Електронний мікроскоп

Електронний мікроскоп — прилад для отримання збільшеного зображення мікроскопічних предметів, в якому використовуються пучки електронів. Електронні мікроскопи мають більшу роздільну здатність порівняно з оптичними мікроскопами, окрім того вони можуть застосовуватися також для отримання додаткової інформації щодо матеріалу й структури об'єкта.

Трансмісійний електронний мікроскоп

Перший електронний мікроскоп був збудований в 1931 році німецькими інженерами Ернстом Рускою і Максом Кнолем. Ернст Руска отримав за це відкриття Нобелівську премію з фізики в 1986 році. Він розділив її з винахідниками тунельного мікроскопу, оскільки Нобелівський комітет відчував, що винахідників електронного мікроскопу несправедливо забули.

Принцип дії

В електронному мікроскопі для отримання зображення використовуються фокусовані пучки електронів, якими бомбардується поверхня досліджуваного об'єкта. Зображення можна спостерігати різними способами — в променях, які пройшли через об'єкт, у відбитих променях, реєструючи вторинні електрони або рентгенівське випромінювання. Фокусування пучка електронів відбувається за допомогою спеціальних електронних лінз.

Електронні мікроскопи можуть збільшувати зображення у 2 млн. разів. Висока роздільна здатність електронних мікроскопів досягається за рахунок малої довжини хвилі електрона. В той час, як довжина хвилі видимого світла лежить в діапазоні від 400 до 800 нм, довжина хвилі електрона, прискореного у потенціалі 150 В, складає 0,1 нм. Таким чином, в електронні мікроскопи можна теоретично розглядати об'єкти розміром з атом, хоча практично здійснити це важко.

Будова

Схематична будова електронного мікроскопа:
1. стійка
2. джерело електронів
3. електрони
4. катод
5. анод
6. оптична лінза
7. зразок
8. дифракційний об'єктив
9. проекційний об'єктив
10. детектор

Будову електронного мікроскопа можна розглянути на прикладі приладу, який працює на пропускання. Монохроматичний пучок електронів формується в електронній гарматі. Його характеристики покращуються конденсорною системою, яка складається з конденсорної діафрагми і електронних лінз. В залежності від типу лінз, магнітних чи електростатичних, розрізнять магнітні й електростатичні мікроскопи. Надалі пучок потрапляє на предмет, розсіюючись на ньому. Розсіяний пучок проходить через апертуру і потрапляє в об'єктивну лінзу, яка призначена для розтягування зображення. Розтягнутий пучок електронів викликає світіння люмінофора на екрані. В сучасних мікроскопах використовуються кілька ступенів збільшення.

Апертурна діафрагма об'єктива електронного мікроскопа дуже мала, складає соті долі міліметра.

Якщо пучок електронів від об'єкта потраплає безпосередньо на екран, то об'єкт виглядатиме на ньому темним, а навколо утворюватиметься світлий фон. Таке зображення називається світлопольним. Якщо ж в апертуру об'єктивної лінзи потрапляє не основий пучок, а розсіяний, то утворюється темнопольне зображення. Темнопольне зображення контрастніше, ніж світлопольне, але роздільна здатність у нього менша.

Типи електронних мікроскопів

Існує багато різних типів і конструкцій електронних мікроскопів. Основними серед них є: 1.Просвічуюючий електронний мікроскоп — прилад, в якому електронний пучок просвічує предмет наскрізь.
2.Скануючий електронний мікроскоп використовує для дослідження поверхні об'єкта, вибиті електронним пучком вторинні електрони.
3.Скануючий просвічуюючий електронний мікроскоп дозволяє вивчати окремі ділянки об'єкта.
4.Рефлекторний електронний мікроскоп використовує пружно-розсіяні електрони.

Електронний мікроскоп можна, також, спорядити системою детектування рентгенівських променів, які випромінюють сильно збуджені, при зіткненні з високоенергетичними електоронами, атоми речовини. При вибиванні електрона з внутрішній електронних оболонок, утворюється характеристичне рентгенівське випромінювання, досліджуючи яке можна встановити хімічний склад матеріалу.

Вивчення спектру непружно-розсіяних електронів дозволяє отримувати інформацію про характерні електронні збудження в матеріалі досліджуваного предмету.

Застосування

Електронні мікроскопи широко використовуються в фізиці, матеріалознавстві, біології.

Джерела

• Білий М.У. (1973). Атомна фізика. Київ: Вища школа.