 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Электронная микроскопия
В электронных микроскопах для получения увеличенного изображения используется электронный луч, который имеет в тысячи раз меньшую длину волны, чем видимый свет. Поэтому большая разрешающая способность электронной оптики позволяет получать увеличения от 1000 до 1000000 раз. Именно на основе использования электронной оптики создан ряд конструкций электронных микроскопов – просвечивающих, растровых, эмиссионных и других.
В просвечивающих электронных микроскопах исследуют структуру тончайших металлических образцов (фольг), толщина которых менее 0.1 мкм. Только такие тонкие образцы прозрачны для электронов, которые, проходя через образец, могут быть сфокусированы с помощью специальных электромагнитных линз и, попадая на светящийся экран, дают изображение.
Типичный просвечивающий электронный микроскоп состоит из осветительной системы, расположенной в колонне, в которой специальными насосами создается высокий вакуум (10-2 – 10-3 Па). Осветительная система микроскопа состоит из так называемой «электронной пушки», в которую входит катод в виде сильно нагретой вольфрамовой спирали, эмитирующей свободные электроны и анод в виде пластинки с центральным отверстием (рис. 3, позиция – И). Между катодом и анодом создается мощное электрическое поле (100-200 кВ), увеличивающее энергию движущихся электронов. Соответственно этому, большая энергия поля приводит к уменьшению длины волны излучения до величины 0.0006-0.0012 нм. Таким образом, ускоренный полем пучок электронов направляется в фокусирующее электромагнитное устройство - конденсор (рис. 3, поз.1). Конденсор, как и все последующие электромагнитные линзы, представляет собой катушку с большим количеством проводников, заключенных в железный панцирь. Внутри катушек установлены полюсные наконечники специальной формы, в зазоре между которыми создается магнитное поле высокой напряженности.
Фокусирующее действие электромагнитных линз основано на взаимодействии электронов с магнитным полем (в детстве вы несомненно пробовали отклонять магнитом пучок электронов у экрана телевизора).
Рисунок 3. Внешний вид (а) и оптическая схема (б) электронного просвечивающего микроскопа типа УЭМВ-100К
Сфокусированный конденсором, электронный луч попадает на объект (фольгу) – (рис. 3, поз. 2) проходит через него и направляется в объективную электромагнитную линзу (поз. 3). Объективная линза формирует увеличенное промежуточное изображение структуры образца (поз. 4). Далее это изображение перебрасывается в проекционную линзу (поз. 5), а та формирует окончательное изображение на светящемся экране (поз. 6).
Увеличение, достигаемое в электронном микроскопе, определяется произведением увеличений электромагнитных линз, участвующих в создании изображения. Изменяя токи в электромагнитных линзах, наблюдатель изменяет напряженность поля между полюсными наконечниками линз и, тем самым, регулирует увеличение микроскопа.
Просвечивающие микроскопы в настоящее время широко используются для анализа тонкой структуры металлических материалов: для изучения дефектов кристаллической решетки, твердых растворов; карбидных фаз и т.п.
В растровых электронных микроскопах (РЭМ) изучается структура сравнительно массивных образцов (до 1 см3), анализируемая поверхность которых в высоком вакууме облучается тонким пучком электронов (5-10 нм). Электроны, рассеянные или отраженные рельефом образца, регистрируются специальным счетчиком квантов, а полученная от него информация, обрабатывается электронными блоками и передается на экран монитора. Внешний вид растрового микроскопа и его оптическая схема приведены на рис. 4.
Рисунок 4. Внешний вид (а) и оптическая схема (б) растрового электронного микроскопа РЭМН-2
Рассмотрим принципиальную оптическую схему одного из типов растрового микроскопа (рис. 4, б). Здесь электроны, образовавшиеся вокруг разогретой вольфрамовой спирали – 1 и ускоренные мощным электрическим полем между катодом – 1 и анодом – 2, направляются через отверстие в анодной пластине в две последовательные электромагнитные линзы конденсоры – 3. Конденсоры сжимают пучок электронов и направляет его в объективную линзу – 4, где он преобразуется в тончайший «зонд» толщиной 10-15 нм. Кроме того, в объективной линзе микроскопа находится система специальных отклоняющих катушек – 5, благодаря действию которых, зонд сканирует поверхность исследуемого образца – 6, а рассеянное излучение от его поверхности непрерывно регистрируется счетчиком квантов – 7, связанного с блоком обработки информации – 8.
Информация с блока – 8 непрерывно поступает на монитор – 9, где и создается изображение структуры в рассеянных или отраженных электронах.
Увеличение растрового микроскопа определяется отношением площади сканированного участка на образце к площади экрана монитора – 9, обычно составляет величину от 20 до 10000 раз. Растровые микроскопы широко используются для исследования структуры изломов и различных дефектов строения металлических заготовок и изделий (электроника).
Поиск по сайту: