電子束

【詞語】：電子束

【釋義】：又稱電子注。在真空彙集成束。可採用靜電場聚焦,磁場聚焦等方法。電子顯微鏡和電視機就是利用電子束形成影像的。

電子在電場中會受力而得到加速、提高能量，產生電子束。

一台電子加速器，注入的電子能量為20GeV（1GeV=109 eV，也就是10億電子伏特），相應的電子速度為0.99999999979倍光速。電子經加速器加速後，能量可達到100GeV，電子速度達到0.999999999987倍的光速。這説明，電子在這台加速器裏速度幾乎沒有增加，而能量增加了4倍。

其實，加速器離人們的生活並不遠。現代生活中已經普及的電視、計算機顯示器所用的顯像管就是一台小小的電子加速器。

顯像管有玻璃密封外殼，內部抽成真空。由一端的電子槍產生的電子束（強度受影像訊號控制）經過聚焦線圈聚焦後在高壓電極的作用下加速向前運動。與此同時，電子束在偏轉電極的作用下，自上而下作水平方向的掃描。這樣，在顯像管另一端的熒光屏上就形成了明暗程度不同的亮點。

粒子加速器的結構可以與顯像管類比。顯像管中的電子槍對應於加速器的電子槍或離子源，顯像管中加速電子用的高壓電極對應於加速器中的高壓加速電極及加速腔。顯像管中控制電子運動的電偏轉板與聚焦電子的聚焦線圈，對應於加速器中控制粒子運動軌道和聚焦粒子束流的多種電磁部件，如導向磁鐵、聚焦磁鐵、多極校正磁鐵等。對粒子加速器的粒子運行管道來説，為了減少粒子在運動中與殘餘氣體碰撞而造成粒子的丟失和束流性能變壞，所要求的真空度比顯像管要高數千到數萬倍。

隨着科學技術的不斷髮展，根據科學家對粒子能量和流強的不同要求，陸續產生了不同原理、不同結構的多種加速器。

電子束加工（electron beam machining，EBM）是在真空條件下，利用電子槍中產生的電子經加速、聚焦後能量密度為106～109W/

的極細束流，高速（光速的60%~70%）衝擊到工件表面，並在極短的時間內，將電子的動能大部分轉換為熱能，形成“小孔”效應，使工件被衝擊部位的材料達到幾千攝氏度，致使材料局部熔化或蒸發，達到焊接目的。

激光器利用原子受激輻射的原理，使物質受激而產生波長均一，方向一致和強度非常高的光束。通過光學系統將激光束聚焦成尺寸與光波波長相近的極小光斑，其功率密度可達105～1011W/

，温度可達一萬攝氏度，將材料在瞬間熔化和蒸發。

至今，電子束焊經過不斷髮展已經成為一種成熟的加工技術，無論是汽車製造，還是航空航天，都起着舉足輕重的作用。而40多年來，激光加工已從實驗室走向了實用化階段，並進入了原來由電子束加工的各個領域，大有取代電子束加工的勢頭。但實踐證明，激光和電子束作為高能量密度熱源，除了具有很多相同技術特點外，在技術和經濟性能上，針對不同的應用場合，仍有各自不同的特點。

相比較於電子束焊，激光焊接的優點是：激光焊不需真空室和對工件焊前進行去磁處理，它可在大氣中進行，也沒有防X射線問題，所以可在生產線內聯機操作，也可焊接磁性材料。另外，激光焊接的循環時間大大低於電子束焊接（很容易做到30秒以內）。激光焊接實際上已取得了電子束焊接20年前的地位，成為高能束焊接技術發展的主流。

作為製備與加工難熔金屬的核心技術之一，電子束技術已在高温合金的成型製造與精煉、高温合金的焊接、表面改性以及塗層製備等領域得到了廣泛應用，並將不斷涉足航空航天、國防軍工以及核工業等各個領域中。此外，隨着對高温合金使用性能要求的不斷提高以及新型高温合金的開發，電子束技術在高温合金中的應用也面臨着新的挑戰，因此需要不斷開發電子束技術的新方法與新工藝，如將計算模擬的方法與電子束技術相結合能有效指導材料的製備與加工，此外，電子束自動化技術的應用可實現對材料製備與加工過程的精確控制，在降低勞動強度的同時提高材料的使用性能。電子束技術與高温合金的發展相互促進，電子束技術在高温合金中的應用也必然朝着高效率、低成本、低能耗的方向發展。此外，電子束技術的應用在大幅度提高高温合金的使用性能的同時，使得超高熔點合金的製備與加工成為可能。電子束技術與高温合金的開發緊密結合，不斷髮展，在高温合金中的應用領域將不斷拓寬，應用前景值得期待 ^[1]  。

2022年9月21日，國家原子能機構在北京發佈核技術應用領域十件大事，其中包括電子束技術在污水處理領域實現產業化應用 ^[2]  。