Электронный микроскоп

Для рассмотрения близких и очень мелких предметов, когда требуются значительно сильнее увеличение, используется сложная оптическая система – микроскоп.

С помощью микроскопа можно измерять мелкие предметы. Поскольку последние действительно изображаются вблизи фокальной плоскости окуляра, на результирующее изображение накладывают измерительную шкалу и по ней оценивают размеры предмета.

Электронные микроскопы имеют очень высокое разрешение. Роль лучей в них играют пучки ускоренных электронов, а линз – специально подобранные электрические и магнитные поля.

Магнитная линза

Собирающей линзой в таком приборе может быть радиальное электрическое поле цилиндрического конденсатора:

или магнитное поле узкой катушки с током:

В магнитном поле траектории электронов, вылетающих из точки О, под действием силы Лоренца принимают вид спиралевидных линий относительно оси пучка и пересекаются в точке О´ которая является изображением точки А. Для тонкой магнитной линзы получаем зависимость, подобную формуле оптической линзы:

$\frac{1}{a}+\frac{1}{{{a}'}}=\frac{1}{f}$

Оптическая сила магнитной линзы меняется в зависимости от силы тока в катушке и может быть очень значительной.

Как и в обычном микроскопе, изображения, полученное с помощью одной электронной линзы, можно увеличить второй такой линзой. Одна из них будет играть роль объектива, другая - окуляра.

Схема электронного микроскопа

Ниже изображена схема электронного микроскопа:

Исследуемый объект размещается на пути электронов. Пучок электронов, ускоряется между катодом К и анодом А, проходя сквозь объект, фокусируется с помощью электронных линз (подбором силы тока в катушках) и дает светящееся изображение на люминесцентном экране. Кроме «просвечивания» первичными электронами, изображение объекта получают также отраженными электронами. Еще проще изображаются те объекты, которые сами излучают электроны.

Высокое разрешение электронного микроскопа объясняется волновыми свойствами электронов, длина волны которых зависит от скорости. Эта зависимость определяется выражением

$\lambda =\frac{h}{mv},$

где $h$ – постоянная Планка;

$m$ – масса электрона;

$v$ – скорость его движения.

В случае ускоряющего напряжения 500 … 600 В длина волны электронного пучка равна примерно 0,05 нм, то есть в 10 тыс. раз меньше средней длины волны видимого света (600 нм). В электронных микроскопах благодаря ускорительному напряжению в несколько десятков, а иногда и сотен тысяч вольт длина волны электронного пучка примерно в сотни тысяч раз короче световых волн. И хотя для устранения аберрации, главным образом диафрагмированием, в микроскопах используются электронные пучки малых апертур (10-2 … 10-3 рад), разрешение современного электронного микроскопа просвечивающего типа достигает 0,5 нм.

Электронные микроскопы дают увеличение в 20 000 … 40 000 раз, и их изображение настолько четкое, что его дополнительно можно увеличивать с помощью обычного фотоувеличителя. Так достигают общего увеличения изображения в миллион раз. В электронных микроскопах можно рассматривать коллоидные частицы, вирусы и даже большие молекулы.

Не знаете, сколько стоит статья по физике на заказ? Обратитесь к нашим экспертам!

Тест по теме «Электронный микроскоп»