היתרונות של מיקרוסקופיה אלקטרונית ומיקרוסקופיה אופטית
תת מיקרוסקופ הוא מכשיר המשתמש בקרני אלקטרונים ועדשות במקום בקרני אור ועדשות אופטיות המבוססות על עקרונות האופטיקה האלקטרונית, כדי לצלם את המבנים העדינים של החומר בהגדלות גבוהות מאוד.
הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרונים מיוצגת על ידי המרחק הקטן בין שתי נקודות סמוכות שהוא יכול להבחין בהן. בשנות ה-1970, הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרונים העברה הייתה בערך 0.3 ננומטר (רזולוציית העין האנושית הייתה בערך 0.1 מילימטר). כיום, למיקרוסקופים אלקטרונים הגדלה של למעלה מ-3 מיליון פעמים, ואילו למיקרוסקופים אופטיים הגדלה של כ-2000 פעמים. לכן, מיקרוסקופים אלקטרונים יכולים לצפות ישירות בסריג האטומי המסודר בקפידה באטומים ובגבישים של מתכות כבדות מסוימות.
ב-1931 שינו קנור ורוסקה מגרמניה אוסילוסקופ במתח גבוה עם מקור אלקטרוני לפריקת קתודה קרה ושלוש עדשות אלקטרונים, והשיגו תמונות מוגדלות ביותר מפי עשרה, ואישרו את האפשרות להדמיית הגדלה במיקרוסקופ אלקטרונים. ב-1932, עם שיפורה של רוסקה, הגיעה הרזולוציה של מיקרוסקופים אלקטרונים ל-50 ננומטר, שהייתה בערך פי עשרה מהרזולוציה של מיקרוסקופים אופטיים באותה תקופה. כתוצאה מכך החלו מיקרוסקופים אלקטרונים לקבל תשומת לב.
בשנות ה-1940, היל בארצות הברית פיצה על האסימטריה הסיבובית של עדשות אלקטרונים באמצעות אסטיגמציה, מה שהביא לפריצת דרך חדשה ברזולוציה של מיקרוסקופים אלקטרוניים והגיע בהדרגה לרמות מודרניות. בסין פותח בהצלחה מיקרוסקופ אלקטרוני תמסורת ברזולוציה של 3 ננומטר בשנת 1958. בשנת 1979 פותח גם מיקרוסקופ אלקטרונים גדול ברזולוציה של 0.3 ננומטר.
למרות שהרזולוציה של מיקרוסקופים אלקטרונים עדיפה בהרבה מזו של מיקרוסקופים אופטיים, קשה לצפות בהם באורגניזמים חיים בשל הצורך לעבוד בתנאי ואקום, והקרנת קרן אלקטרונים עלולה לגרום גם לנזק קרינה לדגימות ביולוגיות. נושאים אחרים, כמו שיפור בהירות רובי האלקטרונים ואיכות עדשות האלקטרונים, דורשים גם הם מחקר נוסף.
רזולוציה היא אינדיקטור חשוב של מיקרוסקופיה אלקטרונית, הקשורה לזווית החרוט הנכנסת ולאורך הגל של קרן האלקטרונים העוברת דרך המדגם. אורך הגל של האור הנראה הוא בערך {{0}} ננומטר, בעוד שאורך הגל של קרן האלקטרונים קשור למתח התאוצה. כאשר מתח התאוצה הוא 50-100 קילו וולט, אורך הגל של אלומת האלקטרונים הוא בערך 0.0053-0.0037 ננומטר. בשל העובדה שאורך הגל של קרן האלקטרונים קטן בהרבה מזה של האור הנראה, גם אם זווית החרוט של קרן האלקטרונים היא רק 1% מזו של מיקרוסקופ אופטי, הרזולוציה של מיקרוסקופ האלקטרונים עדיין טובה בהרבה. מזה של מיקרוסקופ אופטי.
מיקרוסקופ האלקטרונים מורכב משלושה חלקים: צינור, מערכת ואקום וארון חשמל. קנה המראה מורכב בעיקר ממרכיבים כמו אקדח אלקטרונים, עדשת אלקטרונים, מחזיק דגימה, מסך פלורסנט ומנגנון צילום, המורכבים לרוב לגליל מלמעלה למטה; מערכת הוואקום מורכבת ממשאבת ואקום מכנית, משאבת דיפוזיה ושסתום ואקום, המחוברים לצינור המראה באמצעות צינור חילוץ; ארון החשמל מורכב מגנרטור מתח גבוה, מייצב זרם עירור ויחידות ויסות ובקרה שונות.
עדשת משנה היא מרכיב חשוב בצינור של מיקרוסקופ אלקטרונים. הוא משתמש בשדה חשמלי או מגנטי מרחבי סימטרי לציר הצינור כדי לכופף את מסלול האלקטרונים לכיוון הציר, ויוצר מוקד. תפקידו דומה לזה של עדשת זכוכית קמורה למקד את קרן האור, ולכן היא נקראת עדשת אלקטרונים. רוב מיקרוסקופי האלקטרונים המודרניים משתמשים בעדשות אלקטרומגנטיות, הממקדות אלקטרונים בעלי שדה מגנטי חזק שנוצר על ידי זרם עירור DC יציב העובר דרך סליל עם נעלי קוטב.
אקדח אלקטרונים הוא רכיב המורכב מקתודה חמה חוט טונגסטן, שער וקתודה. הוא יכול לפלוט וליצור קרני אלקטרונים במהירות אחידה, ולכן היציבות של מתח התאוצה נדרשת להיות לא פחות מאלפית.
