Os raios catódicos são produzidos através de um processo que envolve a aplicação de alta voltagem a eletrodos em um tubo de vácuo. Especificamente, um tubo de raios catódicos (CRT) inicia a produção de raios catódicos com a emissão de elétrons de um cátodo aquecido. Quando o cátodo é aquecido, ele libera elétrons devido à emissão termiônica. Esses elétrons são então acelerados em direção a um ânodo (ou eletrodo carregado positivamente) dentro do tubo de vácuo quando uma alta tensão é aplicada entre o cátodo e o ânodo.
Para fazer um raio catódico, normalmente é usado um tubo de raios catódicos (CRT). Dentro do CRT, é criado um vácuo para evitar que os elétrons colidam com as moléculas do gás. Um cátodo, muitas vezes aquecido para emitir elétrons, serve como fonte desses elétrons. Quando uma alta tensão é aplicada entre o cátodo e o ânodo, os elétrons são acelerados em direção ao ânodo. O feixe de elétrons resultante, conhecido como raios catódicos, viaja em linha reta do cátodo ao ânodo, a menos que seja influenciado por campos elétricos ou magnéticos externos.
Os tubos de raios catódicos (CRTs) são fabricados através de uma série de etapas precisas para garantir a produção de um feixe de elétrons bem definido. O processo começa com a montagem de um tubo de vácuo de vidro contendo eletrodos, incluindo cátodo e ânodo. O cátodo, normalmente revestido com um material que emite elétrons quando aquecido (emissão termiônica), é aquecido para liberar elétrons. Esses elétrons são acelerados em direção ao ânodo pela aplicação de uma alta tensão nos eletrodos. Dentro do CRT, o vácuo garante que os elétrons viajem livremente sem colidir com as moléculas do gás, permitindo a formação de um feixe de elétrons focado, ou raios catódicos.
Os cátodos produzem elétrons por meio de um fenômeno chamado emissão termiônica. Quando um material, como o tungstênio ou outros metais, é aquecido a uma temperatura suficientemente alta, os elétrons ganham energia térmica suficiente para escapar da superfície do material. Esta emissão de elétrons do cátodo ocorre naturalmente quando o cátodo é aquecido no vácuo, como em tubos de raios catódicos (CRTs) e outros dispositivos emissores de elétrons.
Em um osciloscópio de raios catódicos (CRO), os raios catódicos são produzidos de forma semelhante aos CRTs. O cátodo do CRO emite elétrons quando aquecido, e esses elétrons são acelerados em direção a uma tela fluorescente por alta voltagem. Variando a tensão, a posição do feixe pode ser controlada, permitindo criar padrões na tela.