電子ビーム技術

真空中では、電子ビームはあらゆる物質を溶融または変化させる熱源となる。^{[ 4 ]}この熱源または相変化は、真空と冷たい銅るつぼ壁の周りの凝固した金属の塊によって完全に無菌状態となる。これにより、電子ビーム真空炉では最も純粋な材料を製造および精製できることが保証される。希少金属や耐火金属は、小容量の真空炉で製造または精製することができる。鋼鉄の大量生産には、工業国にはトン単位で測定される容量とメガワット単位の電子ビーム出力を持つ大型炉が存在する。

1950年代末に電子ビーム溶接が工業規模で開始されて以来、数え切れないほどの電子ビーム溶接機が設計され、世界中で使用されている。これらの溶接機は、数リットルから数百立方メートルまでの真空チャンバーを備え、最大100kWの出力を持つ電子銃を搭載している 。

最新の電子ビーム溶接機は通常、ワークピースの選択された領域をビームが高速かつ正確に移動できるコンピュータ制御の偏向システムを備えています。急速加熱のおかげで、材料の薄い表面層のみが加熱されます。用途としては、焼入れ、焼きなまし、焼き戻し、テクスチャリング、研磨（アルゴンガス使用時）などがあります。電子ビームを使用して表面に浅い溝を切断し、その溝に沿って高速で繰り返し水平移動させると、溶融金属が噴出して小さな山ができます。これを繰り返すことで、高さが最大1ミリメートルのスパイク構造を作成できます。これらの構造は、異なる材料間の接合を助け、金属の表面粗さを変化させることができます。

積層造形とは、 3Dモデルデータに基づいて材料を接合し、物体を造形するプロセスであり、通常は粉末材料を層状に溶融して積層していく。コンピュータ制御の走査型電子ビームを用いて真空中で溶融させる方法は、非常に高精度である。電子ビーム直接製造（DM​​）は、市販されている初の、大規模かつ完全にプログラム可能なニアネットシェイプ部品製造方法である。

原料となる金属塊は、激しく回転させながら電子ビームによって溶融される。溶融した金属は、金属棒から飛び散りながら冷却される際に粉末状になる。

電子ビーム加工は、高速電子を非常に高い平面出力密度を持つ狭いビームに集中させる加工法です。ビームの断面をワークピースに向けて集束させ、熱を発生させて材料を蒸発させます。電子ビーム加工は、様々な金属を正確に切断または穴あけするために使用できます。得られる表面仕上げは、他の熱切断加工法よりも優れており、切断幅も狭くなります。しかし、装置コストが高いため、この技術の利用は高付加価値製品に限られています。

電子リソグラフィーは、非常に細く集束された電子ビームによってレジストに微細構造を形成し、それをエッチングなどによって基板材料に転写する技術です。元々は集積回路の製造用に開発されましたが、ナノテクノロジー構造の作製にも用いられています。電子リソグラフィーでは、直径が2ナノメートルから数百ナノメートルまでの電子ビームが使用されます。電子リソグラフィーは、コンピュータ生成ホログラム（CGH）の作製にも用いられます。マスクレス電子リソグラフィーは、フォトリソグラフィー用のフォトマスク製造、半導体部品の少量生産、研究開発活動など、幅広い分野で活用されています。

物理蒸着は真空中で行われ、金属の薄膜を基板上に堆積させることで太陽電池の薄膜を生成します。電子ビーム蒸着は、熱電子放出を利用して電子の流れを生成し、高電圧の陰極と陽極の配置によって加速されます。 ^{[ 2 ]}静電場と磁場が電子を集中させ、ターゲットに衝突するように方向付けます。運動エネルギーは、材料の表面またはその近傍で熱エネルギーに変換されます。その結果生じる加熱により、材料は溶融し、その後蒸発します。3500℃を超える温度に達することがあります。供給源からの蒸気は基板上に凝縮し、高純度材料の薄膜を形成します。単原子層から数マイクロメートルまでの膜厚を実現できます。この技術は、マイクロエレクトロニクス、光学、材料研究、太陽電池やその他の多くの製品の製造に使用されています。

電子ビーム硬化は、従来の溶剤を使用せずに塗料やインクを硬化させる方法です。電子ビーム硬化は、従来の溶剤蒸発プロセスと同様の仕上がりを実現しますが、その仕上がりは重合プロセスによって得られます。また、電子ビーム処理は、ポリマーを架橋して熱、機械的、または化学的ストレスに対する耐性を高めるためにも使用されます。

電子ビーム処理は、医療製品や食品の無菌包装材の滅菌、穀物、タバコ、その他の未加工の大量作物から生きた昆虫を除去する殺虫処理などに利用されてきた。

電子顕微鏡は、制御された電子ビームを使用して試料を照射し、拡大画像を生成します。一般的なタイプは、走査型電子顕微鏡（SEM）と透過型電子顕微鏡（TEM）の2種類です。^{[ 5 ]}

電子ビームが金属に照射されるとX線が発生する。X線は、例えば歯科や四肢の画像診断などに用いられる。これらのX線管では、金属が溶けないように回転する円盤が用いられることが多く、円盤は真空中で磁気モーターによって回転する。X線は癌組織を破壊するためにも使用されることがある。Therac -25装置はその悪名高い例である。