www.wikidata.de-de.nina.az

Elektronenstrahltechnik Die ist ein Teilgebiet der Elektrotechnik Inhaltsverzeichnis 1 Beschreibung 2 Wirkprinzip 2 1 Ph

Elektronenstrahltechnik

Die Elektronenstrahltechnik ist ein Teilgebiet der Elektrotechnik.

Beschreibung Bearbeiten

Anwendungen und Wirkprinzipe, die die gezielte technische Emission von Elektronen zur Grundlage haben. Dabei dient das Elektron als Energiequelle für einen physikalisch oder chemisch wirksamen Prozess. Das Elektron wird dann entweder als informationsübertragendes Medium für eine Projektion (Optik) verwendet oder wirkt als energieübertragendes Medium bei verfahrenstechnischen Anwendungen auf ein Zielsubstrat ein. Es gibt diverse industrielle und wissenschaftliche Anwendungsgebiete und eine stetig weiterentwickelte Theorie, die bereits auf die Physik Ende des 19. Jahrhunderts zurückgeht.

Wirkprinzip Bearbeiten

Es gibt mehrere Funktionsprinzipien, um der Kathode, dem emittierenden Körper, genügend Energie zuzuführen, damit Elektronen emittiert werden können, wobei die spezifische, materialabhängige Austrittsarbeit der Elektronen erreicht werden muss. Dabei verschleißt der emittierende Körper in Abhängigkeit von der Emissionsintensität. Diese Prinzipien sind:

All diese Prinzipien zeichnen sich durch spezifische Anwendungsgebiete aus und haben unterschiedliche Charakteristika.

Physikalische Grundlagen Bearbeiten

Um Elektronen als informations- oder energieübertragendes Medium zu nutzen, müssen sie zunächst aus ihrem natürlichen Zustand herausgelöst und mobilisiert werden. Dafür sind physikalische Situationen erforderlich, in denen die elektrische Feldgröße groß genug ist, um das Elektron derart zu beschleunigen, dass es aus dem Valenzband seines angestammten Platzes oder der Elektronenwolke (Metallgittermodell) entkommen kann. Dafür können günstige Bedingungen geschaffen werden, die im Einzelnen bei folgenden physikalischen Effekten beobachtet wurden, aber im Allgemeinen geht es immer um die Emission (also „Aussendung“) der Elektronen aus ihrer ursprünglichen Bindung.

Verbreitete Bauteile Bearbeiten

Diese Bauteile sind technisch etablierte Anlagen um praktisch die Auslösung und Beschleunigung von Elektronen anzuregen, und gezielt Nutzen daraus zu generieren. Dieser Nutzen umfasst, wie oben beschrieben, Energie- und Informationsübertragung.

Geschichte Bearbeiten

Wesentliche Grundlagen wurden nach der Erfindung der Glühbirne durch Edison mit der Braunschen Elektronenröhre gelegt. Diese fand unter anderem Anwendung in Rundfunktechnik. Manfred von Ardenne entwickelte die Technologie weiter und machte sie unter anderem auch für das Elektronenmikroskop und nach dem Krieg für das Schweißen, Verdampfen, Trennen (Fertigungstechnik) und Schmelzen anwendbar. Nach der Wende und friedliche Revolution in der DDR gingen viele ehemalige Mitarbeiter aus dem privaten Forschungsinstitut „Manfred von Ardenne“ im neu gegründeten Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik Dresden auf, und eine wegweisende Arbeit aus dem Jahre 1975 wurde 1995 in fast unveränderter Form neu aufgelegt. In der Zwischenzeit wurde die Anwendung von Elektronenstrahltechnik im industriellen Bereich immer verbreiteter, und es finden inzwischen regelmäßige Symposien in den Vereinigten Staaten von Amerika und Ost-Asien zum Thema statt, sodass die Technologie weiter entwickelt wird. Neue Bereiche sind Medizintechnik und Luft- und Raumfahrttechnik.

Für die konkrete praktische Anwendung des Auslösens von Elektronen haben sich die folgenden Personen besonders verdient gemacht, daher sind diese Seiten als weiterführende Links zum Zusammengefassten zu empfehlen:

Anwendung als Informationsmedium Bearbeiten

Elektronen können neben der Energieübertragung auch für die Informationsübertragung eingesetzt werden. Zuerst konnten Elektronenwellen in der Luft für frühe Formen des Radios zum Einsatz kommen, siehe frühere Radiotechnologie.

Kurz darauf wurde mithilfe von Elektronen eine Bildgebende Informationsausgabe erarbeitet. Hierfür maßgeblich ist die gezielte und getaktete Auslenkung von Elektronen in ihrer Flugbahn über elektrische Felder

mit Hilfe von Elektromagneten. Auf diese Weise konnten Röhrenmonitore entstehen, und die Informationen konnten bildlich dargestellt werden, siehe hierzu Bildröhren-Fernseher Surface-Conduction-Electron-Emitter-Display, sowie zum Beispiel das damit realisierte Oszilloskop.

Strahlengang im TEM mit kristallinem Objekt, vereinfacht dargestellt. Das Abbildungssystem ist zweistufig (Objektiv und ein Projektiv) und erzeugt daher im Abbildungsmodus zwei Beugungs- und zwei Ortsraumbilder. Wird die Projektivlinse geringer angeregt (Erhöhung der Brennweite), verschiebt sich das zweite Beugungsbild nach unten und kann am Detektor registriert werden (Beugungsmodus).
Analoges Oszilloskop aus den 1970er Jahren mit Röhrenanzeige

Schließlich können Elektronen auch nicht nur zum Empfang von Signalen eines Senders, also Übertragungsmedium, sondern auch direkt zum Abtasten von Oberflächen (zum Beispiel Elektronenmikroskop, Feldelektronenmikroskop und Röntgengeräte) bzw. zum gezielten physischen Beschuss im Sinne einer Bearbeitung von Werkstoffen Elektronenstrahllithografie eingesetzt werden.

Fertige Nanobrücke aus Aluminium auf der Polyimid-Unterlage, betrachtet im REM (künstlich eingefärbt)

Anwendung als Energieträger in Ingenieurtechnischen Produktionsverfahren Bearbeiten

Der Einsatz der Elektronenstrahltechnik im Bereich der Produktion ist ein Teilgebiet der Produktionstechnik, einem physikbetonten Bereich des allgemeinen Maschinenbaus, der sich teilweise mit der Verfahrenstechnik überschneidet. Zusammen mit anderen Verfahren dient es der Herstellung von Gütern zur Befriedigung von Interessen im Rahmen eines Wirtschaftskreislaufes.

Siehe Elektronenstrahl-Materialbearbeitung

Literatur Bearbeiten

  • S. Schiller, U. Heisig, S. Panzer: Elektronenstrahltechnologie. Verlag Technik, Berlin 1995, ISBN 3-341-01152-8. (Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik Dresden)
  • A. Heger: Technologie der Strahlenchemie von Polymeren. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1990, ISBN 3-05-500200-8.
  • P. G. Garratt: Strahlenhärtung. Curt R. Vincentz Verlag, Hannover 1996, ISBN 3-87870-431-3.
  • Helmut Schultz: Elektronenstrahlschweißen (= Fachbuchreihe Schweißtechnik. Bd. 93). 3., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage. Verlag DVS – Schweißen und Verwandte Verfahren, Düsseldorf 2017, ISBN 978-3-945023-85-3.
  • Klaus-Rainer Schulze: Elektronenstrahltechnologien (= Wissen kompakt. Bd. 1). DVS Media, Düsseldorf 2011, ISBN 978-3-87155-225-0.
  • Patent DE102011115913A1: Fügen und Trennen von Werkstücken mit einem Elektronenstrahl im Nicht-Vakuum.‌
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
Veröffentlichungsdatum:
Die Elektronenstrahltechnik ist ein Teilgebiet der Elektrotechnik Inhaltsverzeichnis 1 Beschreibung 2 Wirkprinzip 2 1 Physikalische Grundlagen 2 2 Verbreitete Bauteile 3 Geschichte 4 Anwendung als Informationsmedium 5 Anwendung als Energietrager in Ingenieurtechnischen Produktionsverfahren 6 LiteraturBeschreibung BearbeitenAnwendungen und Wirkprinzipe die die gezielte technische Emission von Elektronen zur Grundlage haben Dabei dient das Elektron als Energiequelle fur einen physikalisch oder chemisch wirksamen Prozess Das Elektron wird dann entweder als informationsubertragendes Medium fur eine Projektion Optik verwendet oder wirkt als energieubertragendes Medium bei verfahrenstechnischen Anwendungen auf ein Zielsubstrat ein Es gibt diverse industrielle und wissenschaftliche Anwendungsgebiete und eine stetig weiterentwickelte Theorie die bereits auf die Physik Ende des 19 Jahrhunderts zuruckgeht Wirkprinzip BearbeitenEs gibt mehrere Funktionsprinzipien um der Kathode dem emittierenden Korper genugend Energie zuzufuhren damit Elektronen emittiert werden konnen wobei die spezifische materialabhangige Austrittsarbeit der Elektronen erreicht werden muss Dabei verschleisst der emittierende Korper in Abhangigkeit von der Emissionsintensitat Diese Prinzipien sind Feldemission basierend auf elektrischer Feldstarke Gluhemission in der englischsprachigen Literatur auch als thermionische Emission bezeichnet basierend auf thermischer Energie siehe dazu Edison Richardson Effekt einschliesslich feldverstarkter Gluhemission siehe Schottky Effekt Sekundaremission basierend auf primaren Elektronenbeschuss Gasentladung Plasmaangeregte Emission basierend auf Beschuss durch ionisierte Gase Photoemission basierend auf Einstrahlung durch Photonen siehe Photoelektrischer Effekt All diese Prinzipien zeichnen sich durch spezifische Anwendungsgebiete aus und haben unterschiedliche Charakteristika Physikalische Grundlagen Bearbeiten Um Elektronen als informations oder energieubertragendes Medium zu nutzen mussen sie zunachst aus ihrem naturlichen Zustand herausgelost und mobilisiert werden Dafur sind physikalische Situationen erforderlich in denen die elektrische Feldgrosse gross genug ist um das Elektron derart zu beschleunigen dass es aus dem Valenzband seines angestammten Platzes oder der Elektronenwolke Metallgittermodell entkommen kann Dafur konnen gunstige Bedingungen geschaffen werden die im Einzelnen bei folgenden physikalischen Effekten beobachtet wurden aber im Allgemeinen geht es immer um die Emission also Aussendung der Elektronen aus ihrer ursprunglichen Bindung Edison Richardson Effekt Emission der Elektronen Schottky Effekt Emission der Elektronen Spitzenentladung Emission der Elektronen Tunneleffekt Emission der Elektronen Feldemission Emission der Elektronen Plasma Physik Emission der Elektronen in Vakuum oder ionisiertem Gas Meissner Schaltung Emission der Elektronen Boersch Effekt Emission der Elektronen Vakuumtechnik Stabilisierung der Elektronen freier Flug Optoelektronik Stabilisierung der Elektronen Fokussierung Elektronenoptik Stabilisierung der Elektronen Fokussierung Verbreitete Bauteile Bearbeiten Diese Bauteile sind technisch etablierte Anlagen um praktisch die Auslosung und Beschleunigung von Elektronen anzuregen und gezielt Nutzen daraus zu generieren Dieser Nutzen umfasst wie oben beschrieben Energie und Informationsubertragung Kathode Emissionsquelle Kathodenstrahlrohre Emissionskammer Fluoreszenzanzeige Projektionsflache Elektronenrohre Emissionskammer Magnetron Emissionsquelle Vakuumkammern fur den ArbeitsprozessGeschichte BearbeitenWesentliche Grundlagen wurden nach der Erfindung der Gluhbirne durch Edison mit der Braunschen Elektronenrohre gelegt Diese fand unter anderem Anwendung in Rundfunktechnik Manfred von Ardenne entwickelte die Technologie weiter und machte sie unter anderem auch fur das Elektronenmikroskop und nach dem Krieg fur das Schweissen Verdampfen Trennen Fertigungstechnik und Schmelzen anwendbar Nach der Wende und friedliche Revolution in der DDR gingen viele ehemalige Mitarbeiter aus dem privaten Forschungsinstitut Manfred von Ardenne im neu gegrundeten Fraunhofer Institut fur Elektronenstrahl und Plasmatechnik Dresden auf und eine wegweisende Arbeit aus dem Jahre 1975 wurde 1995 in fast unveranderter Form neu aufgelegt In der Zwischenzeit wurde die Anwendung von Elektronenstrahltechnik im industriellen Bereich immer verbreiteter und es finden inzwischen regelmassige Symposien in den Vereinigten Staaten von Amerika und Ost Asien zum Thema statt sodass die Technologie weiter entwickelt wird Neue Bereiche sind Medizintechnik und Luft und Raumfahrttechnik Fur die konkrete praktische Anwendung des Auslosens von Elektronen haben sich die folgenden Personen besonders verdient gemacht daher sind diese Seiten als weiterfuhrende Links zum Zusammengefassten zu empfehlen Thomas Edison Feldemission Heinrich Hertz Weiterentwicklung Ferdinand Braun Kathodenrohre Heinrich Barkhausen Elektronenrohrencharakterisierung Max Dieckmann Fernseher aus braunscher Kathodenrohre Erwin Wilhelm Muller Erster Mensch der ein Atom gesehen hat erfand das Elektronenfeldmikroskop Manfred von Ardenne Weiterentwicklung Fernseher Mikroskope Verfahrenstechnische Anwendbarkeit Anwendung als Informationsmedium BearbeitenElektronen konnen neben der Energieubertragung auch fur die Informationsubertragung eingesetzt werden Zuerst konnten Elektronenwellen in der Luft fur fruhe Formen des Radios zum Einsatz kommen siehe fruhere Radiotechnologie Kurz darauf wurde mithilfe von Elektronen eine Bildgebende Informationsausgabe erarbeitet Hierfur massgeblich ist die gezielte und getaktete Auslenkung von Elektronen in ihrer Flugbahn uber elektrische Feldermit Hilfe von Elektromagneten Auf diese Weise konnten Rohrenmonitore entstehen und die Informationen konnten bildlich dargestellt werden siehe hierzu Bildrohren Fernseher Surface Conduction Electron Emitter Display sowie zum Beispiel das damit realisierte Oszilloskop nbsp Strahlengang im TEM mit kristallinem Objekt vereinfacht dargestellt Das Abbildungssystem ist zweistufig Objektiv und ein Projektiv und erzeugt daher im Abbildungsmodus zwei Beugungs und zwei Ortsraumbilder Wird die Projektivlinse geringer angeregt Erhohung der Brennweite verschiebt sich das zweite Beugungsbild nach unten und kann am Detektor registriert werden Beugungsmodus nbsp Analoges Oszilloskop aus den 1970er Jahren mit RohrenanzeigeSchliesslich konnen Elektronen auch nicht nur zum Empfang von Signalen eines Senders also Ubertragungsmedium sondern auch direkt zum Abtasten von Oberflachen zum Beispiel Elektronenmikroskop Feldelektronenmikroskop und Rontgengerate bzw zum gezielten physischen Beschuss im Sinne einer Bearbeitung von Werkstoffen Elektronenstrahllithografie eingesetzt werden nbsp Fertige Nanobrucke aus Aluminium auf der Polyimid Unterlage betrachtet im REM kunstlich eingefarbt Anwendung als Energietrager in Ingenieurtechnischen Produktionsverfahren BearbeitenDer Einsatz der Elektronenstrahltechnik im Bereich der Produktion ist ein Teilgebiet der Produktionstechnik einem physikbetonten Bereich des allgemeinen Maschinenbaus der sich teilweise mit der Verfahrenstechnik uberschneidet Zusammen mit anderen Verfahren dient es der Herstellung von Gutern zur Befriedigung von Interessen im Rahmen eines Wirtschaftskreislaufes Siehe Elektronenstrahl Materialbearbeitung nbsp Elektronenstrahl im Vakuum nbsp Varianten des Elektronenstrahlschweissens nbsp Elektronenstrahl an AtmosphareVerdampfungsanlagen Elektronenstrahlverdampfen Schmelzanlagen Elektronenstrahlschmelzen Bearbeitungsanlagen Trennen Schneiden Schweissanlagen Beschichtungsanlagen als strahlenchemische biozide Behandlung von SaatgutLiteratur BearbeitenS Schiller U Heisig S Panzer Elektronenstrahltechnologie Verlag Technik Berlin 1995 ISBN 3 341 01152 8 Fraunhofer Institut fur Elektronenstrahl und Plasmatechnik Dresden A Heger Technologie der Strahlenchemie von Polymeren Carl Hanser Verlag Munchen Wien 1990 ISBN 3 05 500200 8 P G Garratt Strahlenhartung Curt R Vincentz Verlag Hannover 1996 ISBN 3 87870 431 3 Helmut Schultz Elektronenstrahlschweissen Fachbuchreihe Schweisstechnik Bd 93 3 vollstandig uberarbeitete und erweiterte Auflage Verlag DVS Schweissen und Verwandte Verfahren Dusseldorf 2017 ISBN 978 3 945023 85 3 Klaus Rainer Schulze Elektronenstrahltechnologien Wissen kompakt Bd 1 DVS Media Dusseldorf 2011 ISBN 978 3 87155 225 0 Patent DE102011115913A1 Fugen und Trennen von Werkstucken mit einem Elektronenstrahl im Nicht Vakuum Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Elektronenstrahltechnik amp oldid 234122003