Los rayos catódicos se producen mediante un proceso que implica la aplicación de alto voltaje a electrodos en un tubo de vacío. En concreto, un tubo de rayos catódicos (CRT) inicia la producción de rayos catódicos con la emisión de electrones desde un cátodo calentado. Cuando el cátodo se calienta, libera electrones debido a la emisión termoiónica. Luego, estos electrones se aceleran hacia un ánodo (o electrodo cargado positivamente) dentro del tubo de vacío cuando se aplica un alto voltaje entre el cátodo y el ánodo.
Para producir un rayo catódico, normalmente se utiliza un tubo de rayos catódicos (CRT). Dentro del CRT, se crea un vacío para evitar que los electrones choquen con las moléculas de gas. Un cátodo, a menudo calentado para emitir electrones, sirve como fuente de estos electrones. Cuando se aplica un alto voltaje entre el cátodo y el ánodo, los electrones se aceleran hacia el ánodo. El haz de electrones resultante, conocido como rayos catódicos, viaja en línea recta desde el cátodo al ánodo a menos que esté influenciado por campos eléctricos o magnéticos externos.
Los tubos de rayos catódicos (CRT) se fabrican mediante una serie de pasos precisos para garantizar la producción de un haz de electrones bien definido. El proceso comienza con el montaje de un tubo de vacío de vidrio que contiene electrodos, incluidos un cátodo y un ánodo. El cátodo, normalmente recubierto con un material que emite electrones cuando se calienta (emisión termoiónica), se calienta para liberar electrones. Estos electrones se aceleran hacia el ánodo aplicando un alto voltaje a través de los electrodos. Dentro del CRT, el vacío asegura que los electrones viajen libremente sin chocar con las moléculas de gas, lo que permite la formación de un haz de electrones enfocado o rayos catódicos.
Los cátodos producen electrones mediante un fenómeno llamado emisión termoiónica. Cuando un material, como el tungsteno u otros metales, se calienta a una temperatura suficientemente alta, los electrones obtienen suficiente energía térmica para escapar de la superficie del material. Esta emisión de electrones del cátodo se produce naturalmente cuando el cátodo se calienta en el vacío, como en los tubos de rayos catódicos (CRT) y otros dispositivos emisores de electrones.
En un osciloscopio de rayos catódicos (CRO), los rayos catódicos se producen de manera similar a los CRT. El cátodo del CRO emite electrones cuando se calienta, y estos electrones son acelerados hacia una pantalla fluorescente mediante alto voltaje. Al variar el voltaje, se puede controlar la posición del haz, lo que le permite crear patrones en la pantalla.