Che cos'è un fascio di elettroni?
Un raggio di elettroni (raggio elettronico) è un flusso controllato di elettroni carichi negativamente che vengono spinti ad un alto tasso di velocità. Il raggio elettronico a bassa intensità più comune è il tubo a raggi catodici (CRT) utilizzato nei televisori e nei monitor dei computer. Un fascio di elettroni ad alta intensità può anche tagliare metallo o calore e fondere diversi pezzi di metallo in un processo chiamato saldatura a fascio di elettroni. La tecnologia E-beam può essere utilizzata per fabbricare pezzi di precisione da utilizzare nell'industria aeronautica e aerospaziale, nonché per sterilizzare dispositivi medici, materiali farmaceutici, alimenti e persino posta.
Con la saldatura a fascio di elettroni, un flusso ad alta intensità di elettroni concentrati viene diretto sulla superficie di un materiale come acciaio o titanio. Gli elettroni nel raggio di saldatura sono accelerati per spostarsi tra il 30 e il 70 percento della velocità della luce, fornendo l'energia per riscaldare e fondere il metallo. I vantaggi della saldatura a trave elettronica sono la conservazione di un vuoto, una zona di saldatura stretta e l'assenza della necessità di un materiale di riempimento per riempire la saldatura. Il raggio riscalda i pezzi e li combina insieme per formare una tenuta ermetica. Questo tipo di saldatura presenta tuttavia alcuni aspetti negativi, tra cui la produzione di raggi X, elevati costi di preparazione e alti costi dell'attrezzatura.
La fabbricazione di forme libere da fascio di elettroni (EBF3) è un processo additivo a strati che può fabbricare una parte da materie prime. Il processo utilizza un fascio di elettroni ad alta intensità per fondere e riorganizzare acciaio, titanio o altro metallo in una parte pronta per l'uso. Questa capacità di creare parti e strumenti su richiesta farebbe risparmiare molto tempo nello spazio, eliminando la necessità di costosi lanci per trasportare parti o strumenti pesanti. La tecnologia EBF3 è stata ulteriormente sviluppata da diverse aziende del settore aerospaziale e, nel 2011, viene utilizzata nella fabbricazione dell'F-35 Joint Strike Fighter.
La bioreduzione è un processo reso possibile dall'uso di fasci di elettroni controllati con precisione per ridurre o eliminare gli organismi microbici senza l'uso di sostanze chimiche tossiche. Nei settori delle spedizioni e delle spedizioni postali, i raggi elettronici ad alta energia vengono trasmessi su e attraverso lettere, pacchetti, buste, scatole e altri container. Il raggio elettronico irradia i contenuti non aperti dei contenitori uccidendo i microrganismi. Alcuni alimenti, come l'insalata in una borsa, che è pronto da mangiare senza lavarsi, sono stati irradiati con un raggio elettronico prima di essere spediti nei supermercati locali. Questo elimina la necessità di additivi che potrebbero influenzare il gusto o la vitalità del cibo.
Le forniture mediche e i prodotti farmaceutici possono anche essere irradiati con un fascio di elettroni ad alta energia, sterilizzandoli efficacemente. Un programma per computer dirige l'esatta quantità di energia necessaria per sterilizzare questi articoli. Gli elettroni uccidono i microbi e distruggono le molecole vitali attraverso una reazione chimica indiretta causata dalla radiazione del raggio elettronico. Rifornimenti, parti e dispositivi medici possono essere irradiati mentre sono ancora nei loro contenitori chiusi. Il processo e la sterilizzazione risultante sono simili al processo di radiazione gamma ma con una minore degradazione del materiale nei prodotti farmaceutici.