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Elektronenstrahl

Als Elektronenstrahl bezeichnet man Elektronen, die sich entlang einer Linie mit gleicher Geschwindigkeit in eine Richtung bewegen. Technisch erzeugte Elektronenstrahlen werden historisch auch als Kathodenstrahlen bezeichnet, da sie meist aus einer Glühkathode austreten. Die Strahlerzeugung erfolgt technisch meist mit einer Elektronenkanone, einem Strahlsystem, wie es auch in der Braunschen Röhre und in Bildröhren vorkommt. Bei diesen werden die Elektronen durch ein elektrostatisches Feld beschleunigt.

Eine weitere Beschleunigung kann mit Teilchenbeschleunigern (Linearbeschleuniger, Betatron, Zyklotron, Mikrotron) erfolgen.

Im Gegensatz zu den Photonen elektromagnetischer Strahlen besitzen Elektronen eine Ruhemasse von 9,10938188⋅10-31 kg und eine elektrische Ladung (Elementarladung).

Da ein Elektronenstrahl aus bewegten Ladungen besteht, also ein elektrischer Strom ist, erzeugt er ein Magnetfeld, das jedoch meist sehr klein ist. Elektronenstrahlen lassen sich elektrostatisch und magnetisch mit einem Ablenksystem ablenken.

Aufgrund der gleichnamigen Ladung der Elektronen im Elektronenstrahl hat dieser das Bestreben, auseinanderzulaufen. Dem wirkt man mit elektrostatischer oder magnetischer Bündelung (Fokussierung) entgegen (siehe Elektronenoptik).

Beschleunigte gepulste abgelenkte Elektronenstrahlen mit relativistischer Geschwindigkeit dienen an Synchrotrons u. a. als Quelle für Elektromagnetische Strahlung (Synchrotronstrahlung) vom Infraroten bis zu weicher Gammastrahlung (Synchrotronstrahlung und Freie-Elektronen-Laser).

Den Elektronen eines Elektronenstrahles lassen sich nach de Broglie entsprechend ihrer Energie auch Wellenlängen zuordnen, sie sind aber selbst keine elektromagnetische Welle. Elektronenstrahlen wechselwirken stark mit Materie und werden zur Abbildung und Analyse der inneren Struktur und der Oberfläche von Festkörpern eingesetzt (Elektronenmikroskop).

Ein Elektronenstrahl wird meist als Kathodenstrahl erzeugt. (Weitere Informationen dort.)

Elektronenstrahlen werden vor allem in Bildröhren bzw. Kathodenstrahlröhren (CRT) erzeugt und zur Bildgebung genutzt.

Elektronenstrahlen werden auch zur Materialbearbeitung und Herstellung feinster Strukturen verwendet (z.B. Widerstandsabgleich, Maskenfertigung, Elektronenstrahllithografie).
In der Metallbearbeitung werden Elektronenstrahlen hoher Leistung (Größenordnung 100 kW) zum Schmelzen, Härten, Glühen, Bohren, Gravieren und Schweißen eingesetzt. Die Bearbeitung muss im Vakuum (mindestens 10-2 mbar) erfolgen.

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