مميزات المجهر الإلكتروني عن المجهر الضوئي
المجهر الإلكتروني هو أداة تستخدم أشعة الإلكترون والعدسات الإلكترونية بدلاً من أشعة الضوء والعدسات الضوئية بناءً على مبادئ البصريات الإلكترونية لتصوير البنية الدقيقة للمادة بتكبير عالٍ جدًا.
يتم التعبير عن قوة التحليل للمجهر الإلكتروني من خلال المسافة الصغيرة بين نقطتين متجاورتين التي يمكنه حلها. في سبعينيات القرن العشرين، كانت دقة المجاهر الإلكترونية النافذة تبلغ حوالي 0.3 نانومتر (تبلغ قوة التحليل للعين البشرية حوالي 0.1 ملليمتر). في الوقت الحاضر، يتجاوز الحد الأقصى للتكبير للمجاهر الإلكترونية 3 ملايين مرة، بينما يصل الحد الأقصى للتكبير للمجاهر الضوئية إلى حوالي 2,000 مرة. ولذلك، يمكن ملاحظة ذرات بعض المعادن الثقيلة والشبكة الذرية المرتبة بدقة في البلورات مباشرة من خلال المجاهر الإلكترونية.
على الرغم من أن قوة تحليل المجاهر الإلكترونية أفضل بكثير من المجاهر الضوئية، إلا أن المجاهر الإلكترونية تحتاج إلى العمل في ظل ظروف الفراغ، لذلك من الصعب مراقبة الكائنات الحية، كما أن تشعيع حزم الإلكترون يمكن أن يسبب أيضًا ضررًا إشعاعيًا للعينات البيولوجية. وهناك قضايا أخرى، مثل تحسين سطوع مدفع الإلكترون وجودة عدسة الإلكترون، تحتاج أيضًا إلى مواصلة الدراسة.
تعتبر قوة التحليل مؤشرا هاما للمجهر الإلكتروني، والذي يرتبط بزاوية المخروط الساقط والطول الموجي لشعاع الإلكترون الذي يمر عبر العينة. يبلغ الطول الموجي للضوء المرئي حوالي 300 إلى 700 نانومتر، ويرتبط الطول الموجي لشعاع الإلكترون بالجهد المتسارع. عندما يكون جهد التسارع من 50 إلى 100 كيلو فولت، يكون الطول الموجي لشعاع الإلكترون حوالي 0.0053 إلى 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% فقط من زاوية المجهر الضوئي، فإن قوة التحليل للمجهر الإلكتروني لا تزال أعلى بكثير من تلك الزاوية من المجهر الضوئي.
يتكون المجهر الإلكتروني من ثلاثة أجزاء: أنبوب العدسة ونظام الفراغ وخزانة الطاقة. يتضمن برميل العدسة بشكل أساسي مكونات مثل مسدس الإلكترون، وعدسة الإلكترون، وحامل العينة، وشاشة الفلورسنت، وآلية الكاميرا. عادة ما يتم تجميع هذه المكونات في اسطوانة من الأعلى إلى الأسفل؛ يتكون نظام التفريغ من مضخة تفريغ ميكانيكية، ومضخة نشر، وصمام تفريغ، وما إلى ذلك، ويتم ضخها من خلال خط أنابيب الغاز المتصل بأنبوب العدسة؛ تتكون خزانة الطاقة من مولد الجهد العالي ومثبت تيار الإثارة ووحدات التحكم المختلفة في التعديل.
تعد العدسة الإلكترونية مكونًا مهمًا في أسطوانة المجهر الإلكتروني. ويستخدم مجالًا كهربائيًا مكانيًا أو مجالًا مغناطيسيًا متماثلًا مع محور البرميل لثني مسار الإلكترون نحو المحور لتشكيل التركيز. وظيفتها تشبه وظيفة العدسة الزجاجية المحدبة لتركيز الشعاع، لذلك تسمى عدسة الإلكترون. . تستخدم معظم المجاهر الإلكترونية الحديثة العدسات الكهرومغناطيسية. إن المجال المغناطيسي القوي الناتج عن تيار إثارة مستمر ثابت جدًا يمر عبر ملف مزود بأحذية قطبية يركز الإلكترونات.
مسدس الإلكترون هو مكون يتكون من كاثود ساخن من خيوط التنغستن وشبكة وكاثود. يمكنها أن تبعث وتشكل أشعة إلكترونية بسرعة موحدة، لذلك يجب ألا يقل استقرار الجهد المتسارع عن جزء من عشرة آلاف.
يمكن تقسيم المجاهر الإلكترونية إلى المجاهر الإلكترونية النافثة والمجاهر الإلكترونية الماسحة والمجاهر الإلكترونية الانعكاسية والمجاهر الإلكترونية الانبعاثية وفقًا لبنيتها واستخداماتها. غالبًا ما تُستخدم المجاهر الإلكترونية النافذة لمراقبة هياكل المواد الدقيقة التي لا يمكن تمييزها بالمجاهر العادية؛ تُستخدم المجاهر الإلكترونية الماسحة بشكل أساسي لمراقبة مورفولوجيا الأسطح الصلبة، ويمكن أيضًا دمجها مع مقاييس حيود الأشعة السينية أو مقاييس طيف طاقة الإلكترون لتشكيل الإلكترون. تُستخدم المسبارات الدقيقة لتحليل تكوين المواد؛ تُستخدم المجاهر الإلكترونية الانبعاثية لدراسة الأسطح الإلكترونية ذاتية الانبعاث.
