مزايا المجهر الإلكتروني والمجهر الضوئي
المجهر الإلكتروني هو أداة تعتمد على مبادئ البصريات الإلكترونية، والتي تستخدم أشعة وعدسات إلكترونية بدلاً من أشعة الضوء والعدسات الضوئية لتصوير الهياكل الدقيقة للمادة بتكبير عالٍ جدًا.
يتم تمثيل قدرة المجهر الإلكتروني على التحليل من خلال المسافة الصغيرة بين نقطتين متجاورتين يمكن تمييزهما. في سبعينيات القرن العشرين، كانت دقة المجهر الإلكتروني النافذ تبلغ حوالي 0.3 نانومتر (كانت دقة العين البشرية حوالي 0.1 ملليمتر). في الوقت الحاضر، تتمتع المجاهر الإلكترونية بقدرة تكبير تزيد عن 3 ملايين مرة، بينما تتمتع المجاهر الضوئية بقدرة تكبير تبلغ حوالي 2000 مرة. ولذلك، يمكن للمجاهر الإلكترونية أن تراقب بشكل مباشر الشبكة الذرية المرتبة بدقة لبعض ذرات وبلورات المعادن الثقيلة.
على الرغم من أن المجاهر الإلكترونية تتمتع بدقة أفضل بكثير من المجاهر الضوئية، إلا أنه من الصعب مراقبة الكائنات الحية بسبب حاجتها إلى العمل تحت ظروف الفراغ، ويمكن أن يتسبب تشعيع شعاع الإلكترون أيضًا في تلف إشعاعي للعينات البيولوجية. وهناك قضايا أخرى، مثل تحسين سطوع المدفع الإلكتروني وجودة العدسة الإلكترونية، تحتاج أيضًا إلى مزيد من الدراسة.
يعد الاستبانة مؤشرًا مهمًا للمجهر الإلكتروني، وهو يرتبط بالزاوية المخروطية والطول الموجي لشعاع الإلكترون الذي يمر عبر العينة. يبلغ الطول الموجي للضوء المرئي حوالي {{0}} نانومتر، بينما يرتبط الطول الموجي لشعاع الإلكترون بجهد التسارع. عندما يكون جهد التسارع 50-100 كيلو فولت، يكون الطول الموجي لشعاع الإلكترون حوالي 0.0053-0.0037 نانومتر. نظرًا لأن الطول الموجي لشعاع الإلكترون أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء المرئي، فحتى لو كانت الزاوية المخروطية لشعاع الإلكترون تساوي 1 بالمائة فقط من زاوية المجهر الضوئي، فإن دقة المجهر الإلكتروني لا تزال كبيرة أفضل من المجهر الضوئي .
يتكون المجهر الإلكتروني من ثلاثة أجزاء: أنبوب مرآة، ونظام فراغ، وخزانة الطاقة. يتكون برميل العدسة بشكل أساسي من البنادق الإلكترونية، والعدسات الإلكترونية، ورفوف العينات، وشاشات الفلورسنت، وآليات الكاميرا، والتي يتم تجميعها عادةً في عمود من الأعلى إلى الأسفل؛ يتكون نظام التفريغ من مضخات التفريغ الميكانيكية، ومضخات الانتشار، وصمامات التفريغ، ويتم توصيله بأنبوب المرآة من خلال خط أنابيب لاستخراج الهواء؛ تتكون خزانة الطاقة من مولد الجهد العالي، ومثبت تيار الإثارة، ووحدات التنظيم والتحكم المختلفة.
تعد العدسة الإلكترونية مكونًا مهمًا في أنبوب المجهر الإلكتروني. ويستخدم مجالًا كهربائيًا أو مغناطيسيًا مكانيًا متناظرًا مع محور الأنبوب لثني مسار الإلكترون نحو المحور، وتشكيل التركيز. وظيفتها تشبه وظيفة العدسة المحدبة الزجاجية في تركيز شعاع الضوء، لذلك تسمى عدسة الإلكترون. تستخدم معظم المجاهر الإلكترونية الحديثة العدسات الكهرومغناطيسية، التي تركز الإلكترونات من خلال مجال مغناطيسي قوي يتولد عن تيار إثارة مستمر مستمر يمر عبر ملف مزود بأحذية عمود.
مسدس الإلكترون هو مكون يتكون من كاثود ساخن من سلك التنغستن، وبوابة، وكاثود. يمكنها أن تبعث وتشكل حزم إلكترونية بسرعة موحدة، لذلك يجب ألا يقل استقرار جهد التسارع عن جزء من الألف.
لا يمر شعاع الإلكترون الخاص بالمجهر الإلكتروني الماسح عبر العينة ويقوم فقط بمسح وإثارة الإلكترونات الثانوية الموجودة على سطح العينة. تستقبل بلورة التلألؤ الموضوعة بجانب العينة هذه الإلكترونات الثانوية وتقوم بتعديل شدة شعاع الإلكترون لأنبوب الصورة بعد التضخيم، وبالتالي تغيير سطوع شاشة الفلورسنت لأنبوب الصورة. تتم مزامنة ملف الانحراف لأنبوب الصورة مع شعاع الإلكترون على سطح العينة للمسح الضوئي، بحيث تعرض شاشة الفلورسنت لأنبوب الصورة الصورة المورفولوجية لسطح العينة، والتي تشبه مبدأ عمل التلفزيون الصناعي.
تعتمد دقة المجهر الإلكتروني الماسح بشكل أساسي على قطر شعاع الإلكترون على سطح العينة. التكبير هو نسبة سعة المسح على أنبوب التصوير إلى سعة المسح على العينة، والتي يمكن أن تتغير باستمرار من عشرات المرات إلى مئات الآلاف من المرات. لا يتطلب المجهر الإلكتروني الماسح عينات رقيقة جدًا؛ تتمتع الصور بإحساس قوي بالتنظير المجسم؛ يمكنه تحليل تركيبة المواد باستخدام معلومات مثل الإلكترونات الثانوية والإلكترونات الممتصة والأشعة السينية الناتجة عن التفاعل بين حزم الإلكترون والمواد.
المسدس الإلكتروني والمكثف في المجهر الإلكتروني الماسح هما تقريبًا نفس المدفع الإلكتروني في المجهر الإلكتروني النافذ، ولكن من أجل جعل شعاع الإلكترون أكثر دقة، يتم إضافة عدسة موضوعية ومبهم تحت المكثف، ومجموعتين من العدسات المتعامدة بشكل متبادل. يتم أيضًا تثبيت ملفات المسح داخل العدسة الشيئية. تم تجهيز غرفة العينة الموجودة أسفل العدسة الموضوعية بمرحلة عينة يمكن تحريكها وتدويرها وإمالتها.
