Was ist ein Elektronenstrahl?
Ein Elektronenstrahl (E-Beam) ist ein gesteuerter Strom von negativ geladenen Elektronen, die mit einer hohen Geschwindigkeit angetrieben werden. Der gebräuchlichste E-Strahl mit niedriger Intensität ist die Kathodenstrahlröhre (CRT), die in Fernsehgeräten und Computermonitoren verwendet wird. Ein hochintensiver Elektronenstrahl kann auch Metall schneiden oder erhitzen und verschiedene Metallstücke in einem als Elektronenstrahlschweißen bezeichneten Prozess verschmelzen. Mit der E-Beam-Technologie können Präzisionsteile für die Luft- und Raumfahrtindustrie hergestellt sowie medizinische Geräte, pharmazeutische Materialien, Lebensmittel und sogar Post sterilisiert werden.
Beim Elektronenstrahlschweißen wird ein hochintensiver Strom konzentrierter Elektronen auf die Oberfläche eines Materials wie Stahl oder Titan gerichtet. Die Elektronen im Schweißstrahl werden beschleunigt, um sich mit 30 bis 70 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zu bewegen, und liefern die Energie, um das Metall zu erwärmen und zu schmelzen. Die Vorteile des Elektronenstrahlschweißens sind die Aufrechterhaltung eines Vakuums, einer engen Schweißzone und das Fehlen eines Füllmaterials zum Füllen der Schweißnaht. Der Strahl erwärmt die Teile und kombiniert sie zu einem luftdichten Verschluss. Diese Art des Schweißens hat jedoch einige Nachteile, einschließlich der Erzeugung von Röntgenstrahlen, hoher Vorbereitungskosten und hoher Ausrüstungskosten.
Die Elektronenstrahl-freie Formherstellung (EBF3) ist ein schichtadditiver Prozess, mit dem ein Teil aus Rohmaterialien hergestellt werden kann. Das Verfahren verwendet einen Elektronenstrahl hoher Intensität, um Stahl, Titan oder ein anderes Metall zu schmelzen und in ein gebrauchsfertiges Teil umzuwandeln. Diese Möglichkeit, Teile und Werkzeuge nach Bedarf zu erstellen, würde viel Platz sparen und die Notwendigkeit kostspieliger Starts zum Befördern schwerer Teile oder Werkzeuge überflüssig machen. Die EBF3-Technologie wird von mehreren Unternehmen der Luft- und Raumfahrtindustrie weiterentwickelt und 2011 bei der Herstellung des Joint Strike Fighter F-35 eingesetzt.
Die Bioreduktion ist ein Prozess, der durch die Verwendung präzisionsgesteuerter Elektronenstrahlen ermöglicht wird, um mikrobielle Organismen ohne den Einsatz toxischer Chemikalien zu reduzieren oder zu eliminieren. In der Versand- und Versandbranche werden Hochenergie-E-Beams auf und durch Briefe, Pakete, Umschläge, Kartons und andere Versandbehälter gestreamt. Der Elektronenstrahl bestrahlt den ungeöffneten Inhalt der Behälter, wobei Mikroorganismen abgetötet werden. Einige Lebensmittel, wie z. B. Salat im Beutel, der ohne Waschen verzehrfertig ist, wurden vor dem Versand in die örtlichen Supermärkte mit einem E-Beam bestrahlt. Dadurch werden keine Zusatzstoffe benötigt, die den Geschmack oder die Lebensfähigkeit des Lebensmittels beeinträchtigen könnten.
Medizinische Artikel und Arzneimittel können auch mit einem energiereichen Elektronenstrahl bestrahlt werden, wodurch sie effektiv sterilisiert werden. Ein Computerprogramm steuert die genaue Energiemenge, die zum Sterilisieren dieser Gegenstände benötigt wird. Die Elektronen töten Mikroben und zerstören lebenswichtige Moleküle durch eine indirekte chemische Reaktion, die durch die Elektronenstrahlung verursacht wird. Verbrauchsmaterialien, Teile und Geräte können in ungeöffneten Behältern bestrahlt werden. Der Prozess und die daraus resultierende Sterilisation ähneln dem Gammastrahlenprozess, weisen jedoch einen geringeren Materialabbau in Pharmazeutika auf.