان می‌شوند، پرده های لیمان بدست می‌آید ( لیمان Lumines Cent را از کلمه یونانی Lumen به معنی " نور " گرفته‌اند ) که برای مشاهده پرتوهای کاتدی ، مناسب هستند. در چنین صفحه ای ، در امتداد لوله در زاویه کوچکی نسبت به محور آن ، می‌توان امتداد پرتوهای کاتدی را در لوله به آسانی ردیابی کرد. برای سهولت مشاهده ، دریچهای با شکاف دراز ، جلوی پرده قرار می‌دهند. این دریچه ، بخشی از باریکه کاتدی را قطع می‌کند و رد روشن باریکی بر پرده لیمان باقی می‌گذارد.
مفاهیم پایه لامپ پرتوی کاتدی
این وسیله از نظر ظاهر و ساختمان شبیه لامپی است که برای بررسی اثر میدانهای الکتریکی و آهنربایی پرتوهای کاتدی به کار می‌رود. تفاوت اساسی در این است که قبلا کاتد سرد بود و به علت بمباران با یونها ، الکترون گسیل می‌کرد. حالا چشم الکترون تفنگ الکترونی است که در قسمت باریک لامپ قرار دارد.
تفنگ الکترونی
تفنگ الکترونی عبارت است از کاتد التهابی (رشته) که الکترون گسیل می‌کند و آند که به شکل قرصی با سوراخ کوچک با قطری برابر با 1 تا 3mm ساخته میشود. اختلاف پتانسیلی از چند صد تا چند هزار ولت بین کاتد و آند برقرار میشود که در فضای بین آنها میدان الکتریکی شدیدی تشکیل میشود.
این میدان به الکترودهایی که از کاتد گسیل می‌شوند تا سرعتهای بسیار بالایی شتاب می‌دهند.
کاتد داخل استوانه فلزی است که به آن ولتاژ مثبتی (نسبت به کاتد) اعمال میشود که اندکی از ولتاژ آند کمتر است. عمل مشترک این استوانه و آند باعث می‌شوند که تقریبا تمام الکترونها در سوراخ آند جمع (کانونش پرتوهای کاتدی) و از آن به شکل نوار باریکی ، یعنی باریکه الکترونی ، خارج شوند. در محلی که این باریکه به پرده می‌خورد (ته لامپ که با ماده لیان پوشیده شده است)، نقطه تابان روشنی ظاهر میشود.
طرز کار لامپ پرتوی کاتدی
باریکه الکترونی خارج شونده از تفنگ الکترونی ، در مسیرش به طرف پرده ، از بین دو جفت صفحه‌های فلزی موازی می‌گذرند. اگر به جفت صفحه‌های اول ، ولتاژی اعمال شود، میدان یکنواختی ایجاد میشود و الکترونهایی را که از آن می‌گذرند به طرف صفحه‌ای مثبت منحرف می‌کند و لکه روشن روی پرده در امتداد افقی به طرف چپ یا راست منحرف خواهد شد. به همین ترتیب ، اگر ولتاژی به جفت صفحات دوم اعمال شود تا باریکه به طرف صفحه مثبت منحرف می‌گردد و لکه روشن روی پرده در امتداد قائم به طرف بالا یا پایین تغییر مکان می‌دهند.
سپس از روی جا بجایی لکه روشن روی پرده می‌توان در مورد ولتاژ اعمال شده بر صفحات منحرف کننده ، نظر داد. در اینجا چیز مهم و حائز اهمیت این است که به علت جرم اینرسی ناچیز الکترونها ، به هر تغییر ولتاژ روی صفحات خیلی سریع واکنش نشان می‌دهد. بنابراین لامپ پرتوی کاتدی را می‌توان برای ردیابی فرآیندهایی که در آنها تغییرات بسیار سریع ولتاژ و جریان روی می‌دهند بکار برد. مسائلی از این نوع در مهندسی رادیو که در آنجا جریانها و ولتاژها چندین میلیون بار در ثانیه تغییر می‌کنند بسیار حائز اهمیت است.