مقدمة لمبدأ تكوين المجهر الإلكتروني
يتكون المجهر الإلكتروني من أسطوانة العدسة ونظام الفراغ وخزانة الطاقة. يتكون برميل العدسة بشكل أساسي من مسدس الإلكترون، وعدسة الإلكترون، وحامل العينة، وشاشة الفلورسنت، وآلية الكاميرا، والتي يتم تجميعها عادةً في عمود من الأعلى إلى الأسفل؛ يتكون نظام التفريغ من مضخة تفريغ ميكانيكية، ومضخة نشر، وصمام تفريغ، ويتم توصيله بأسطوانة العدسة من خلال خط أنابيب لاستخراج الهواء؛ تتكون خزانة الطاقة من مولد الجهد العالي، ومثبت تيار الإثارة ووحدات التحكم المتنوعة.
تعد العدسة الإلكترونية الجزء الأكثر أهمية في أسطوانة عدسة المجهر الإلكتروني. يستخدم مجالًا كهربائيًا مكانيًا أو مجالًا مغناطيسيًا متناظرًا مع محور أسطوانة العدسة لثني مسار الإلكترون إلى المحور لتكوين البؤرة، وهو يشبه ذلك الموجود في العدسة المحدبة الزجاجية لتركيز شعاع الضوء، لذلك يطلق عليه عدسة الإلكترون. تستخدم معظم المجاهر الإلكترونية الحديثة العدسات الكهرومغناطيسية، والمجال 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 تنبعث وتشكل شعاعًا إلكترونيًا بسرعة موحدة، لذلك يجب ألا يقل استقرار الجهد المتسارع عن جزء من عشرة آلاف.
يمكن تقسيم المجهر الإلكتروني إلى المجهر الإلكتروني النافذ، والمجهر الإلكتروني الماسح، والمجهر الإلكتروني الانعكاسي، والمجهر الإلكتروني الانبعاثي وفقًا للهيكل والاستخدام. غالبًا ما يُستخدم المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) لمراقبة بنية المادة الدقيقة التي لا يمكن تمييزها بالمجهر العادي. يُستخدم المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) بشكل أساسي لمراقبة شكل السطح الصلب، ويمكن أيضًا دمجه مع مقياس حيود الأشعة السينية أو مطياف طاقة الإلكترون. يتكون الإلكترون الصغير من تشتت شعاع الإلكترون بواسطة ذرات العينة. وفي الجزء الرقيق أو منخفض الكثافة من العينة، يكون تشتت شعاع الإلكترونات أقل، لذلك يمر عدد أكبر من الإلكترونات عبر الحجاب الحاجز الموضوعي وتشارك في التصوير، مما يجعلها تبدو أكثر سطوعًا في الصورة. على العكس من ذلك، يظهر الجزء الأكثر سمكًا أو كثافة من العينة أكثر قتامة في الصورة. إذا كانت العينة سميكة جدًا أو كثيفة جدًا، فسوف يتدهور تباين الصورة بل ويتلف أو يدمر عن طريق امتصاص طاقة شعاع الإلكترون.
الجزء العلوي من أسطوانة عدسة المجهر الإلكتروني النافذ عبارة عن مسدس إلكتروني. تنبعث الإلكترونات من كاثود خيوط التنغستن الساخن ويتم تركيزها بواسطة عدسات المكثف الأولى والثانية. بعد مرور شعاع الإلكترون عبر العينة، يتم تصويره على المرآة المتوسطة بواسطة العدسة الموضوعية، ثم يتم تضخيمه خطوة بخطوة بواسطة المرآة المتوسطة ومرآة الإسقاط، ويتم تصويره على شاشة الفلورسنت أو لوحة التصوير الفوتوغرافي.
يمكن تغيير تكبير المرآة المتوسطة بشكل مستمر من عدة عشرات من المرات إلى عدة مئات الآلاف من المرات عن طريق ضبط تيار الإثارة. ومن خلال تغيير البعد البؤري للمرآة المتوسطة، يمكن الحصول على الصورة المجهرية الإلكترونية وصورة حيود الإلكترون على الجزء الصغير من نفس العينة. من أجل دراسة عينات الشرائح المعدنية السميكة، تم تطوير مجهر إلكتروني عالي الجهد بجهد متسارع يبلغ 3500 كيلو فولت بواسطة مختبر البصريات الإلكترونية في دولوس، فرنسا.
لا يمر شعاع الإلكترون الخاص بالمجهر الإلكتروني الماسح عبر العينة، ولكنه يقوم فقط بمسح سطح العينة لإثارة الإلكترونات الثانوية. تستقبل بلورة التلألؤ الموضوعة بجوار العينة هذه الإلكترونات الثانوية وتقوم بتعديل شدة شعاع الإلكترون لأنبوب الصورة بعد التضخيم، وبالتالي تغيير السطوع على شاشة أنبوب الصورة. يحافظ ملف الانحراف لأنبوب الصورة على المسح المتزامن مع شعاع الإلكترون على سطح العينة، بحيث تعرض شاشة الفلورسنت لأنبوب الصورة الصورة المورفولوجية لسطح العينة، والتي تشبه مبدأ العمل لأجهزة التلفزيون الصناعية.
تعتمد دقة المجهر الإلكتروني الماسح بشكل أساسي على 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 إلى مئات الآلاف من المرات. لا يحتاج المجهر الإلكتروني الماسح إلى عينات رفيعة جدًا؛ تتمتع الصورة بإحساس قوي ثلاثي الأبعاد؛ يمكن تحليل تركيبة المادة باستخدام معلومات الإلكترونات الثانوية والإلكترونات الممتصة والأشعة السينية الناتجة عن التفاعل بين شعاع الإلكترون والمادة.
مسدس الإلكترون والمكثف في المجهر الإلكتروني الماسح هما تقريبًا نفسهما في المجهر الإلكتروني النافذ، ولكن من أجل جعل شعاع الإلكترون أرق، يتم إضافة عدسة موضوعية وناشر استجماتيزم تحت المكثف، ومجموعتين من المسح يتم أيضًا تثبيت ملفات متعامدة مع بعضها البعض في العدسة الموضوعية. يتم تثبيت طاولة عينة يمكنها التحرك والتدوير والإمالة في غرفة العينة أسفل العدسة الشيئية.
