elektronenbundels

Elektronenbundels zijn gerichte stromen elektronen die in een vacuüm kunnen worden gegenereerd en gestuurd. Ze bestaan uit veel elektronen die samen een bundel vormen die in één richting beweegt. Elektronenbundels worden toegepast in wetenschappelijk onderzoek en in diverse technologische systemen, waar hun energie en ladingsdrang interacties met materie mogelijk maken.

Een bundel ontstaat meestal in een elektronengun, waar elektronen uit een kathode worden getrokken. Dit kan door thermische emissie (kathode verwarmd), veldemissie of fotoemissie. De elektronen worden vervolgens versneld door hoogspanningsvelden en daarna gefocust en afgebogen met magnetische of elektrostatistische lenzen, waardoor de straal wordt samengedrukt en gericht.

Belangrijke parameters zijn de energie (vaak uitgedrukt in kilo-elektronvolt, keV) en de stroom, de bundeldiameter en de divergente hoek. Ruimtecharge-effecten en de emittance bepalen hoe scherp en geconcentreerd de bundel kan blijven tijdens voortbeweging. Een vacuüm is essentieel om verstrooiing met gasmoleculen te voorkomen.

Toepassingen omvatten elektronenmicroscopie (TEM en SEM), elektron-beam lithografie voor nanofabricage en las- en bewerkingsprocessen met elektronenbundels, zoals elektronbeam welding. De mogelijkheid om materiaal op nanoschaal te bewerken maakt elektronenbundels waardevol in de semiconductorindustrie en materiaalonderzoek.

Geschiedenis en toekomst: De elektronenbundel als verschijnsel werd bestudeerd na de ontdekking van de elektron door J. J. Thomson. Het elektronenmicroscoop werd in de jaren 1930 ontwikkeld door Ernst Ruska. Moderne ontwikkelingen omvatten ultrakorte pulsen en vrije-elektronenlasers (FEL), die sterke röntgenstraling leveren voor time-resolved onderzoek in wetenschap en technologie.