陰極線は、真空に近いガラス管で陰極から発生する光線として19世紀後半に注目されました。レーナルトは「レーナルト窓」と呼ばれるアルミ箔の薄膜をガラスに取り付け、陰極線を管の外へ取り出すことに成功しました。これにより、陰極線が空気中でも数センチ進み、蛍光板を光らせたり電荷を帯びた物体を電気的に帯電させたりする性質を詳細に測定できました。彼は磁場・電場による偏向実験から、陰極線が負の電荷を持つ粒子流であることを示し、クルックスらの観測を定量的に裏付けました。これらの結果はJ.J.トムソンの電子発見を促し、さらに光電効果の研究でアインシュタインが量子仮説を導入する下地となりました。近代物理学が電子・原子というミクロの世界を解明していく流れの中で、レーナルトの手法は不可欠な実験技術となりました。また、放電管技術はX線管やブラウン管へと発展し、医療診断や映像技術など多方面に応用されています。このように、陰極線研究は科学と社会の双方に大きな影響を与えました。

レーナルトは当時主流であったクルックス管を改良し、外部観測を可能にするために真空槽と大気を隔てる厚さ僅か数マイクロメートルのアルミ箔を貼り付けた。透過した陰極線は空気中で指数減衰するが、その吸収係数が気体の密度と比例関係を持つことを見出し、物質中を運動する荷電粒子のエネルギー損失を初めて体系的に調べた点に価値がある。彼は陰極線を磁場・電場で曲げて比電荷e/mを測定し、値がおよそ1.3×10^11C/kgと推定されることを報告した。この数値は後にトムソンが得た結果と整合し、陰極線が普遍的な構成要素（電子）から成ることを裏付けた。また、放電管内部で陰極線が衝突して発生する二次電子による蛍光や紫外線放射を調べ、エネルギー変換過程の定量的議論に道を開いた。レーナルト窓のアイデアは、後のベータ線、アルファ線測定セルやフォトマルの光窓設計にも直接的に継承されている。さらに彼は、金属表面へ陰極線を照射すると電子が放出されるという「内部光電効果」に相当する現象を観測しており、これはアインシュタインの1905年論文に引用される先駆的データとなった。実験の定量精度向上には、自作の電位計とバランス法による電荷測定が貢献し、今日のビームモニタリング技術の原型を提供した。レーナルトの成果は、プラズマ物理、表面科学、加速器科学など多岐の分野へ波及し、電子線を工業・医療で利用する際の基礎情報を提供している。しかし、彼は後年、政治的立場から不名誉な活動も行い、功績の評価とは切り離して歴史を見る必要がある。それでも、陰極線の本質解明という彼の貢献が、量子論と電子工学の黎明に欠かせないピースであったことは疑いない。以上のように、1905年のノーベル賞は電子物理学の礎を築いた実験的ブレークスルーを顕彰するものだった。

レーナルトは陰極線を透過させる数µm厚Al窓を実装して外部に抽出し、気体中の飛程分布を測定することでdE/dxカーブを初めて与えた。彼の結果はBetheの阻止力公式確立以前ながら、電子束の線エネルギー付与と質量密度比例性を示唆するもので、後の放射線物理の検証データとして参照された。電磁偏向によるe/m測定では補正電場を導入し、空間電荷効果を最小化する手法を記述している。また、陰極線衝突部に発生する極短波長紫外線を波長計で定量し、ガラス蛍光の励起メカニズムを議論した点が特筆される。彼の「Kanalstrahlen」研究は負イオンの挙動解析にも広がり、イオン分光法黎明期の重要なベンチマークとなった。レーナルト窓技術は加速器ビームラインの薄膜出射窓や冷却ターゲットセルの設計原理に引き継がれ、現在でもAlやBe窓が標準的に用いられる。後年の1928–1931年にかけて彼は光電効果の界面モデルを拡張し、電子放出効率を表す「レーナルト係数」を導入したが、量子収率の温度依存を過小評価していたことも報告書から読取れる。彼の論文群はZeitschrift für PhysikやAnnalen der Physikに掲載され、測定系の詳細図、補償回路、偏向理論の導出など、当時としては異例の技術情報量を含んでいる。研究内容は現代視点では古典的であるが、固体電子放出モデル、放射線検出器設計、電子ビーム輸送理論の歴史的トレーサビリティを示す一次資料として価値が高い。