ما هو الكاثود ؟
المهبط (Cathode) هو قطب الدائرة الكهربائية الذي يحدث عنده عملية اختزال الإلكترونات، واتفق العلماء على جعل إشارة المهبط موجبة في الخلية الكهربائية حيث يكتسب المهبط إلكترونات خلال عملية الاختزال الكيميائي، وعادة ما يتكون المهبط من معدن على هيئة لوح أو قضيب يـُغمس في محلول موصل للتيار يسمى كهرل كما في حالة خلية دانيال حيث يتكون المهبط من لوح نحاس منغمس في محلول كبريتات النحاس.[1][2][3]
وضع هذا النظام لأول مرة عبر ويليام كروكس. أبسط نوع من التفريغ التألقي هو التفريغ التألقي للتيار المباشر، وتتكون في أبسط صورها من قطبين في خلية عقدت في الضغط المنخفض. وعادة ما تملأ الخلية بغاز النيون، ولكن يمكن استخدام غازات أخرى. ويتم تطبيق الجهد الكهربائي من عدة مئات فولت بين القطبين. ويتأين جزء صغير من الأيونات الموجودة داخل الخلية في البداية من خلال عدة عمليات عشوائية. تلك الأيونات تتحرك نحو القطب السالب من الجهد الكهربائي، بينما تدفعها الإلكترونات نحو القطب الموجب من نفس الجهد. الأيونات والإلكترونات الموجودة أولاً تصطدم مع الذرات الأخرى مؤينة إياها. طالما يتم الحفاظ على مستوى الجهد يبقى وجود الأيونات والإلكترونات. يتم نقل جزء من الطاقة الحركية للأيونات إلى الكاثود. يحدث هذا جزئياً من خلال الاصطدام بأيونات الكاثود مباشرة. تصطدم الأيونات بعدد أكبر من ذرات الغاز المحايدة، وتنقل لها جزءاً من طاقتها. عند اصطدام الأيونات أو الذرات بالكاثود، فإن تلك الاصطدامات تعيد توزيع هذه الطاقة حتى يتم إخراج جزء من الكاثود، وعادة ما يكون في شكل ذرات حرة. عندما يخلو من الكاثود، تنتقل الذرات إلى الجزء الأكبر من عملية التفريغ التألقي من خلال الانجراف، ويرجع ذلك إلى الطاقة التي اكتسبتها من العملية السابقة. يمكن للذرات بعد ذلك أن تثار بالتصادم مع الأيونات والإلكترونات أو الذرات الأخرى التي تم إثارتها بالتصادم. وعند الإثارة، تفقد الذرات طاقتها بسرعة كبيرة. وتوجد العديد من الطرق التي تجعل هذه الطاقة تضيع، وأكثرها أهمية هو عن طريق الإشعاع، مما يعني أن يتم تحرير فوتون لحمل الطاقة بعيداً. الطول الموجي لهذا الفوتون يمكن استخدامه لتحديد هوية الذرة، وعدد الفوتونات يتناسب طردياً مع تركيز هذا العنصر في العينة. بعض الاصطدامات تسبب التأين. يتم الكشف عن هذه الأيونات في مطياف الكتلة الذري. كتلة تلك الأيونات تكشف نوع الذرات، بينما تكشف كميتها عن كمية هذا العنصر في العينة.