مزايا المجهر الإلكتروني مقابل المجهر الضوئي
المجهر الإلكتروني التشابه والاختلاف مبدأ التصوير بالمجهر الضوئي
المجهر الإلكتروني هو أداة تستبدل شعاع الضوء والعدسة الضوئية بشعاع الإلكترون وعدسة الإلكترون وفقًا لمبدأ البصريات الإلكترونية ، بحيث يمكن تصوير التركيب الدقيق للمادة بتكبير عالي جدًا.
يتم التعبير عن قوة حل المجهر الإلكتروني من خلال المسافة الصغيرة بين نقطتين متجاورتين يمكنه حلها. في عام 197 0 ، كانت دقة المجاهر الإلكترونية الناقلة حوالي 0 .3 نانومتر (للعين البشرية قدرة تحليلية تبلغ حوالي 0.1 ملم). الآن يبلغ الحد الأقصى لتكبير المجهر الإلكتروني أكثر من 3 ملايين مرة ، ويبلغ الحد الأقصى لتكبير المجهر الضوئي حوالي 2000 مرة ، لذلك يمكن ملاحظة ذرات بعض المعادن الثقيلة والشبكة الذرية المرتبة بدقة في البلورات مباشرة من خلال المجهر الإلكتروني.
في عام 1931 ، قام Knorr-Bremse و Ruska في ألمانيا بتعديل راسم الذبذبات عالي الجهد بمصدر إلكترون بتفريغ الكاثود البارد وثلاث عدسات إلكترونية ، وحصلا على صورة مكبرة أكثر من عشر مرات ، مما أكد إمكانية التصوير المكبر بواسطة مجهر إلكتروني . . 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 ، عوض هيل في الولايات المتحدة عن عدم التناسق الدوراني لعدسة الإلكترون باستخدام اللابؤرية ، مما حقق طفرة جديدة في القدرة التحليلية للميكروسكوب الإلكتروني ووصل تدريجيًا إلى المستوى الحديث. في الصين ، تم تطوير مجهر إلكتروني للإرسال بدقة 3 نانومتر بنجاح في عام 1958 ، وصُنع مجهر إلكتروني واسع النطاق بدقة 0.3 نانومتر في عام 1979.
على الرغم من أن القوة التحليلية للمجاهر الإلكترونية أفضل بكثير من تلك الموجودة في المجاهر الضوئية ، إلا أنه من الصعب مراقبة الكائنات الحية لأن المجاهر الإلكترونية تحتاج 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.
تعد قوة الحل مؤشرًا مهمًا للمجهر الإلكتروني ، والذي يرتبط بزاوية مخروط الحادث وطول موجة شعاع الإلكترون الذي يمر عبر العينة. يبلغ الطول الموجي للضوء المرئي حوالي 3 0 من 0 إلى 700 نانومتر ، بينما يرتبط الطول الموجي لحزمة الإلكترون 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: أنبوب العدسة ونظام التفريغ وخزانة مصدر الطاقة. يشتمل برميل العدسة بشكل أساسي على مسدس إلكتروني وعدسة إلكترونية وحامل عينة وشاشة فلورية وآلية كاميرا ، والتي يتم تجميعها عادةً في أسطوانة من أعلى إلى أسفل ؛ يتكون نظام الفراغ من مضخة تفريغ ميكانيكية ومضخة نشر وصمام تفريغ ، إلخ. يتم توصيل خط أنابيب الغاز ببرميل العدسة ؛ تتكون خزانة إمداد الطاقة من مولد عالي الجهد ومثبت تيار الإثارة ووحدات ضبط وتحكم مختلفة.
تعد عدسة الإلكترون جزءًا مهمًا من برميل المجهر الإلكتروني. يستخدم مجالًا كهربائيًا مكانيًا أو مجالًا مغناطيسيًا متماثلًا مع محور البرميل لثني مسار الإلكترون إلى المحور لتشكيل التركيز. تشبه وظيفتها وظيفة العدسة الزجاجية المحدبة لتركيز الشعاع ، لذلك تسمى عدسة الإلكترون. . تستخدم معظم المجاهر الإلكترونية الحديثة العدسات الكهرومغناطيسية ، والتي تركز الإلكترونات عن طريق مجال مغناطيسي قوي يولده تيار إثارة مستقر للغاية للتيار المستمر من خلال ملف بحذاء قطب.
مدفع الإلكترون هو مكون يتكون من كاثود ساخن من خيوط التنغستن وشبكة وكاثود. يمكنها أن تصدر وتشكل شعاع إلكترون بسرعة موحدة ، وبالتالي فإن ثبات الجهد المتسارع لا يقل عن 1/10 ، 000.
يمكن تقسيم المجاهر الإلكترونية إلى مجاهر إلكترونية للإرسال ، ومجاهر مسح إلكترونية ، ومجاهر إلكترونية عاكسة ، ومجاهر إلكترونية للانبعاثات وفقًا لتركيبها واستخدامها. غالبًا ما تستخدم المجاهر الإلكترونية الناقلة لمراقبة تلك الهياكل المادية الدقيقة التي لا يمكن تمييزها بواسطة المجاهر العادية ؛ تُستخدم المجاهر الإلكترونية الماسحة بشكل أساسي لمراقبة شكل الأسطح الصلبة ، ويمكن أيضًا دمجها مع مقاييس حيود الأشعة السينية أو مقاييس طيف الطاقة الإلكترونية لتكوين الإلكترونات. الميكروبات لتحليل تركيب المواد ؛ المجهر الإلكتروني للانبعاث لدراسة أسطح الإلكترون ذاتية الانبعاث.
تم تسمية مجهر الإسقاط الإلكتروني على اسم شعاع الإلكترون الذي يخترق العينة ثم يستخدم عدسة الإلكترون للتصوير والتكبير. يشبه مساره البصري مسار المجهر الضوئي. في هذا المجهر الإلكتروني ، يتم إنشاء تباين تفاصيل الصورة عن طريق تشتت شعاع الإلكترون بواسطة ذرات العينة. الأجزاء الرقيقة أو الأقل كثافة من العينة ، تشتت شعاع الإلكترون بشكل أقل ، لذلك تمر المزيد من الإلكترونات عبر الفتحة الموضوعية ، 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 يتلف أو يتلف عن طريق امتصاص طاقة شعاع الإلكترون.
الجزء العلوي من أنبوب المجهر الإلكتروني للإرسال هو مسدس الإلكترون ، وتنبعث الإلكترونات من كاثود خيوط التنغستن الساخنة ، وتمر عبر الليزر ، وتركز العدسات الثانية المكثفة على شعاع الإلكترون. بعد اجتياز 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 الجافة الفوتوغرافية.
تقوم المرآة الوسيطة بضبط تيار الإثارة بشكل أساسي ، ويمكن تغيير التكبير باستمرار من عشرات المرات إلى مئات الآلاف من المرات ؛ عن طريق تغيير البعد البؤري للمرآة الوسيطة ، يمكن الحصول على صور المجهر الإلكتروني وصور حيود الإلكترون على أجزاء صغيرة 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. مسح تخطيطي لهيكل المجهر الإلكتروني
لا يمر شعاع الإلكترون الخاص بالمجهر الإلكتروني الماسح عبر العينة ، ولكنه يمسح سطح العينة فقط لإثارة الإلكترونات الثانوية. تستقبل بلورة التلألؤ الموضوعة بجانب العينة هذه الإلكترونات الثانوية وتقوم بتعديل شدة شعاع الإلكترون لأنبوب الصورة بعد التضخيم ، وبالتالي تغيير السطوع على شاشة أنبوب الصورة. يحافظ نير الانحراف لأنبوب الصورة على المسح بشكل متزامن مع شعاع الإلكترون على سطح العينة ، بحيث تعرض الشاشة الفلورية لأنبوب الصورة الصورة الطبوغرافية لسطح العينة ، والتي تشبه مبدأ عمل التلفزيون 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 مجهر المسح الإلكتروني عينات رفيعة جدًا ؛ الصورة لها تأثير قوي ثلاثي الأبعاد ؛ يمكنه تحليل تكوين المادة باستخدام معلومات مثل الإلكترونات الثانوية والإلكترونات الممتصة والأشعة السينية الناتجة عن تفاعل حزم الإلكترون مع المادة.
إن مسدس الإلكترون ومكثف المجهر الإلكتروني الماسح مماثل تقريبًا لمجهر الإلكترون النافذ ، ولكن من أجل جعل شعاع الإلكترون أرق ، تتم إضافة عدسة موضوعية واستجماتست أسفل المكثف ، ومجموعتين من إلكترونات المسح التي تكون متعامدة مع بعضها البعض داخل العدسة الشيئية. لفه. تحتوي حجرة العينة الموجودة أسفل العدسة الموضوعية على مرحلة العينة التي يمكن تحريكها وتدويرها وإمالتها.
