elektronstråler

Elektronstråler ble oppdaget av Julius Plücker i 1858 og grundigere studert av Wilhelm Hittorf i 1869 i forbindelse med elektriske utladninger i fortynnet luft. Han kalte dem katodestråler. Blant annet Philipp Lenard og Joseph John Thomson viste at katodestrålene bestod av negativt ladde partikler: elektroner. Katodestråler er dermed et spesialtilfelle av elektronstråler.

Henri Becquerel viste omtrent samtidig at betastrålene som sendes ut i radioaktive prosesser, var stråling av partikler med omtrent samme masse og ladning, men med høyere energi enn katodestrålene. Høyenergetiske elektronstråler kalles derfor ofte betastråler.

Elektronstråler med lave energier (opptil noen 100 keV) fremstilles fremdeles i katodestrålerør hvor en katode, som regel en glødekatode, sender ut elektroner (se emisjon), og elektronene akselereres deretter i et elektrostatisk felt.

For høyere energier, hvor man ikke kan frembringe store nok akselerasjonsspenninger ved hjelp av transformatorer og likerettere, og heller ikke kan lage enkle rør som tåler slike spenninger, nytter man isteden elektronakseleratorer som betatron, elektronsynkrotron og lineærakselerator.

Elektronstrålene kan avbøyes i elektrostatiske og magnetiske linser og kan i likhet med lys brukes for avbildning (se elektronoptikk, elektronmikroskop, billedrør). Strålene er ikke synlige, men kan sees når de passerer gjennom fortynnet gass eller treffer et fast stoff, fordi stoffet ioniseres. Spesielle stoffer kan også lyse opp kortere eller lengre tid etter at strålen har truffet dem (fluorescens).

Som nevnt brukes elektronstråler også i røntgenrør, katodestrålerør og liknende. Høyenergetiske elektronstråler anvendes for å produsere hard røntgenstråling, blant annet for medisinsk bruk, og for kjernefysiske undersøkelser.

Energien av elektronene i strålene angis i eV (elektronvolt), keV (1000 eV) eller MeV (million eV). Ved store energier kan man ikke, som i vanlig mekanikk, regne med at energien E er lik ½mv², hvor v er elektronets hastighet og m dets masse. Man må ta hensyn til den relativistiske masseøkningen (se relativitetsteori) og til at hastigheten nærmer seg lyshastigheten som en øvre grense. Ved en energi på 0,5 MeV er hastigheten 86 prosent av lyshastigheten, og massen er økt til det dobbelte av hvilemassen (massen når partikkelen er i ro). Ved en energi på 500 MeV er forskjellen mellom elektronets og lysets hastighet 0,00005 prosent, og massen er 1000 ganger hvilemassen.

I dagens laboratorier for elementærpartikkelfysikk, for eksempel på CERN i Genève og DESY i Hamburg, har man produsert elektronstråler der elektronene har en energi på noen titalls GeV.

• elektron
• katode
• elektronoptikk