כיצד מיקרוסקופ אלקטרונים מגדיל עצמים
מיקרוסקופ אלקטרונים הוא מכשיר המשתמש בקרני אלקטרונים ועדשות אלקטרונים במקום בקרני אור ועדשות אופטיות כדי לצלם את המבנים העדינים של חומרים בהגדלות גבוהות מאוד המבוסס על עקרון אופטיקה אלקטרונים.
כוח הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרונים מיוצג על ידי המרחק המינימלי בין שתי נקודות סמוכות שהוא יכול לפתור. בשנות ה-1970, למיקרוסקופי אלקטרונים תמסורת הייתה רזולוציה של כ-0.3 ננומטר (כוח הרזולוציה של העין האנושית הוא בערך 0.1 מילימטר). כעת ההגדלה המקסימלית של מיקרוסקופ האלקטרונים עולה על פי 3 מיליון, בעוד שההגדלה המקסימלית של המיקרוסקופ האופטי היא בערך פי 2000, כך שניתן לראות ישירות דרך מיקרוסקופ האלקטרונים את האטומים של כמה מתכות כבדות ואת הסריגים האטומיים המסודרים בקפידה בקריסטל. .
בשנת 1931, קנור-ברמסה ורוסקה מגרמניה חיברו מחדש אוסילוסקופ במתח גבוה עם מקור אלקטרוני לפריקת קתודה קרה ושלוש עדשות אלקטרונים, והשיגו תמונה שהוגדלה פי יותר מעשר, מה שאישר את האפשרות להדמיה מוגדלת במיקרוסקופ אלקטרוני. בשנת 1932, לאחר השיפור של רוסקה, הגיע כוח הרזולוציה של מיקרוסקופ האלקטרונים ל-50 ננומטר, בערך פי עשרה מעוצמת הרזולוציה של המיקרוסקופ האופטי באותה תקופה, כך שמיקרוסקופ האלקטרונים החל לקבל את תשומת הלב של אנשים.
בשנות ה-1940, היל בארצות הברית השתמשה באסטיגמציה כדי לפצות על א-סימטריה הסיבובית של עדשת האלקטרונים, מה שעשה פריצת דרך חדשה בכוח הפתרון של מיקרוסקופ האלקטרונים והגיע בהדרגה לרמה המודרנית. בסין פותח בהצלחה בשנת 1958 מיקרוסקופ אלקטרוני תמסורת ברזולוציה של 3 ננומטר ובשנת 1979 יוצר מיקרוסקופ אלקטרונים גדול ברזולוציה של 0.3 ננומטר.
למרות שכוח הרזולוציה של מיקרוסקופ האלקטרונים טוב בהרבה מזה של המיקרוסקופ האופטי, קשה לצפות באורגניזמים חיים מכיוון שמיקרוסקופ האלקטרונים צריך לעבוד בתנאי ואקום, וההקרנה של קרן האלקטרונים תגרום גם לדגימות הביולוגיות להיפגע מקרינה. נושאים אחרים, כמו שיפור הבהירות של רובה האלקטרונים ואיכות עדשת האלקטרונים, צריכות להיבדק גם הן.
כוח רזולוציה הוא אינדיקטור חשוב של מיקרוסקופ אלקטרונים, הקשור לזווית החרוט הנכנסת ולאורך הגל של קרן האלקטרונים העוברת דרך המדגם. אורך הגל של האור הנראה הוא בערך {{0}} ננומטר, בעוד שאורך הגל של קרני האלקטרונים קשור למתח המאיץ. כאשר מתח האצה הוא 50-100 קילו וולט, אורך הגל של אלומת האלקטרונים הוא בערך 0.0053-0.0037 ננומטר. מכיוון שאורך הגל של קרן האלקטרונים קטן בהרבה מאורך הגל של האור הנראה, גם אם זווית החרוט של קרן האלקטרונים היא רק 1 אחוז מזו של המיקרוסקופ האופטי, עוצמת הרזולוציה של מיקרוסקופ האלקטרונים עדיין גבוהה בהרבה מזה. של המיקרוסקופ האופטי.
מיקרוסקופ אלקטרוני מורכב משלושה חלקים: קנה עדשה, מערכת ואקום וארון אספקת חשמל. קנה העדשה כולל בעיקר רובי אלקטרונים, עדשות אלקטרונים, מחזיקי דגימות, מסכי פלורסנט ומנגנוני מצלמה. רכיבים אלה מורכבים בדרך כלל לעמוד מלמעלה למטה; מערכת הוואקום מורכבת ממשאבות ואקום מכניות, משאבות דיפוזיה ושסתומי ואקום. צינור הגז מחובר לחבית העדשה; ארון החשמל מורכב מחולל מתח גבוה, מייצב זרם עירור ויחידות בקרת התאמה שונות.
עדשת האלקטרונים היא החלק החשוב ביותר בחבית עדשת מיקרוסקופ האלקטרונים. הוא משתמש בשדה חשמלי בחלל או בשדה מגנטי סימטרי לציר של קנה העדשה כדי לכופף את מסלול האלקטרונים לציר כדי ליצור מיקוד. תפקידו דומה לזה של עדשת זכוכית קמורה למקד את הקרן, ולכן הוא נקרא אלקטרון. עֲדָשָׁה. רוב מיקרוסקופי האלקטרונים המודרניים משתמשים בעדשות אלקטרומגנטיות, הממקדות אלקטרונים דרך שדה מגנטי חזק שנוצר על ידי זרם עירור DC יציב מאוד העובר דרך סליל עם נעלי קוטב.
אקדח האלקטרונים הוא רכיב המורכב מקתודה חמה חוט טונגסטן, רשת וקתודה. הוא יכול לפלוט וליצור אלומת אלקטרונים במהירות אחידה, ולכן יציבות המתח המאיץ נדרשת להיות לא פחות מעשרת אלפים אחת.
ניתן לחלק את מיקרוסקופי האלקטרונים למיקרוסקופי אלקטרונים תמסורת, מיקרוסקופים אלקטרוניים סורקים, מיקרוסקופים אלקטרוניים השתקפות ומיקרוסקופים אלקטרונים פליטה לפי המבנים והשימושים שלהם. לעתים קרובות נעשה שימוש במיקרוסקופי אלקטרונים להעברה כדי להתבונן במבני החומר העדינים שאינם ניתנים לפתרון על ידי מיקרוסקופים רגילים; מיקרוסקופים סורקים של אלקטרונים משמשים בעיקר לצפייה במורפולוגיה של משטחים מוצקים, וניתן לשלבם גם עם מדי דיפרקטומטרים של קרני רנטגן או ספקטרומטרים של אנרגיית אלקטרונים ליצירת מיקרופרובים אלקטרוניים לניתוח הרכב החומר; מיקרוסקופ אלקטרונים פליטת לחקר משטחי אלקטרונים פולטים עצמיים.
מיקרוסקופ אלקטרוני ההולכה נקרא על שם קרן האלקטרונים חודרת לדגימה ולאחר מכן מגדילה את התמונה עם עדשת האלקטרון. הנתיב האופטי שלו דומה לזה של מיקרוסקופ אופטי. בסוג זה של מיקרוסקופ אלקטרונים, הניגוד בפרטי התמונה נוצר על ידי פיזור קרן האלקטרונים על ידי האטומים של הדגימה. בחלק הדק יותר או בצפיפות נמוכה יותר של המדגם יש פחות פיזור אלומת אלקטרונים, כך שיותר אלקטרונים עוברים דרך הסרעפת האובייקטיבית ומשתתפים בהדמיה, ונראים בהירים יותר בתמונה. לעומת זאת, חלקים עבים או צפופים יותר של המדגם נראים כהים יותר בתמונה. אם הדגימה עבה מדי או צפופה מדי, הניגודיות של התמונה תתדרדר, או אפילו תיפגע או תיהרס על ידי קליטת האנרגיה של אלומת האלקטרונים.
החלק העליון של קנה העדשה של מיקרוסקופ האלקטרונים הוא אקדח אלקטרונים. האלקטרונים נפלטים על ידי הקתודה החמה של טונגסטן, ואלומות האלקטרונים ממוקדות על ידי המעבים הראשון והשני. לאחר המעבר דרך המדגם, קרן האלקטרונים מצולם על המראה האמצעית על ידי עדשת האובייקט, ולאחר מכן מוגדלת שלב אחר שלב דרך מראה הביניים ומראת ההקרנה, ולאחר מכן מצטלמת על מסך הפלורסנט או הצלחת הפוטוקוהרנטית.
הגדלה של מראת הביניים ניתנת לשינוי רציף מעשרות מונים למאות אלפי פעמים בעיקר באמצעות התאמת זרם העירור; על ידי שינוי אורך המוקד של מראה הביניים, ניתן לקבל תמונות מיקרוסקופיות אלקטרוניות ותמונות עקיפות אלקטרונים על החלקים הזעירים של אותה דגימה. על מנת לחקור דגימות פרוסות מתכת עבות יותר, מעבדת האלקטרון האופטיקה של דולוס הצרפתית פיתחה מיקרוסקופ אלקטרונים במתח גבוה במיוחד עם מתח מאיץ של 3500 קילו וולט. תרשים סכמטי של מבנה מיקרוסקופ אלקטרוני סורק
אלומת האלקטרונים של מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק אינה עוברת דרך המדגם, אלא רק סורקת ומעוררת אלקטרונים משניים על פני הדגימה. גביש הנצנץ הממוקם ליד הדגימה קולט אלקטרונים משניים אלו, מגביר ומווסת את עוצמת אלומת האלקטרונים של צינור התמונה, ובכך משנה את הבהירות על מסך צינור התמונה. סליל ההטיה של צינור התמונה שומר על סריקה סינכרונית עם קרן האלקטרונים על פני הדגימה, כך שהמסך הפלורסנט של צינור התמונה מציג את התמונה הטופוגרפית של משטח הדגימה, הדומה לעקרון העבודה של טלוויזיה תעשייתית .
הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק נקבעת בעיקר על ידי קוטר קרן האלקטרונים על פני הדגימה. ההגדלה היא היחס בין משרעת הסריקה בצינור התמונה לבין משרעת הסריקה בדגימה, אותה ניתן לשנות ברציפות מעשרות מונים למאות אלפי פעמים. מיקרוסקופ אלקטרוני סריקת אינו דורש דגימות דקות מאוד; לתמונה יש אפקט תלת מימדי חזק; הוא יכול להשתמש במידע כגון אלקטרונים משניים, אלקטרונים נספגים וקרני רנטגן שנוצרות על ידי האינטראקציה בין אלומות אלקטרונים וחומרים כדי לנתח את הרכב החומרים.
אקדח האלקטרונים ועדשת המעבה של מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק זהים בערך לאלו של מיקרוסקופ האלקטרונים ההולכה, אך על מנת להפוך את קרן האלקטרונים לדקה יותר, מוסיפים עדשת אובייקטיבית ואסטיגמציה מתחת לעדשת המעבה, ושתי סטים של קרני סריקה מאונכות הדדית מותקנות בתוך עדשת המטרה. סליל. תא הדגימה מתחת לעדשת האובייקטיבית מצויד בבמת דגימה שיכולה לנוע, להסתובב ולהטות.
