28. Устройство электронного микроскопа. Разрешающая способность и увеличение электронного микроскопа

Электронная микроскопия – совокупность методов исследования микроструктур тел с помощью электронных микроскопов.

Электронный микроскоп – прибор для наблюдения и регистрации (фотографирования) многократно увеличенного (до 10⁶ раз) изображения объектов, в котором вместо световых лучей используются пучки электронов, ускоренных до больших энергий (50 – 100 кэВ) в условиях глубокого вакуума.

Разрешающая способность и увеличение электронного микроскопа

Согласно законам геометрической оптики для общего увеличения микроскопа М мы имеем:

где М_об – увеличение объектива, а М_пр.л – увеличение проекционной линзы. Однако геометрическая оптика, давая правильную оценку увеличения микроскопа, ничего не может сказать о самом главном в микроскопии – о наименьшем разрешаемом расстоянии δ и о полезном увеличении

Наименьшее разрешаемое расстояние дает дифракционная теория микроскопа:

, где n – показатель преломления среды, в которой находится объект (!),u – апертурный угол объектива, – апертурное число.

Пусть деталь объекта размером d увеличивается на изображении до размера D, тогда увеличение микроскопа будет равно:

Если теперь подставить в (3) вместо , где – минимальный размер объекта, разрешаемого глазом, то получится уже полезное увеличение микроскопа :

Оценим полезное увеличение светового микроскопа. Возьмем (коротковолновый край видимой части спектра), и Тогда из (4) мы получим

Полезное увеличение хорошего светового микроскопа может достигать значений 1500 – 2000. Аберрации, в принципе, могут снижать разрешающую способность светового микроскопа и, следовательно, уменьшать его полезное увеличение. Однако в современных световых микроскопах аберрации исправлены настолько хорошо, что теоретический предел (5) на практике фактически достигается. В современных просвечивающих электронных микроскопах пучок электронов имеет скорость , соответствующую ускоряющему напряжению . Этой скорости соответствует длина волны электрона, равная длине волны де Бройля:

.Из-за большой сферической аберрации электронные линзы очень несовершенны. Во избежание влияния сферической аберрации приходится применять малые апертурные углы u порядка радиан. Соответственно и апертурное число оказывается достаточно малым . В результате, наименьшее разрешаемое расстояние в электронном микроскопе оказывается равным всего лишь , а полезное увеличение = 150 – 200 тысяч. Однако это увеличение все равно существенно, а именно, на два порядка, превышает увеличение светового микроскопа.

26.Движение электрона в однородном электрическом поле. Электростатическая электронная линза

Пусть электрон, пройдя ускоряющую разность потенциалов , приобретает скорость:

где (удельный заряд электрона), и влетает в однородное электрическое поле конденсатора перпендикулярно его силовым линиям ( . ). Пусть ось . При движении электрон будет описывать дугу параболы: где (a – ускорение), ,

, Рассчитаем угол при вылете электрона из конденсатора, считая его малым:

.