La mayor parte de la radiación de los cuerpos radiactivos consiste en una corriente de partículas cargadas que viajan a gran velocidad. En esta radiación, las partículas , que causan la mayor parte de la ionización observada en el gas, consisten en cuerpos cargados positivamente proyectados con una velocidad de aproximadamente una décima parte de la velocidad de la luz. Los rayos consisten en partículas cargadas negativamente, que son idénticas a los rayos catódicos generados en un tubo de vacío, y viajan a una velocidad de aproximadamente la mitad de la velocidad de la luz (capítulo IV). Cada una de estas partículas proyectadas, en virtud de su gran energía cinética, libera un gran número de ionizaciones por colisión con las moléculas de gas en su trayectoria. Todavía no se ha obtenido ninguna evidencia experimental definitiva sobre el número de ionizaciones producidas por una sola partícula, o sobre la forma en que la ionización varía con la velocidad, pero no cabe duda de que cada cuerpo proyectado da lugar a muchos millares de iones en su trayectoria antes de que su energía de movimiento sea destruida.
Ya se ha mencionado (sección 29) que a bajas presiones los iones que se mueven bajo la acción de un campo eléctrico son capaces de producir iones nuevos por colisión con las moléculas del gas. A bajas presiones el ión negativo es idéntico al electrón liberado en un tubo de vacío, o emitido por una sustancia radiactiva.
El camino libre medio del ion es inversamente proporcional a la presión del gas. En consecuencia, si un ion se mueve en un campo eléctrico, la velocidad adquirida entre colisiones aumenta con la disminución de la presión. Townsend ha demostrado que de vez en cuando se producen iones nuevos por colisión cuando el ion negativo se mueve libremente entre dos puntos que difieren en potencial en 10 voltios. Si la diferencia es de aproximadamente V = 20 voltios, surgen iones nuevos en cada colisión30.
Ahora bien, la energía W, adquirida por un ión de carga e que se mueve libremente entre dos puntos a una diferencia de potencial V, viene dada por
Tomando V = 20 voltios = ²⁰⁄₃₀₀ unidades e. s., y e = 3·4 × 10-10, la energía W requerida en el caso de un ión negativo para producir un ión por colisión viene dada por
La velocidad u adquirida por el ion de masa m justo antes de una colisión está dada por y
Ahora e/m = 1,86 × 107 unidades electromagnéticas para el electrón a velocidades bajas (sección 82).
Tomando V = 20 voltios, encontramos que
Esta velocidad es muy grande comparada con la velocidad de agitación de las moléculas del gas.
En un campo eléctrico débil, los iones negativos solo producen iones por colisión. El ion positivo, cuya masa es al menos 1000 veces mayor que la del electrón, no adquiere una velocidad suficiente para generar iones por colisión hasta que se aplica un campo eléctrico casi suficiente para provocar una chispa a través del gas.