مزايا المجاهر الإلكترونية مقابل المجاهر الضوئية
المجهر الإلكتروني هو أداة تستخدم الحزم الإلكترونية وعدسات الإلكترون بدلاً من أشعة الضوء والعدسات البصرية لتصوير الهياكل الدقيقة للمواد بتكبيرات عالية جدًا بناءً على مبدأ بصريات الإلكترون.
يتم تمثيل قوة حل المجهر الإلكتروني من خلال المسافة الصغيرة بين نقطتين متجاورتين يمكنه حلها. في 197 0 ، كانت دقة المجاهر الإلكترونية الناقلة حوالي 0 .3 نانومتر (قوة التحليل للعين البشرية حوالي 0.1 ملم). الآن يتجاوز الحد الأقصى لتكبير المجهر الإلكتروني 3 ملايين مرة ، بينما يبلغ الحد الأقصى للتكبير للمجهر الضوئي حوالي 2000 مرة ، لذلك يمكن ملاحظة ذرات بعض المعادن الثقيلة والشبكات الذرية المرتبة بدقة في البلورة مباشرة من خلال المجهر الإلكتروني .
في عام 1931 ، قام Knorr-Bremse و Ruska من ألمانيا بإعادة تجهيز راسم الذبذبات عالي الجهد بمصدر إلكترون لتفريغ الكاثود البارد وثلاث عدسات إلكترونية ، وحصلا على صورة مكبرة أكثر من عشر مرات ، مما أكد إمكانية التصوير المكبر بالمجهر الإلكتروني. في عام 1932 ، بعد تحسين روسكا ، وصلت قوة التحليل للميكروسكوب الإلكتروني إلى 50 نانومترًا ، أي حوالي عشرة أضعاف قوة التحليل للميكروسكوب البصري في ذلك الوقت ، لذلك بدأ المجهر الإلكتروني في جذب انتباه الناس.
في 194 0 ، استخدم هيل في الولايات المتحدة اللابؤرة لتعويض عدم تناسق الدوران لعدسة الإلكترون ، مما أدى إلى اختراق جديد في القدرة التحليلية للميكروسكوب الإلكتروني ووصل تدريجيًا إلى المستوى الحديث. في الصين ، تم تطوير مجهر إلكتروني ناقل بنجاح في عام 1958 بدقة 3 نانومتر ، وفي عام 1979 تم تصنيع مجهر إلكتروني كبير بدقة 0.3 نانومتر.
على الرغم من أن قوة تحليل المجهر الإلكتروني أعلى بكثير من تلك الموجودة في المجهر الضوئي ، إلا أنه من الصعب مراقبة الكائنات الحية لأن المجهر الإلكتروني يحتاج إلى العمل في ظل ظروف الفراغ ، كما أن تشعيع الحزم الإلكترونية سيؤدي أيضًا إلى تلف الإشعاع للعينات البيولوجية . هناك قضايا أخرى ، مثل تحسين سطوع مسدس الإلكترون وجودة عدسة الإلكترون ، تحتاج أيضًا إلى مزيد من الدراسة.
قوة الحل هي مؤشر مهم للميكروسكوب الإلكتروني ، والذي يرتبط بزاوية مخروط الحادث وطول موجة شعاع الإلكترون الذي يمر عبر العينة. يبلغ الطول الموجي للضوء المرئي حوالي {{0} نانومتر ، بينما الطول الموجي لحزم الإلكترون مرتبط بجهد التسارع. عندما يكون الجهد المتسارع 50-100 كيلو فولت ، يكون الطول الموجي لحزمة الإلكترون حوالي 0. 0053-0 .0037 نانومتر. نظرًا لأن الطول الموجي لشعاع الإلكترون أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء المرئي ، حتى لو كانت زاوية مخروط شعاع الإلكترون 1 في المائة فقط من تلك الخاصة بالمجهر الضوئي ، فإن قوة حل المجهر الإلكتروني لا تزال أعلى بكثير من ذلك من المجهر الضوئي.
يتكون المجهر الإلكتروني من ثلاثة أجزاء: أسطوانة العدسة ، ونظام فراغ ، وخزانة إمداد الطاقة. يشتمل برميل العدسة بشكل أساسي على مسدسات إلكترونية وعدسات إلكترونية وحاملات عينات وشاشات فلورية وآليات الكاميرا. عادة ما يتم تجميع هذه المكونات في عمود من أعلى إلى أسفل ؛ يتكون نظام التفريغ من مضخات تفريغ ميكانيكية ومضخات نشر وصمامات تفريغ. خط أنابيب الغاز متصل ببرميل العدسة ؛ تتكون خزانة الطاقة من مولد عالي الجهد ومثبت تيار الإثارة ووحدات تحكم ضبط متنوعة.
تعد عدسة الإلكترون جزءًا مهمًا من برميل عدسة المجهر الإلكتروني. يستخدم مجالًا كهربائيًا فضائيًا أو مجالًا مغناطيسيًا متماثلًا مع محور أسطوانة العدسة لثني مسار الإلكترون إلى المحور لتشكيل التركيز. تشبه وظيفتها وظيفة العدسة الزجاجية المحدبة لتركيز الشعاع ، لذلك تسمى العدسة الإلكترونية. . تستخدم معظم المجاهر الإلكترونية الحديثة العدسات الكهرومغناطيسية ، والتي تركز الإلكترونات من خلال مجال مغناطيسي قوي يولده تيار إثارة مستقر للغاية يمر عبر ملف مزود بحذاء قطب.
يتكون مسدس الإلكترون من كاثود التنغستن الساخن والشبكة والكاثود. يمكن أن ينبعث ويشكل شعاع إلكترون بسرعة موحدة ، لذلك يجب ألا يقل استقرار الجهد المتسارع عن واحد على عشرة آلاف.
يمكن تقسيم المجاهر الإلكترونية إلى مجاهر إلكترونية للإرسال ، ومجاهر مسح إلكترونية ، ومجاهر إلكترونية عاكسة ، ومجاهر إلكترونية للانبعاثات وفقًا لهياكلها واستخداماتها. غالبًا ما تستخدم مجاهر الإرسال الإلكترونية لمراقبة الهياكل المادية الدقيقة التي لا يمكن حلها بواسطة المجاهر العادية ؛ تُستخدم مجاهر المسح الإلكتروني بشكل أساسي لمراقبة شكل الأسطح الصلبة ، ويمكن أيضًا دمجها مع مقاييس حيود الأشعة السينية أو مطياف طاقة الإلكترون لتشكيل ميكروبولوجيا إلكترونية لتحليل تكوين المواد ؛ المجهر الإلكتروني المنبعث لدراسة أسطح الإلكترون ذاتية الانبعاث.
تم تسمية مجهر الإسقاط الإلكتروني على اسم شعاع الإلكترون الذي يخترق العينة ثم يكبر الصورة بعدسة الإلكترون. يشبه مساره البصري مسار المجهر الضوئي. في هذا النوع من المجهر الإلكتروني ، يتم إنشاء التباين في تفاصيل الصورة عن طريق تشتت شعاع الإلكترون بواسطة ذرات العينة. يحتوي الجزء الأرق أو الأقل كثافة من العينة على تشتت أقل لحزمة الإلكترون ، بحيث تمر المزيد من الإلكترونات عبر الحجاب الحاجز الموضوعي وتشارك في التصوير ، وتبدو أكثر إشراقًا في الصورة. على العكس من ذلك ، تظهر الأجزاء السميكة أو الأكثر كثافة من العينة أغمق في الصورة. إذا كانت العينة سميكة جدًا أو كثيفة جدًا ، فسوف يتدهور تباين الصورة ، أو حتى يتلف أو يتلف عن طريق امتصاص طاقة شعاع الإلكترون.
الجزء العلوي من برميل عدسة المجهر الإلكتروني للإرسال هو مسدس الإلكترون. تنبعث الإلكترونات من كاثود التنجستن الساخن وتمر عبر * ، والمكثفان الثانيان يركزان شعاع الإلكترون. بعد المرور عبر العينة ، يتم تصوير شعاع الإلكترون على المرآة الوسيطة بواسطة العدسة الموضوعية ، ثم يتم تكبيره خطوة بخطوة عبر المرآة الوسيطة ومرآة الإسقاط ، ثم يتم تصويره على شاشة الفلورسنت أو اللوحة الضوئية.
يمكن تغيير تكبير المرآة الوسيطة باستمرار من عشرات المرات إلى مئات الآلاف من المرات بشكل أساسي من خلال تعديل تيار الإثارة ؛ من خلال تغيير البعد البؤري للمرآة الوسيطة ، يمكن الحصول على صور مجهرية إلكترونية وصور حيود الإلكترون على الأجزاء الصغيرة من نفس العينة. من أجل دراسة عينات الشرائح المعدنية السميكة ، طور مختبر Dulos Electron Optics الفرنسي مجهرًا إلكترونيًا عالي الجهد بجهد متسارع يبلغ 3500 كيلو فولت. رسم تخطيطي لمسح هيكل المجهر الإلكتروني
لا يمر شعاع الإلكترون الخاص بالمجهر الإلكتروني الماسح عبر العينة ، ولكنه يمسح ويثير الإلكترونات الثانوية فقط على سطح العينة. تستقبل بلورة التلألؤ الموضوعة بجوار العينة هذه الإلكترونات الثانوية ، وتضخم وتعدل شدة شعاع الإلكترون لأنبوب الصورة ، وبالتالي تغير السطوع على شاشة أنبوب الصورة. يحافظ ملف الانحراف لأنبوب الصورة على المسح المتزامن مع شعاع الإلكترون على سطح العينة ، بحيث تعرض الشاشة الفلورية لأنبوب الصورة الصورة الطبوغرافية لسطح العينة ، والتي تشبه مبدأ العمل للتلفزيون الصناعي .
يتم تحديد دقة المجهر الإلكتروني الماسح بشكل أساسي من خلال قطر شعاع الإلكترون على سطح العينة. التكبير هو نسبة سعة المسح على أنبوب الصورة إلى سعة المسح على العينة ، والتي يمكن تغييرها باستمرار من عشرات المرات إلى مئات الآلاف من المرات. لا يتطلب المجهر الإلكتروني الماسح عينة رفيعة جدًا ؛ الصورة لها تأثير قوي ثلاثي الأبعاد ؛ يمكنه استخدام معلومات مثل الإلكترونات الثانوية والإلكترونات الممتصة والأشعة السينية الناتجة عن التفاعل بين حزمة الإلكترون والمادة لتحليل تكوين المادة.
إن مسدس الإلكترون وعدسة المكثف لمجهر إلكتروني الماسح هي تقريبًا نفس تلك الموجودة في المجهر الإلكتروني للإرسال ، ولكن من أجل جعل شعاع الإلكترون أرق ، تتم إضافة عدسة موضوعية واستجماتيزر تحت العدسة المكثفة ، ومجموعتين من يتم تثبيت أشعة مسح متعامدة بشكل متبادل داخل العدسة الشيئية. لفه. تم تجهيز حجرة العينة أسفل العدسة الشيئية بمرحلة عينة يمكنها التحرك والتدوير والإمالة.
