电子束（英文：electron beam）是指真空中相对集中而高速运动的电子流。电子束的工作原理是利用电子枪阴极所产生的电子在阴阳极间的高压（25~300千伏）加速电场作用下加速至较高的速度（0.3~0.7倍光速），再经透镜会聚和加速电场加速后，形成密集的高速电子流。电子束的特性是具有粒子性和波动性。电子束被广泛应用于高分子材料的辐照加工、半导体材料及器件的辐照改性、工业无损探伤检测、医疗用品消毒灭菌、食品保鲜、辐射育种、三废处理等领域。
1879年，科学家发现在阴极射线管中的铂阳极因被阴极射线轰击而熔化的现象。1948年，德国物理学家发明了第一台电子束加工设备。20世纪60年代初期，电子束打孔、铣切、焊接、镀膜和熔炼等工艺技术已成功应用于各工业部门。2022年9月21日，国家原子能机构发布核技术应用领域十件大事，其中包括电子束技术在污水处理领域实现产业化应用。
定义
电子束是指真空中相对集中而高速运动的电子流。
发展历程
1879年，科学家发现在阴极射线管中的铂阳极因被阴极射线轰击而熔化的现象。1907年，进一步发现了电子束作为高能量密度热源的可能性，第一次用电子束做了熔化金属的实验，成功地熔炼了钮。
1948年，德国物理学家发明了第一台电子束加工设备（主要用于焊接）。1949年，德国首次利用电子束在厚度为0.5mm的不锈钢板上加工出直径小于0.2mm的小孔，从而开辟了电子束在材料加工领域的新天地。
1957年，法国原子能委员会萨克莱核子研究中心成功研制出世界上第一台用于生产的电子束焊接机，其优良的焊接质量引起了人们的广泛重视。
20世纪60年代初期，人们已经成功地将电子束打孔、铣切、焊接、镀膜和熔炼等工艺技术应用到各工业部门中，促进了尖端技术的发展。微电子学的发展对集成电路元件的集成度要求不断提高，因而对光刻工艺提出了更高的要求，扫描电子束曝光机成功研制，并在20世纪70年代进入市场，使得制造掩膜或器件所能达到的最小线宽已小于0.5μm。
2022年9月21日，国家原子能机构在北京发布核技术应用领域十件大事，其中包括电子束技术在污水处理领域实现产业化应用。
原理
利用电子枪阴极所产生的电子在阴阳极间的高压（25~300千伏）加速电场作用下加速至较高的速度（0.3~0.7倍光速），再经透镜会聚和加速电场加速后，形成密集的高速电子流。一台电子加速器，加速电子能量为20吉电子伏，对应的电子速度为0.99999999979倍光速。加速电子能量到100吉电子伏，电子速度为0.999999999987倍光速。
主要特征
电子束的特性是具有粒子性和波动性，除此之外还有以下特征：在磁场或电场中受力方向服从左手定则，运动方向会发生弯曲，通过改变满足轴对称条件的电磁场强度可实现聚焦；其穿透力较弱，只有在高真空环境下才能达到一定的自由行程；电子束本身不可见，需借助激发荧光的方式将携带的样品信息转换为可见光信号；高能电子束还可激发出X射线，对人体有较大损害。
应用
电子束被广泛应用于高分子材料的辐照加工、半导体材料及器件的辐照改性、工业无损探伤检测、医疗用品消毒灭菌、食品保鲜、辐射育种、三废处理等领域。
电子束加工
在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高（106~109W/cm2）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面。在极短的时间（几分之一微秒）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化或汽化。
通过控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，可以达到不同的加工目的：如使材料局部加热就可进行电子束热处理；使材料局部熔化可进行电子束焊接；提高电子束能量密度，使材料熔化和汽化，就可进行打孔、切割等加工；利用较低能量密度的电子束轰击有机高分子材料时产生化学变化的原理，进行电子束光刻加工。
电子束熔化
电子束熔化（electron beam melting，EBM）也称为电子束选区熔化（electron beam selective melting，EBSM），是20世纪90年代中期发展起来的一种采用高能高速的电子束，在真空环境中选择性地轰击金属粉末，从而使粉末材料熔化成形的一种增材制造技术。电子束熔化具有能量利用率高、无反射、功率密度高、扫描速度快、真空环境无污染、残余应力低等优点，适于活性、难熔、脆性金属材料的增材制造，在航空航天、生物医疗、汽车、模具等领域具有广阔的应用前景。
电子束光刻
电子束光刻（Electron Beam Lithography，EBL），是利用电子束曝光机形成微纳结构的一种加工技术。20世纪60年代，该技术是由德国杜平根大学的斯派德尔与默伦施泰特提出的，是基于显微镜发展起来的。电子束光刻的原理是利用具有一定能量的电子与光刻胶碰撞，发生化学反应完成曝光。电子束的波长（3~10nm）远远小于UV光源的波长，其电子能量（10~50keV）远高于传统光源，所以电子束曝光的分辨率很高。电子束光刻机有两种类型:投影式和直写式。
电子束辐射
电子束辐射是通过电子加速器产生的高能电子束流对样品进行辐照，使被辐照物质发生物理或化学变化。电子束的能量越大，传能线密度（LET）值越低，即穿过同样厚度的样品后能量损失越小。原则上，电子束的能量损失等于样品的能量吸收。胶粘剂吸收电子束的能量是使其电离或活化的必要条件，但电离或活化的过程却不受电子束能量的影响，辐射效应产生的化学反应也不受电子束能量的影响，只是高能量电子束可以在材料中行进较长的距离。电子束辐射和y射线生成的电子与胶粘剂相互作用的方式相同，因此其辐射效应在微观上也是一样的，但是剂量分布在宏观上不同。电子束辐射固化胶粘剂方面的研究较多，而胶粘剂在电子束下的辐射效应方面的研究较少。
电子束焊接
电子束焊接是指利用加速和聚焦的高能电子束轰击置于真空中的焊接工面，工件表面吸收电子能量使被焊工件熔化实现焊接。真空电子束焊接（EBW）相比于传统焊接方法（SMAW、SAW、GTAW等）在提高产品焊接质量（在真空环境中施焊）及效率，降低焊接污染及排放等方面有显著优势。
参考资料
电子束.中国大百科全书.2026-02-28
核技术应用领域十件大事发布.新浪财经.2026-02-28