5. Электронная микроскопия и нейтронография.

Волновые свойства микрочастиц используют для получения изображений малых объектов. Приведенная выше оценка длины волны де Бройля для быстрого электрона показывает, что с помощью потока электронов можно наблюдать дифракция (другими словами, создавать и наблюдать изображения) весьма малых объектов. Электронный микроскоп использует фокусирующие свойства магнитного поля (вопрос обсуждался при описании фокусирующей системы электронного осциллографа и электронно-оптических преобразователей), то есть включает в свое устройство магнитные и электростатические линзы. Пучок электронов, полученный с помощью разогретого катода, фокусируется и направляется на исследуемый объект, разные части которого по-разному поглощают или рассеивают электроны.

Если используется очень тонкий образец, можно получить теневое изображение, изображение «на просвет». Толстые образцы сканируются электронным пучком под некоторым углом, давая изображение в отраженном электронном пучке. Для получения изображения в электронном микроскопе используют электроны, длина волны которых значительно меньше размеров объекта, но больше размеров кристаллической решетки. В противном случае возникает помеха, связанная с дифракционными явлениями на решетке. После «контакта» с объектом пучок рассеянных электронов вновь фокусируется магнитными линзами для получения увеличенного изображения и направляется на фотопленку, либо светящийся экран.

Электронные микроскопы обладают очень высокими разрешающими способностями. Так, например, лучшие оптические микроскопы дают увеличение порядка 2000 и позволяют различать детали объекта порядка 0,25 мкм. Увеличение электронных микроскопов на несколько порядков выше (миллион и более раз). С помощью таких микроскопов можно различить детали размером 0,1 – 0,01 нм. Электронные микроскопы очень широко используют в металлургии, материаловедении, при производстве микросхем, в медицине и биологии. С их помощью удалось сделать микрофотографии вирусов и других микрообъектов.

К электронной микроскопии близко примыкает электронография. В этом методе используют дифракцию электронов на поверхностных слоях образцов. Благодаря сильному взаимодействию электронов с ядрами и другими (связанными) электронами, глубина их проникновения в вещество невелика и составляет величину порядка 10^-8 м. За счет этого удается поводить изучение именно поверхностных слоев, что бывает важно для задач не только связанных со структурой образца, но также задач трения, износа и т.п.

Для изучения различных свойств твердых тел также применяется нейтронография. В этом методе также используются волновые свойства микрочастиц (нейтронов). В зависимости от энергии нейтронов (их можно замедлять до тепловых энергий, например, пропуская через парафиновые блока), они имеют различные сечения рассеяния на ядрах и проникают на различные глубины в вещество. С помощью метода нейтронографии можно изучать внутренние дефекты и структуру слоев вещества в несколько десятков сантиметров. Поскольку нейтроны не несут электрического заряда, но обладают спином, они не чувствительны к электрическим полям, однако испытывают воздействие магнитных полей. Вследствие этого нейтронография удобна для изучения особенностей магнитных материалов.