クルックス管
クルックス管は冷陰極管の一種である。すなわち、後に実用化された真空管と異なり熱電子放出のための加熱フィラメントを持っていない。その代わり、誘導コイルなどで作った高圧の直流電圧(数kV - 100 kV)を電極間に印加することで、電離した残留気体分子を陰極に衝突させて二次電子を生成する。このためクルックス管は内部に少量の空気がなければ動作しない。必要な真空度はおよそ10 - 5×10 atm(0.1 - 0.005 Pa)である。
クルックス管の中ではわずかな数のイオンと自由電子が光電離や自然放射線の電離作用などによって自然発生している。これらの荷電粒子は高電圧が管内に作る電場によって駆動される。電子がほかの気体分子と衝突すると、分子内の電子が外に叩き出されて陽イオンが残ることがある。この過程が連鎖して多数の陽イオンが発生することをタウンゼント放電という。生じた陽イオンはすべて陰極(カソード)に引き付けられていき、陰極に突入してその表面から大量の電子を叩き出す。この電子が陰極から斥力を受け、陽極(アノード)めがけて飛んでいったものが陰極線である。
管内は適度に排気されており、大半の電子が一度も気体分子と衝突せずに管の全長を飛び抜けることができる。軽量の電子は高電圧の印加によって相当な速度にまで加速される(典型的な管電圧10 kVに対して約5万9000 km/s、光速度の20%)。