مميزات المجهر الإلكتروني والمجهر الضوئي
المجهر الفرعي هو أداة تستخدم أشعة الإلكترون والعدسات بدلاً من أشعة الضوء والعدسات الضوئية بناءً على مبادئ البصريات الإلكترونية، لتصوير الهياكل الدقيقة للمادة بتكبيرات عالية جدًا.
يتم تمثيل دقة المجهر الإلكتروني بالمسافة 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 في ذرات وبلورات بعض المعادن الثقيلة.
في عام 1931، قام كنور وروسكا من ألمانيا بتعديل راسم الذبذبات عالي الجهد باستخدام مصدر إلكتروني لتفريغ الكاثود البارد وثلاث عدسات إلكترونية، وحصلوا على صور مكبرة بأكثر من عشر مرات، مما يؤكد إمكانية التصوير بالتكبير بالمجهر الإلكتروني. في عام 1932، مع تحسين روسكا، وصلت دقة المجاهر الإلكترونية إلى 50 نانومتر، وهو ما يعادل حوالي عشرة أضعاف دقة المجاهر الضوئية في ذلك الوقت. ونتيجة لذلك، بدأت المجاهر الإلكترونية تحظى بالاهتمام.
وفي عقد 1940، قام هيل في الولايات المتحدة بتعويض عدم التماثل الدوراني للعدسات الإلكترونية باستخدام جهاز الاستجماتيزر، مما أدى إلى اختراق جديد في دقة المجاهر الإلكترونية والوصول تدريجيًا إلى المستويات الحديثة. في الصين، تم تطوير المجهر الإلكتروني النافذ بدقة 3 نانومتر بنجاح في عام 1958. وفي عام 1979، تم أيضًا تطوير مجهر إلكتروني كبير بدقة 0.3 نانومتر.
على الرغم من أن دقة المجاهر الإلكترونية أعلى بكثير من دقة المجاهر الضوئية، إلا أنه من الصعب مراقبة الكائنات الحية بسبب الحاجة إلى العمل في ظل ظروف الفراغ، ويمكن أن يتسبب تشعيع شعاع الإلكترون أيضًا في تلف إشعاعي للعينات البيولوجية. هناك قضايا أخرى، مثل تحسين سطوع المدفع الإلكتروني وجودة العدسة الإلكترونية، تتطلب أيضًا مزيدًا من البحث.
يعد الاستبانة مؤشرًا مهمًا للمجهر الإلكتروني، والذي يرتبط بزاوية المخروط الساقط 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 طول موجة الضوء المرئي، فحتى لو كانت الزاوية المخروطية لشعاع الإلكترون 1% فقط من تلك الخاصة بالمجهر الضوئي، فإن دقة المجهر الإلكتروني لا تزال أفضل بكثير من ذلك المجهر الضوئي.
يتكون المجهر الإلكتروني من ثلاثة أجزاء: أنبوب، ونظام فراغ، وخزانة الطاقة. يتكون برميل المرآة بشكل أساسي من مكونات مثل مسدس الإلكترون، وعدسة الإلكترون، وحامل العينة، وشاشة الفلورسنت، وآلية التصوير، والتي يتم تجميعها عادةً في أسطوانة من الأعلى إلى الأسفل؛ يتكون نظام التفريغ من مضخة تفريغ ميكانيكية، ومضخة انتشار، وصمام تفريغ، متصلين بأنبوب المرآة من خلال خط أنابيب الاستخراج؛ تتكون خزانة الطاقة من مولد الجهد العالي، ومثبت تيار الإثارة، ووحدات التنظيم والتحكم المختلفة.
تعد العدسة الفرعية 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 عدسات كهرومغناطيسية، تعمل على تركيز الإلكترونات بمجال مغناطيسي قوي يتولد عن تيار إثارة مستمر مستمر يمر عبر ملف مزود بأحذية قطبية.
مسدس الإلكترون هو مكون يتكون من كاثود ساخن وبوابة وكاثود من سلك التنغستن. يمكنها أن تبعث وتشكل حزم إلكترونية بسرعة موحدة، لذلك يجب ألا يقل استقرار جهد التسارع عن جزء من الألف.
