Електронний мікроскоп

Електрони, розганяючись|розганяючись| в електричному полі до дуже великих швидкостей, володіють малою довжиною хвилі, що визначає велику роздільну здатність електронних мікроскопів. Під дією електричного поля електрони одержують|отримують| достатньо|досить| велику кінетичну енергію, функцією якої є|з'являється,являється| швидкість:

звідки .

За формулою Луї де| Бройля ,

,

де — постійна Планка, — прискорююча напруга|напруження|, і — заряд і маса електрона.

Сучасні електронні мікроскопи дозволяють розглядати|розглядувати| предмети, розміром близько 10 нм|.

Електрони можуть збільшувати свою кінетичну енергію, тобто швидкість під дією магнітного поля. Якщо вектор його швидкості співпадає|збігається| з|із| напрямом|направленням| вектора індукції магнітного поля, то він рухається|сунеться| паралельно силовим лініям. Коли ж вектор швидкості електрона перпендикулярний напряму|направленню| вектора індукції магнітного поля, то він починає|розпочинає,зачинає| рухатися|сунутися| по круговій орбіті.

Фокусування електрона здійснюється за допомогою магнітного поля (довгі і короткі магнітні лінзи).

Довга магнітна лінза є соленоїдом, поле усередині якого однорідне.

Нехай|нехай| у цьому полі є|наявний| точка|точка| А, де знаходиться|перебуває| джерело електронів, що випускаються в усіх напрямах|направленнях| з|із| однаковою швидкістю. Розглянемо|розгледимо| рух електрона, який випромінюється під невеликим кутом|рогом,кутком| до силових ліній магнітного поля.

Розкладемо швидкість на дві складові: уздовж|вздовж,уподовж| силових ліній (рух рівномірний) і перпендикулярно до них. На електрон, що рухається|сунеться| перпендикулярно силовим лініям, діє сила Лоренця:

Тут — магнітна індукція поля.

Під дією цієї сили електрон рухатиметься|сунутиметься| по колу. Тоді, результуючий рух у магнітному полі буде рухом по гвинтовій лінії. Електрон та всі інші, що вилітають під невеликим кутом|рогом,кутком| до напряму|направлення| силових ліній, зберуться у деякій точці|точці| В, яка буде|з'являтиметься,являтиметься| зображенням точки|точки| А, рівним їй за величиною, причому точка|точка| В буде розташована на тій же лінії, що і точка|точка| А.

Таким чином, соленоїд не дає збільшення або зменшення предмету, тобто Г=1, він грає роль конденсора.

Для отримання|здобуття| збільшеного зображення використовують короткі магнітні лінзи, поле яких неоднорідне і протяжність дуже мала. Щоб добитися цього, котушку|катушку| оточують металевим кожухом, залишаючи вузьку кільцеву щілину, і ставлять конусні полюсні наконечники.

Електрони, що йдуть з|із| точок|точок| А і В предмету, зберуться в точках|точках| і . Відстань між цими точками|точками| багато більша відстані між точками|точками| А і В, тобто ми одержимо|отримаємо| збільшене пряме зображення.

У цьому і полягає|перебуває,складається| принцип роботи короткої магнітної лінзи. Її фокусна відстань до 1 мм, а збільшення близько 300.

Електронний мікроскоп має|перебуває,складається| (мал. 5.17).

1. Джерело електронів — електронна гармата.

2. Діафрагма.

3. Конденсорна лінза — довга магнітна лінза, що примушує|заставляє| рухатися|сунутися| електрони як паралельний пучок.

4. Об'єктивна лінза — короткофокусна магнітна лінза, що дає проміжне зображення.

5. Проекційна лінза — короткофокусна магнітна лінза, що дає остаточне зображення предмету.

6. Фотокамера.

7. Вакуумна система.

8. Блоки живлення|харчування| і всі деталі мікроскопа поміщені|ув'язнені| у трубку|люльку| з|із| низьким тиском|тисненням|, близько 10^{-4 мм рт|. ст.}

У електронній гарматі електрони розгоняться|розганяються| під дією напруги|напруження| до 100 кВ. Пройшовши|минувши,спливши| конденсорну лінзу, паралельний пучок електронів потрапляє|попадає| на об'єкт. Щоб виключити значне поглинання електронів об'єктом, його наносять|завдають| на дуже тонку колоїдну плівку, товщина якої 10—20 мк|.

Електронний промінь, проходячи через об'єкт, розсіюється на деякий кут|ріг,куток|, що зветься апертурою. У об'єктивній лінзі електронний пучок обмежується металевим кільцем, званим апертурною діафрагмою. Вона обмежує пучок електронів, тим самим усувається сферична аберація.

Електрони, розсіяні|неуважні| об'єктом, збираються об'єктивною лінзою у площині|плоскості|, де утворюється проміжне перевернуте, збільшене зображення об'єкту.

Малюнок 5.17-Електронний мікроскоп

Проекційна лінза ще більше збільшує зображення і в певній площині|плоскості| за нею формується остаточне зображення об'єкту.

Довжина хвилі рухомих електронів досягає близько декількох сотих ангстрема| (0,05А), що дозволяє одержати|отримати| межу дозволу в декілька ангстремів. Це відповідає збільшенню порядка|ладу| 10⁵—10⁶разів.