3.5. Электронные микроскопы.

Электронный микроскоп имеет такое же назначение, как и его оптический аналог: он служит для получения увеличенных изображений предметов, невидимых вооруженным глазом. Причина того, что современный электронный микроскоп превосходит оптический, связана с различием в длине волны электронных и световых лучей.

В отсутствии иммерсии минимальное разрешаемое оптическим микроскопом расстояние между самосветящимися точками объекта (разрешающая способность микроскопа) определяется по формуле:

, (3.5)

где /2-апертурный угол (рис. 6.5).

Если в микроскоп рассматриваются освещенные, а не самосветящиеся объекты, т.е. отдельные точки объекта, рассеивают падающие на них волны, исходящие из одной и той же точки источника, и, следовательно, свет, идущий из разных точек объекта, оказывается когерентным, то формула (3.5) принимает вид:

. (4.5)

Рис.6.5. Апертурный угол.

Сопоставление формул (3.5) с (4.5) показывает, что различие несущественно. У современных оптических микроскопов sin(/2) доходит до 0,95, так что возможно разрешение деталей имеющих размер порядка длины волны света.

Для электронных лучей длина волны де-Бройля определяется из равенства:

, (5.5)

где U-разность потенциалов, пройденная электронами, формирующими изображение. Величина U в этой формуле выражена в вольтах, а _е в ангстремах. Если принять что ускоряющее напряжение U=100 кВ (обычное напряжение в современном электронном микроскопе), то _е=0,04 . Это согласно формулам (4.5 и 5.5) означает, что электронный микроскоп может обладать в 10⁵ раз лучшей разрешающей способностью, чем оптический. Однако в действительности из-за

ограничений (аберраций), обусловленных конструкцией электромагнитных линз и методиками приготовления образцов в повседневной работе на хорошем

электронном микроскопе может быть достигнуто разрешение около 10 .

Для полного использования разрешающей способности необходимо обеспечить большое увеличение. Однако даже при увеличениях (1000-2000) высокое разрешение электронного микроскопа дает возможность получать гораздо более четкие изображения, чем с помощью оптического микроскопа. Современные электронные микроскопы не только обладают огромным диапазоном увеличений  (200 -500000), но и позволяют изучать образец с помощью методов электронной дифракции и темного поля, что дает существенную дополнительную информацию. В настоящее время электронная микроскопия является совершенно не заменимым методом в тех случаях, когда требуется проводить детальные исследования тонкой структуры вещества.

Теория и конструкции современных электронных микроскопов достаточно полно описаны в специальной литературе. В настоящем разделе представлено только в общих чертах, что такое электронный микроскоп, что с его помощью можно и чего нельзя сделать, а также в чем заключается электронно микроскопическое исследование тонкой структуры вещества.