Оптическая схема электронного микроскопа.

Принципиального различия в схеме хода лучей, формирующих изображение, между световым и электронным микроскопами нет. В приборах имеются элементы-аналоги. Однако электронные микроскопы работают в проходящем, а металлографические – в отраженном свете. Поскольку вместо света в электронном микроскопе используется поток электронов, то применение обычной оптики невозможно. Электронная оптика представляет собой электромагнитные катушки, создающие магнитное поле необходимой конфигурации. Электроны перемещаются в магнитном поле линз, как свет в обычных световых линзах.

Электронная пушка (1) (рис.1), являющаяся источником электронов, состоит из нагреваемого катода, анода и управляющего электрода. Появление электронов обусловлено термоэлектронной эмиссией нагреваемого катода, изготовленного из тонкой вольфрамовой проволоки. Электроны ускоряются высоким напряжением, прилагаемым между катодом и анодом. Действие электронной пушки аналогично действию линейного ускорителя заряженных частиц. Управляющий электрон необходим для регулирования плотности потока электронов, испускаемых пушкой, и его действие сравнимо с работой управляющей сетки в радиолампе.

Оптическая схема прибора (рис.1) состоит из четырех электромагнитных линз: конденсорной, объективной, промежуточной и проекционной.

Конденсорная линза (2) необходима для того, чтобы из потока электронов, созданного электронной пушкой, сформировать пучок, параллельный главной оптической оси прибора.

Сформированный конденсорной линзой поток электронов проходит через исследуемый образец и попадает в объективную линзу.

Объективная линза (3) является аналогом объектива светового микроскопа и создает первое увеличенное изображение объекта. После прохождения объективной линзы электроны попадают в промежуточную линзу.

Рис.1 Схема колонны электронного микроскопа: 1 - электронная пушка, 2 - конденсорная линза, 3 - объективная линза, 4 - промежуточная линза, 5 - проекционная линза, 6 - экран, 0 - образец.

Промежуточная линза (4) служит для дальнейшего увеличения изображения микроскопа. Изменяя ток промежуточной линзы, регулируют увеличение микроскопа. По величине этого тока рассчитывают увеличение микроскопа.

Проекционная линза (5) создает окончательное увеличенное электронное изображение объекта на экране. Ее действие сравнимо с действием окуляра светового микроскопа. Увеличение изображения определяется как произведение трех линз: объективной, промежуточной и проекционной.

Экран микроскопа (6) представляет собой металлическую пластину, покрытую слоем сернистого цинка, который флуоресцирует под воздействием падающего на него потока электронов и делает видимым изображение, сформированное в электронном микроскопе. Чем больше плотность потока, тем ярче изображение.

Под экраном располагается фотокамера, позволяющая фотографировать изображение объекта. Для этого следует удалить экран, и поток электронов попадает на фотопластинку, расположенную под ним.

Образование изображения в электронном микроскопе просвечивающего типа зависит от того, как походит поток электронов сквозь образец. Образцом для электронного микроскопа служит пластинка, толщина которой не превышает 2000…2500 Å. В зависимости от того, из какого материала состоит эта пластина (кристаллического или аморфного), образование изображения происходит по-разному. Если образец состоит из аморфного материала, изображение формируется главным образом за счет поглощения электронов материалом образца, обычно имеющего рельеф поверхности. Более толстые участки образца сильнее поглощают и рассеивают поток электронов, за счет чего на экране возникает система из светлых и темных участков, которые и формируют изображение. Если образцом служит пластинка из кристаллического материала, процессом, определяющим появление на изображения, является дифракция электронов на кристаллической решетке. Наблюдение дефектов кристаллического строения обусловлено тем, что вблизи них кристаллическая решетка искажена, поэтому условия дифракции нарушаются, и поток электронов, проходящих вблизи дефекта, отклоняется и не попадает на экран прибора.

Потоки электронов в газах претерпевают значительное рассеивание. Для того, чтобы это явление не влияло на качество изображения, в электронных микроскопах создают вакуум, который делает длину свободного пробега электрона (расстояние между двумя столкновениями) сравнимой с путём, проходимым электроном в микроскопе, чем и достигается хорошее качество изображения.

Поиск по сайту: