4. Магнитные линзы

Кроме электростатических линз существуют и имеют практическое применение еще и магнитные линзы. Широкое применение имеют магнитные линзы, образованные неоднородным аксиально симметричным магнитным полем. Рассмотрим магнитную линзу в виде катушки индуктивности:

На рисунке: А – точка-объект, В – точка-изображение.

Тема: Электронная микроскопия

1. Устройство 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.

Рассмотрим просвечивающие световой и электронный электростатический микроскопы.

2. Разрешающая способность и увеличение электронного микроскопа

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

, (1)

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 полезном увеличении и о наименьшем разрешаемом расстоянии δ.

Наименьшее разрешаемое расстояние дает волновая оптика – дифракционная теория микроскопа, согласно которой

, (2)

где

– длина волны,

n – показатель преломления среды, в которой находится объект,

u – апертурный угол объектива (см. рисунок),

– апертурное число.

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

. (3)

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

. (4)

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

. (5)

Полезное увеличение хорошего светового микроскопа может достигать значений 1500 – 2000. В принципе, аберрации (погрешности изображения в оптической системе) 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 ( , определяющуюся ускоряющим напряжением . Этой скорости соответствует длина волны электрона, равная длине волны де Бройля :

0,0536 – 0,0370 .

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

Заметим, что, если бы не вредное влияние сферической аберрации, то полезное увеличение электронного микроскопа было бы равным 150 – 200 млн, а наименьшее разрешаемое расстояние 0, 02 – 0,05 !