Elektronimikroskoopin koostumusperiaate
Elektronimikroskooppi koostuu kolmesta osasta: linssin piippu, tyhjiöjärjestelmä ja virtalähdekaappi. Linssipiippu sisältää pääasiassa elektronipistooleja, elektronilinssejä, näytetelineitä, fluoresoivia näyttöjä ja kameramekanismeja. Nämä komponentit kootaan yleensä pylvääksi ylhäältä alas; tyhjiöjärjestelmä koostuu mekaanisista tyhjiöpumpuista, diffuusiopumpuista ja tyhjiöventtiileistä. Kaasuputki on yhdistetty linssin piippuun; tehokaappi koostuu suurjännitegeneraattorista, viritysvirran stabilisaattorista ja erilaisista säätöyksiköistä.
Elektronilinssi on elektronimikroskoopin linssin piipun tärkein osa. Se käyttää avaruussähkökenttää tai magneettikenttää, joka on symmetrinen linssin piipun akseliin nähden, taivuttamaan elektroniradan akseliin kohdistuksen muodostamiseksi. Sen tehtävä on samanlainen kuin lasikuperalla linssillä säteen tarkentamiseksi, joten sitä kutsutaan elektroniksi. linssi. Useimmat nykyaikaiset elektronimikroskoopit käyttävät sähkömagneettisia linssejä, jotka fokusoivat elektronit vahvan magneettikentän kautta, jonka tuottaa erittäin vakaa DC-viritysvirta, joka kulkee napakengillä varustetun kelan läpi.
Elektronitykki on komponentti, joka koostuu volframifilamenttikuumakatodista, hilasta ja katodista. Se voi lähettää ja muodostaa elektronisuihkun tasaisella nopeudella, joten kiihdytysjännitteen stabiilisuudelta vaaditaan vähintään yksi 10 tuhannesosa.
Elektronimikroskoopit voidaan jakaa rakenteen ja käyttötarkoituksensa mukaan transmissioelektronimikroskooppeihin, pyyhkäisyelektronimikroskooppeihin, heijastuselektronimikroskooppeihin ja emissioelektronimikroskooppeihin. Transmissioelektronimikroskooppeja käytetään usein tarkkailemaan hienoja materiaalirakenteita, joita ei voida erottaa tavallisilla mikroskoopeilla; pyyhkäisyelektronimikroskooppeja käytetään pääasiassa kiinteiden pintojen morfologian tarkkailuun, ja ne voidaan myös yhdistää röntgendiffraktometreihin tai elektronienergiaspektrometreihin elektronisten muodostamiseksi. Mikropallot muodostuvat elektronisuihkun sironnan avulla näytteen atomeista. Näytteen ohuemmassa tai pienemmän tiheyden osassa on vähemmän elektronisäteen sirontaa, joten enemmän elektroneja kulkee objektiivin diafragman läpi ja osallistuu kuvantamiseen ja näyttävät kuvassa kirkkaammilta. Sitä vastoin näytteen paksummat tai tiheämmät osat näyttävät tummemmilta kuvassa. Jos näyte on liian paksu tai liian tiheä, kuvan kontrasti heikkenee tai jopa vaurioituu tai tuhoutuu absorboimalla elektronisäteen energiaa.
Transmissioelektronimikroskoopin linssin piipun yläosa on elektroniase. Volframi-kuumakatodi emittoi elektronit, ja ensimmäinen ja toinen kondensaattori fokusoivat elektronisäteet. Sen jälkeen, kun elektronisäde on kulkenut näytteen läpi, se kuvataan välipeilillä objektiivin linssillä ja suurennetaan sitten vaiheittain välipeilin ja projektiopeilin läpi ja kuvataan sitten fluoresoivalle näytölle tai valokoherentille levylle.
Välipeilin suurennusta voidaan muuttaa jatkuvasti kymmenistä satoihin tuhansiin kertoja pääasiassa viritysvirran säädön avulla; muuttamalla välipeilin polttoväliä voidaan saada elektronimikroskooppisia kuvia ja elektronidiffraktiokuvia saman näytteen pienille osille. Paksumpien metalliviipalenäytteiden tutkimiseksi ranskalainen Dulos Electron Optics Laboratory kehitti ultrakorkeajänniteelektronimikroskoopin, jonka kiihdytysjännite on 3500 kV.
Pyyhkäisyelektronimikroskoopin elektronisuihku ei kulje näytteen läpi, vaan ainoastaan skannaa ja virittää sekundäärielektroneja näytteen pinnalla. Näytteen viereen sijoitettu tuikekide vastaanottaa nämä sekundaariset elektronit, vahvistaa ja moduloi kuvaputken elektronisuihkun intensiteettiä ja muuttaa siten kuvaputken näytön kirkkautta. Kuvaputken poikkeutuskela pitää synkronisen pyyhkäisyn elektronisuihkun kanssa näytteen pinnalla, jolloin kuvaputken fluoresoiva näyttö näyttää topografisen kuvan näytteen pinnasta, mikä on samanlainen kuin teollisuustelevision toimintaperiaate. .
Pyyhkäisyelektronimikroskoopin resoluutio määräytyy pääasiassa näytteen pinnalla olevan elektronisäteen halkaisijan mukaan. Suurennus on kuvaputken skannausamplitudin suhde näytteen skannausamplitudiin, jota voidaan jatkuvasti muuttaa kymmenistä kertoista satoihin tuhansiin kertoja. Pyyhkäisyelektronimikroskooppi ei vaadi kovin ohuita näytteitä; kuvalla on vahva kolmiulotteinen vaikutus; se voi käyttää tietoa, kuten sekundäärielektroneja, absorboituneita elektroneja ja elektronisuihkujen ja aineiden vuorovaikutuksesta syntyviä röntgensäteitä, analysoidakseen aineiden koostumusta.
Pyyhkäisyelektronimikroskoopin elektronipyssy ja kondensaattorilinssi ovat suunnilleen samat kuin transmissioelektronimikroskoopin, mutta elektronisuihkun ohentamiseksi kondensaattorilinssin alle on lisätty objektiivilinssi ja astigmatisoija sekä kaksi sarjaa Objektiivin sisään on asennettu keskenään kohtisuorat skannaussäteet. kela. Objektiivin alapuolella oleva näytekammio on varustettu näytepöydällä, joka voi liikkua, pyöriä ja kallistaa.
