Глава 13. От теории аббе до новых достижений в

МИКРОСКОПИИ И ДРУГИХ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

§ 13.1. История создания электронного микроскопа

Свои исследования в области улучшения конструкции микроскопов Аббе опубликовал в 1873 году. Прежде всего Аббе показал, какую роль в образовании микроскопического изображения играют объектив и окуляр этого оптического инструмента. Далее Аббе дал классификацию аберраций, искажающих изображение при наблюдении через микроскоп. Однако самой большой заслугой Аббе было установление тех пределов, которые ставит перед конструкторами оптических систем волновая природа света.

В своей теории Аббе указал границы разрешающей способности оптических микроскопов. Он установил, что разрешение (минимальное расстояние, на котором находятся две точки, демонстрируемые микроскопом раздельно) определяется выражением:

R= ,

где R – минимальное расстояние между двумя разрешаемыми точками объекта; λ – длина волны света; n - показатель преломления среды между образцом и объективом; α - апертурный угол. Эта формула высечена на памятнике Аббе в Германии.

Приведенная формула показывает путь повышения разрешающей способности микроскопа. Одним из таких путей является уменьшение длины волны, следовательно, можно использовать не фотоны, а, например, электроны, длина волны которых намного меньше световых. Электронные микроскопы — результат воплощения этой идеи.

В основе теории электронной микроскопии лежат работы выдающихся физиков конца XIX — начала XX веков. И прежде всего таких, как лауреаты Нобелевской премии Джозеф Томсон (1856 - 1940), открывший в 1898 году электрон, Эрнест Резерфорд (1871 - 1937), создатель планетарной модели атома, и Луи де Бройль (1892 - 1987), установивший в начале 1920-х годов волновую природу электронного пучка.

История электронной микроскопии началась с теоретических работ немецкого физика Ганса Буша о влиянии электромагнитного поля на траекторию заряженных частиц. В 1926 году он доказал, что такие поля могут быть использованы в качестве электромагнитных линз, установив таким образом основополагающие принципы геометрической электронной оптики. В ответ на это открытие возникла идея электронного микроскопа. Две команды — Макс Кнолл и Эрнст Руска (1906 - 1988) из Берлинского технического университета и Эрнст Бруш из лаборатории EAG, попробовали реализовать эту идею на практике. И в 1932 году Кнолл и Руска создали первый просвечивающий электронный микроскоп. Таким образом, просвечивающий электронный микроскоп во многом подобен световому микроскопу, но только для освещения образцов в нем используется не свет, а пучок электронов. В 1986 году половину Нобелевской премии получил немецкий физик Эрнст Руска «За работу над электронным микроскопом», а вторую половину премии разделили немецкий физик Герд Биннинг и швейцарский физик Генрих Рорер «За изобретение сканирующего туннельного микроскопа».

В России (в Советском Союзе) теоретические работы по электронной микроскопии проводились в нескольких исследовательских институтах и заводских лабораториях. В 1930-е годы проблему дифракции электронов изучал в Государственном оптическом институте (ГОИ) в Ленинграде А.А. Лебедев, впоследствии академик АН СССР. В 1935 году к нему пришел молодой сотрудник — инженер В.Н. Верцнер. Он и явился непосредственным разработчиком первого отечественного электронного микроскопа.

Существовала, между прочим, определенная конкуренция с московскими институтами за право разработки микроскопа нового типа, но предпочтение было отдано ГОИ. Курировало и финансировало эти работы Министерство оборонной промышленности. Уже к концу 1940 года была завершена постройка макета первого отечественного принципиально нового электронного микроскопа с электромагнитной оптикой и увеличением до 10 000 крат. Работа над ним не прекращалась даже в тяжелейшие годы войны и блокады, что позволило уже в 1942 — 1943 годах построить вторую, более совершенную, модель электронного микроскопа с увеличением 25 000 крат. Труды разработчиков были по заслугам оценены правительством: в 1947 году А.А. Лебедеву (1893 - 1969), В.Н. Верцнеру (1909 - 1980) и Н.Г. Зандину была присуждена Сталинская премия.

В дальнейшем работа над созданием промышленных отечественных микроскопов была поручена Красногорскому оптикомеханическому заводу, Сумскому заводу электронных микроскопов (Украина), а также заводу в Выборге.

Увы, в последующие мирные, а тем более нынешние рыночные времена деятельность по разработке и созданию новых электронных микроскопов у нас в стране захирела и тихо сошла на нет. Российские заводы не выдержали конкуренции с мощными японскими, немецкими, голландскими и даже чешскими фирмами, поставляющими на рынок совершенные приборы, стоимость которых исчисляется сотнями тысяч долларов.