진공방전의 연구

   19세기 후반에 접어들면서 많은 과학자가 전기를 진공 속에서 방전시켰을 때 발생하는 특이한 현상에 관한 연구를 하게 되었다. 1879년의 크룩스(Crookes)관의 발명은 이런 연구에 도움을 주었다. 크룩스관은 긴 원통 모양의 유리관으로서 두 개의 전극을 넣어 봉한 것이다. 한 전극은 유도코일을 거쳐 전지의 플러스극에 연결되며(이것을 양극이라 부른다), 다른 전극은 같은 경로로 전지의 마이너스극에 연결된다(음극이라 부른다). 관의 작은 배기구에 진공 펌프를 장치하고 이것을 작동시켜 관 속의 공기를 전부 빼내고 밀봉한다.

   여기에 전류를 통하면 관의 벽이 엷은 초록빛으로 희미하게 빛난다. 과학자들은 이것을 형광이라 불렀다. 윌리엄 크룩스(William Cooke, 1832~91)나 몇몇 연구자들이 이 현상을 관찰하고 형광은 어떤 선(線)이 음극에서 나와서 관의 안쪽 벽에 충돌하여 발생하는 것으로 생각했다.

   수년 후 레나르트(Philip Eduardo Anton Lenard, 1862~1947)는 음극선이 엷은 유리 벽으로 가로막히는 데 반해 알루미늄박(箔)을 통과한다는 사실을 발견했다. 이 점에 착안하여 그는 유리 벽 일부에 알루미늄 창을 장치한 개량된 크룩스관을 고안했다. 레나르트는 음극선이 알루미늄박을 통과해서 공기 중으로 나가지만 극히 짧은 거리에서만 검출된다는 것을 발견했다.

   음극선에 쪼여서 형광을 발하는 물질로는 유리 외에도 몇 가지가 있다. 그중 하나가 백금시안화바륨[Bart(CN)₆]이다. 19세기 말쯤 많은 과학자가 음극선의 실험을 할 때는 이 물질의 미세한 결정을 바른 종이나 마분지로 만든 스크린을 사용하였다.

   뢴트겐, X선을 발견

  1895년 말 어느 날 바이에른(Bayern)의 뷔르츠부르크(Tilburg)대학의 뢴트겐(Wilhelm Konrad Röntgen, 1845~1923) 교수가 개량형 크룩스관을 써서 실험하고 있었다. 그는 암막(暗幕)을 쳐서 실험실을 어둡게 하고 크룩스관을 검은 마분지로 싸서 어떤 센 빛이라도 통과할 수 없도록 했다. 그가 유도코일에 스위치를 넣었을 때 실험실 안은 캄캄했다. 무심코 주위를 둘러보았을 때 몇 피트 떨어진 책상 위에 있는 형광 스크린의 하나가 밝게 빛나고 있는 것을 보았다. 그는 이 현상을 주목하고 이상하다고 생각했다. 크룩스관은 검은 종이로 싸여서 음극선이 새어 나갈 리는 없었기 때문이다. 그런데 어떤 선이 관으로부터 스크린 쪽으로 직진해 나가는 것이 포착되었다. 이 사실을 그는 곧 증명했지만 딴 곳에서 투사될 가능성은 없었으며 스크린을 관에 가까이 가져갔더니 스크린이 같은 방향으로 있는 한 계속 빛나고 있었다.

   그는 차츰 형광을 발하는 관에서 새로운 종류의 선이 방출된다는 사실을 확신하게 되었다. 그것은 검고 두꺼운 마분지도 뚫을 수 있는 선이었다. 이 선은 다른 물질도 통과할 수 있으리라는 가정 아래 그는 관과 스크린 사이에 판자를 놓았고 또다시 헝겊으로 가렸으나 스크린은 여전히 빛났다. 그러나 금속판을 놓았을 때는 스크린 위에 그림자가 나타났다. 이 선은 나무, 섬유 등은 통과하나 금속은 통과하지 못한다는 사실이 밝혀졌다.