34. Устройство электронной пушки (из 33 взять начало)

При включении накала катода происходит его разогрев, который приводит к эмиссии электронов. Под воздействием высокого напряжения приложенного между Венельтом и дном анодной камеры электроны устремляются вниз к конденсорным линзам. Проходя через Венельт электроны встречают отрицательное напряжение смещения, вследствие которого электронный пучок собирается в некоторой точке между анодом и Венельтом - кроссовером.

35. Типы катодов применяемых в электронных микроскопах

36. Сферическая аберрация

Появление сферической аберрации вызвано тем, что лучи вышедшие под разными апертурными углами из точки О на оптической оси линзы фокусируются в различных местах О' и О'' вдоль оптической оси, то есть они не собираются в одну точку как это должно было в идеальной линзе изображенной на рисунке. Следовательно, в реальной линзе изображение точки O будет представлено в виде диска рассеяния минимальным диаметром d_min , что ограничивает разрешающую способность микроскопа.

При небольших апертурных углах b справедливо следующее выражение для минимального радиуса диска рассеяния, вызванного сферической аберрацией:

r_min = С₁b ³

Здесь С₁ – коэффициент сферической аберрации, являющийся характеристикой электронной линзы. Он имеет размерность длины. В большинстве современных микроскопов его величина составляет примерно 3 мм, тогда как в лучших линзах используемых в микроскопах высокого разрешения она может достигать значения 1 мм.

37. Хроматическая аберрация

Хроматическая аберрация в линзах используемых в электронной микроскопии имеет ту же природу, что и в оптических микроскопах. В ее основе лежит зависимость фокусного расстояния линзы от длины волны падающих лучей. Кроме этого при прохождении электронного пучка через исследуемый образец происходят потери энергии электронов, что приводит к размытию их энергетического спектра. Очевидно, что электроны, имеющие меньшую энергию, будут фокусироваться ближе к линзе, тогда как более быстрые электроны будут фокусироваться дальше вдоль оптической оси.

При наличии хроматической аберрации изображение точки О формируется в виде диска, наименьший радиус которого дается следующим выражением:

r_min = С₂bDЕ/Е_о

где: С₂ – коэффициент хроматической аберрации равный примерно фокусному расстоянию, b - апертурный угол, DЕ – потери энергии электронов при прохождении через объект исследования (тонкую фольгу), Е_о - первоначальная энергия электронов испускаемых электронной пушкой.

Величина DЕ для электронов испускаемых электронной пушкой обычно не превышает 1 электронвольт и достигает значения 15-25 эВ для электронов прошедших через типичную тонкую фольгу толщиной 50-100 нм.

38. Астигматизм

Появление астигматизма обусловлено отклонением формы полюсных наконечников от формы идеального цилиндра. Другой причиной появления астигматизма является отклонение центра апертурной диафрагмы относительно оптической оси, что искажает магнитное поле линзы. В дополнение к этому, в процессе работы микроскопа поверхность диафрагм и полюсных наконечников подвергается загрязнению, что вызывает накопление на них электростатического заряда отклоняющего пучок электронов.

При наличии астигматизма электронные лучи проходящие через разные сечения линзы А₁А и В₁В фокусируются в различных точках оптической оси О' и О''. Возникающее при этом размытие изображения будет иметь следующий минимальный размер:

r_min = bDf

где Df – максимальная разница в фокусном расстоянии возникающая вследствие наличия астигматизма, b - апертурный угол.

Для устранения астигматизма в электронных микроскопах используют специальные устройства – стигматоры, небольшие электромагнитные катушки, вставляющиеся на полюсные наконечники. Их роль заключается в создании дополнительных полей компенсирующих неоднородность, вызванную астигматизмом.