Փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակը մեթոդի սկզբունքն է։ Փոխանցման սկանավորման էլեկտրոնային մանրադիտակ: Փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ

մանրադիտակ, էլեկտրոնների փոխանցում կրճատ, PEM (անգլերեն) կրճատ, TEM) - բազմազանությունը բարձր վակուումային բարձր լարման սարք է, որտեղ գերբարակ առարկայից (500 նմ կամ պակաս հաստությամբ) պատկեր է ձևավորվում որպես էլեկտրոնային ճառագայթի փոխազդեցության արդյունքում նմուշ նյութի միջով անցնելիս: .

Նկարագրություն

Հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակի աշխատանքի սկզբունքը գրեթե նույնն է, ինչ օպտիկական մանրադիտակը, միայն առաջինում ապակե ոսպնյակների փոխարեն օգտագործվում են մագնիսական ոսպնյակներ, իսկ ֆոտոնների փոխարեն՝ էլեկտրոններ։ Էլեկտրոնային ատրճանակից արտանետվող էլեկտրոնային ճառագայթը կոնդենսատորի ոսպնյակի միջոցով կենտրոնանում է նմուշի վրա ~2–3 մկմ տրամագծով փոքր կետի վրա և նմուշի միջով անցնելուց հետո կենտրոնանում է օբյեկտիվ ոսպնյակի վրա՝ մեծացված պատկերի պրոյեկցիան ստանալու համար։ հատուկ նմուշի էկրանի կամ դետեկտորի վրա: Մանրադիտակի շատ կարևոր տարր է բացվածքի դիֆրագմը, որը գտնվում է օբյեկտիվ ոսպնյակի հետևի կիզակետային հարթությունում: Այն որոշում է պատկերի հակադրությունը և մանրադիտակի լուծումը: TEM-ում պատկերի կոնտրաստի ձևավորումը կարելի է բացատրել հետևյալ կերպ. Նմուշի միջով անցնելիս էլեկտրոնային ճառագայթը կորցնում է իր ինտենսիվության մի մասը ցրվելու պատճառով: Այս հատվածն ավելի մեծ է ավելի հաստ հատվածների կամ ավելի ծանր ատոմներով հատվածների համար: Եթե ​​բացվածքի կանգառը արդյունավետորեն կտրում է ցրված էլեկտրոնները, ապա հաստ տարածքները և ծանր ատոմներով տարածքները կհայտնվեն ավելի մուգ: Ավելի փոքր բացվածքը մեծացնում է կոնտրաստը, բայց հանգեցնում է լուծաչափի կորստի: Բյուրեղներում էլեկտրոնների առաձգական ցրումը հանգեցնում է դիֆրակցիոն կոնտրաստի առաջացմանը։

Հեղինակները

• Վերեսով Ալեքսանդր Գենրիխովիչ
• Սարանին Ալեքսանդր Ալեքսանդրովիչ

Աղբյուր

1. Նանոտեխնոլոգիայի մանրադիտակի ձեռնարկ, Էդ. Նան Յաոյի, Չժոնգ Լին Վանգի կողմից: - Boston: Kluwer Academic Publishers, 2005. - 731 p.

կրճատ,ԹԵՄ հակառակ դեպքումփոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ(անգլերեն) կրճատ, TEM) - փոփոխություն, որն օգտագործում է նմուշի միջով անցած էլեկտրոնները՝ մեծացված պատկեր կամ դիֆրակցիոն օրինաչափություն ստեղծելու համար։

Նկարագրություն

TEM ուսումնասիրությունների համար սովորաբար օգտագործվում են 500 նմ-ից պակաս հաստություն ունեցող նմուշներ (հաճախ 100–200 նմ-ից պակաս): Որքան հաստ է նմուշը, այնքան մեծ պետք է լինի էլեկտրոնային փնջի արագացնող լարումը: TEM-ի թույլտվությունը տասնյակ նանոմետր է, այնուամենայնիվ, կան TEM մեթոդի փոփոխություններ, որոնց համար թույլատրելիությունը կարող է հասնել 0,2 նմ, և նույնիսկ 0,05 նմ՝ հատուկ գնդաձև շեղումների ուղղիչներ օգտագործելիս: Այս սորտերը հաճախ համարվում են որպես անկախ հետազոտական ​​մեթոդ՝ բարձր լուծաչափով փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ (HREM, HRTEM):

Լրացուցիչ դետեկտորների օգտագործմամբ էլեկտրոնային մանրադիտակը հնարավորություն է տալիս կիրառել նմուշների միկրովերլուծության տարբեր մեթոդներ՝ ռենտգենյան սպեկտրալ միկրովերլուծություն և այլն։

Հեղինակները

• Զոտով Անդրեյ Վադիմովիչ
• Սարանին Ալեքսանդր Ալեքսանդրովիչ

Աղբյուր

1. Նանոմաշտաբի չափման և գործիքավորման տերմինաբանություն, PAS133:2007: - BSI (Բրիտանական ստանդարտ), 2007 թ.

Փոխանցման մանրադիտակի խոշորացում

Հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակում, TEM (Փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ, TEM)էլեկտրոնները արագանում են մինչև 100 կՎ կամ ավելի բարձր (մինչև 1 ՄէՎ), կենտրոնանում բարակ նմուշի վրա (200 նմ-ից պակաս հաստությամբ)՝ օգտագործելով կոնդենսատոր ոսպնյակների համակարգ և անցնում նմուշի միջով շեղված կամ չշեղված: TEM-ի հիմնական առավելություններն են նրա բարձր խոշորացումը, որը տատանվում է 50-ից մինչև 106, և նույն նմուշից և՛ պատկեր, և՛ դիֆրակցիոն օրինաչափություն ձեռք բերելու կարողությունը:

Էլեկտրոնների կողմից նմուշի միջով անցնելու ընթացքում ցրումը որոշում է ստացված տեղեկատվության տեսակը: Էլաստիկ ցրումը տեղի է ունենում առանց էներգիայի կորստի և հնարավորություն է տալիս դիտարկել դիֆրակցիոն օրինաչափությունները: Առաջնային էլեկտրոնների և նմուշների անհամասեռության էլեկտրոնների միջև ոչ առաձգական բախումները, ինչպիսիք են հատիկների սահմանները, տեղահանումները, երկրորդ փուլի մասնիկները, արատները, խտության տատանումները և այլն, հանգեցնում են կլանման և ցրման բարդ գործընթացների, որոնք հանգեցնում են փոխանցվող էլեկտրոնների ինտենսիվության տարածական տատանումների: . TEM-ում հնարավոր է անցնել նմուշի պատկերման ռեժիմից դիֆրակցիոն օրինաչափության գրանցման ռեժիմին՝ փոխելով էլեկտրամագնիսական ոսպնյակների դաշտի ուժը:

Բոլոր հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակների բարձր խոշորացումը կամ լուծումը փոքր արդյունավետ էլեկտրոնային ալիքի X-ի արդյունքն է, որը տրված է դե Բրոլիի հարաբերությամբ.

Այնտեղ, որտեղ m-ը և q-ն էլեկտրոնի զանգվածն ու լիցքն են, h-ը Պլանկի հաստատունն է, իսկ V-ը՝ արագացող պոտենցիալ տարբերությունը: Օրինակ, 100 կՎ էներգիա ունեցող էլեկտրոններն ունեն 0,37 նմ ալիքի երկարություն և կարող են արդյունավետորեն ներթափանցել շերտ: սիլիցիում ˜0,6 մկմ հաստությամբ:

Փոխանցման մանրադիտակի լուծում

Որքան մեծ է փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի արագացնող լարումը, այնքան բարձր է նրա կողային տարածական լուծաչափը: Մանրադիտակի լուծաչափի տեսական սահմանը համաչափ է λ 3/4-ին: Բարձր արագացնող լարմամբ հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակները (օրինակ՝ 400 կՎ) ունեն 0,2 նմ-ից պակաս լուծաչափի տեսական սահման: Բարձր լարման հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակներն ունեն ավելացված օգուտ- էլեկտրոնների ներթափանցման ավելի մեծ խորություն, քանի որ բարձր էներգիայի էլեկտրոնները նյութի հետ ավելի թույլ են փոխազդում, քան ցածր էներգիայի էլեկտրոնները: Հետեւաբար, բարձր լարման հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակները կարող են աշխատել ավելի հաստ նմուշների հետ: TEM-ի թերություններից մեկը սահմանափակ խորության լուծումն է: TEM պատկերներում էլեկտրոնների ցրման մասին տեղեկատվությունը ստացվում է 3D նմուշից, բայց նախագծվում է 2D դետեկտորի վրա: Հետևաբար, էլեկտրոնային փնջի ուղղությամբ ստացված կառուցվածքի մասին տեղեկատվությունը համընկնում է պատկերի հարթության վրա: Թեև TEM մեթոդի հիմնական խնդիրը նմուշի պատրաստումն է, այն այնքան էլ արդիական չէ նանոնյութերի համար։

Սահմանափակ տարածքի դիֆրակցիան (SAD) եզակի հնարավորություն է տալիս որոշելու առանձին նանոնյութերի բյուրեղային կառուցվածքը, ինչպիսիք են նանոբյուրեղները և նանոդրակները, ինչպես նաև առանձին նմուշների մասերի բյուրեղային կառուցվածքը: Սահմանափակ տարածքից դիֆրակցիան դիտարկելիս կոնդենսատորի ոսպնյակները ապակենտրոնացվում են՝ նմուշի վրա զուգահեռ ճառագայթ ստեղծելու համար, և օգտագործվում է բացվածք՝ դիֆրակցիայի մեջ ներգրավված ծավալը սահմանափակելու համար: Սահմանափակ շրջանից դիֆրակցիոն նախշերը հաճախ օգտագործվում են Bravais ցանցերի տեսակը և բյուրեղային նյութերի ցանցային պարամետրերը որոշելու համար XRD-ում օգտագործվող ալգորիթմով: Չնայած այն հանգամանքին, որ TEM-ը ի վիճակի չէ տարբերակել ատոմները, էլեկտրոնների ցրումը չափազանց զգայուն է թիրախային նյութի նկատմամբ, և մշակվել է քիմիական տարրային վերլուծություն: տարբեր տեսակներսպեկտրոսկոպիա։ Դրանք ներառում են էներգիայի դիսպերսիվ ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիա (EDAX) և էլեկտրոնների էներգիայի կորստի բնորոշ սպեկտրոսկոպիա (EELS):

Փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ և նանոտեխնոլոգիա

Նանոտեխնոլոգիայում TEM-ը օգտագործվում է ոչ միայն կառուցվածքի ախտորոշման և քիմիական վերլուծությունայլ նաև այլ խնդիրների համար: Դրանցից է նանաբյուրեղների հալման կետերի որոշումը, երբ նանաբյուրեղները տաքացնելու համար օգտագործվում է էլեկտրոնային ճառագայթ, իսկ հալման կետը որոշվում է էլեկտրոնային դիֆրակցիոն օրինաչափության անհետացումով։ Մեկ այլ օրինակ է առանձին նանոլարերի և նանոխողովակների մեխանիկական և էլեկտրական պարամետրերի չափումը: Մեթոդը հնարավորություն է տալիս ձեռք բերել միանշանակ հարաբերակցություն նանոլարերի կառուցվածքի և հատկությունների միջև:

Guozhong Cao Ying Wang, Նանոկառուցվածքներ և նանոնյութեր. սինթեզ, հատկություններ և կիրառություն - M .: Գիտական ​​աշխարհ, 2012 թ.

Ներածություն

1. Պատմական նախադրյալներ

2. Փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ

2.1 Էլեկտրոնային աղբյուրներ

2.2 Լուսավորման համակարգ

2.3 Աստիգմատիզմի ուղղում

2.4 Օժանդակ սարքավորումներ OPEM-ի համար

3. Հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակի կիրառում

3.1 Ոչ կենսաբանական նյութեր

3.2 Կենսաբանություն

3.3 Բարձր լարման մանրադիտակ

3.4 Ճառագայթային վնաս

4. TEM-ի ժամանակակից տեսակները

Եզրակացություն

Մատենագիտություն

ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ

Էլեկտրոնային մանրադիտակի տեխնիկան այնպիսի ժողովրդականություն է ձեռք բերել, որ ներկայումս անհնար է պատկերացնել նյութերի հետազոտման լաբորատորիա, որը չի օգտագործում դրանք: Էլեկտրոնային մանրադիտակի առաջին հաջողությունները պետք է վերագրել 1930-ականներին, երբ այն օգտագործվեց մի շարք օրգանական նյութերի և կենսաբանական օբյեկտների կառուցվածքը բացահայտելու համար։ Անօրգանական նյութերի, հատկապես մետաղական համաձուլվածքների ուսումնասիրության մեջ էլեկտրոնային մանրադիտակի դիրքն ամրապնդվեց բարձր լարման (100 կՎ և ավելի բարձր) մանրադիտակների ի հայտ գալուց հետո և ավելին՝ շնորհիվ առարկաներ ստանալու տեխնիկայի կատարելագործման, ինչը հնարավոր դարձրեց. ուղղակիորեն աշխատել նյութի հետ, այլ ոչ թե կրկնօրինակների հետ: Հենց այսպես կոչված փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակն է իր տեսքն ու մշտական ​​զարգացումը պարտական ​​տեղահանումների տեսությանը, նյութերի պլաստիկ դեֆորմացման մեխանիզմին։ Ուժեղ դիրքեր է գրավում էլեկտրոնային մանրադիտակը նյութագիտության մի շարք այլ ճյուղերում։

Էլեկտրոնային մանրադիտակի նկատմամբ աճող հետաքրքրությունը բացատրվում է մի շարք հանգամանքներով։ Սա, առաջին հերթին, մեթոդի հնարավորությունների ընդլայնումն է կցորդների լայն տեսականի ի հայտ գալու պատճառով՝ ցածր (մինչև -150°C) և բարձր (մինչև 1200°C) ջերմաստիճաններում ուսումնասիրությունների, դեֆորմացիայի դիտարկման համար։ ուղղակիորեն մանրադիտակով, առարկաների (մինչև 1 մկմ և պակաս) ռենտգենյան սպեկտրների ուսումնասիրություն, ցրված էլեկտրոններում պատկերների ստացում և այլն: Երկրորդ՝ էլեկտրոնի լուծունակության զգալի աճ (մինչև 1 Ա և պակաս): մանրադիտակներ, ինչը նրանց մրցունակ դարձրեց դաշտային-իոնային մանրադիտակների հետ բյուրեղային ցանցի ուղղակի պատկերներ ստանալու հարցում։ Վերջապես, մանրադիտակային ուսումնասիրություններին զուգահեռ մանրամասնորեն ուսումնասիրելու դիֆրակցիոն օրինաչափությունները մինչև այնպիսի նուրբ մանրամասների դիտարկումը, ինչպիսին է էլեկտրոնների դիֆուզիոն ցրումը:

Սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակը, որը կենտրոնացրել է հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակի բոլոր ձեռքբերումները, նույնպես ավելի ու ավելի է շարժվում:

1. ՊԱՏՄՈՒԹՅԱՆ ՀՂՈՒՄ

Մանրադիտակի պատմությունը բնության առեղծվածները թափանցելու մարդու շարունակական որոնումների պատմությունն է: Մանրադիտակը հայտնվել է 17-րդ դարում, և այդ ժամանակվանից գիտությունն արագորեն առաջ է շարժվում։ Հետազոտողների շատ սերունդներ երկար ժամեր են անցկացրել մանրադիտակի մոտ՝ ուսումնասիրելով աչքով անտեսանելի աշխարհը: Այսօր դժվար է պատկերացնել կենսաբանական, բժշկական, ֆիզիկական, մետալոգրաֆիկ, քիմիական լաբորատորիա առանց օպտիկական մանրադիտակի. հետազոտելով արյան կաթիլները և հյուսվածքների հատվածը՝ բժիշկները եզրակացություն են անում մարդու առողջության վիճակի մասին։ Մետաղական և օրգանական նյութերի կառուցվածքի ստեղծումը հնարավորություն տվեց մշակել մի շարք նոր բարձր ամրության մետաղական և պոլիմերային նյութեր։

Մեր դարը հաճախ անվանում են էլեկտրոնային դարաշրջան: Ատոմի գաղտնիքների մեջ ներթափանցումը հնարավորություն տվեց նախագծել էլեկտրոնային սարքեր՝ լամպեր, կաթոդային խողովակներ և այլն: 1920-ականների սկզբին ֆիզիկոսների մոտ գաղափար առաջացավ օգտագործել էլեկտրոնային ճառագայթ՝ առարկաների պատկեր ստեղծելու համար: Այս գաղափարի իրականացումից առաջացավ էլեկտրոնային մանրադիտակը։

Բազմազան տեղեկություններ ստանալու լայն հնարավորություններ, այդ թվում՝ ատոմին համարժեք առարկաների տարածքներից, խթան հանդիսացան էլեկտրոնային մանրադիտակների կատարելագործման և գիտության և տեխնիկայի գրեթե բոլոր ոլորտներում դրանց օգտագործման համար որպես ֆիզիկական հետազոտությունների և տեխնիկական հսկողության գործիքներ:

Ժամանակակից էլեկտրոնային մանրադիտակն ի վիճակի է տարբերակել միկրոօբյեկտի պատկերի այնպիսի փոքր մանրամասներ, որոնք ոչ մի այլ գործիք ի վիճակի չէ հայտնաբերել։ Նույնիսկ ավելին, քան պատկերի չափն ու ձևը, գիտնականներին հետաքրքրում է միկրոօբյեկտի կառուցվածքը. իսկ էլեկտրոնային մանրադիտակները կարող են պատմել ոչ միայն կառուցվածքի, այլև քիմիական կազմի, միկրոմետրի ֆրակցիաների չափով միկրոօբյեկտի հատվածների կառուցվածքի թերությունների մասին։ Դրա շնորհիվ էլեկտրոնային մանրադիտակի շրջանակն անընդհատ ընդլայնվում է, իսկ սարքն ինքնին ավելի բարդ է դառնում։

Առաջին հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակները գործում էին 30–60 կՎ էլեկտրոնների արագացուցիչ լարմամբ; ուսումնասիրված օբյեկտների հաստությունը հազիվ հասել է 1000 Ա-ի (1 Å - 10 -10 մ): Ներկայումս ստեղծվել են 3 ՄՎ արագացնող լարման էլեկտրոնային մանրադիտակներ, որոնք հնարավորություն են տվել դիտարկել մի քանի միկրոմետրի չափ բարակ առարկաներ։ Այնուամենայնիվ, էլեկտրոնային մանրադիտակի հաջողությունը չի սահմանափակվել արագացնող լարման քանակական աճով։ Նշանային իրադարձություն դարձավ սերիական սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) ստեղծումը, որն անմիջապես ժողովրդականություն ձեռք բերեց ֆիզիկոսների, քիմիկոսների, մետալուրգների, երկրաբանների, բժիշկների, կենսաբանների և նույնիսկ դատաբժշկական փորձագետների շրջանում: Այս սարքի ամենակարևոր առանձնահատկություններն են պատկերի դաշտի մեծ խորությունը, որը մի քանի կարգով ավելի բարձր է, քան օպտիկական մանրադիտակը, և զանգվածային նմուշները գործնականում առանց հատուկ նախապատրաստման ուսումնասիրելու հնարավորությունը: Գաղափարների էվոլյուցիան ֆիզիկան անքակտելիորեն կապված է հետազոտական ​​մեթոդների մշակման հետ, որոնք հնարավորություն են տալիս բացատրել միկրոտիեզերքում տեղի ունեցող երևույթները։ Իրական ֆիզիկական մարմիններն ուսումնասիրող ցանկացած գիտության զարգացման մեջ երկու հարց է առաջանում՝ ինչպե՞ս է մարմինն իրեն պահում որոշակի պայմաններում: Ինչու է այն իրեն պահում որոշակի ձևով: Այս հարցերի առավել ամբողջական պատասխանը կարելի է ստանալ, եթե դիտարկենք մարմնի կառուցվածքը և նրա վարքագիծը բարդ ձևով, այսինքն՝ միկրոմիացումներից և միկրոկառուցվածքից մինչև մակրոպրոցեսորի մակրոկառուցվածք: 19-րդ դարում վերջնականապես ձևակերպվեց պատկերավորման տեսությունը, և ֆիզիկոսների համար ակնհայտ դարձավ, որ մանրադիտակի լուծումը բարելավելու համար անհրաժեշտ է նվազեցնել պատկերը ձևավորող ճառագայթման ալիքի երկարությունը։ Սկզբում այս բացահայտումը գործնական արդյունքների չհանգեցրեց։ Միայն Լուի դը Բրոյլի (1924) աշխատության շնորհիվ, որում մասնիկի ալիքի երկարությունը կապված է նրա զանգվածի և արագության հետ, որից հետևում է, որ էլեկտրոնների համար (ինչպես նաև լուսային լուծույթների համար) պետք է տեղի ունենա դիֆրակցիայի երևույթը։ ; և Բուշը (1926), ովքեր ցույց տվեցին, որ էլեկտրական և մագնիսական դաշտերը գործում են գրեթե օպտիկական ոսպնյակների նման, հնարավոր դարձավ կոնկրետ խոսել էլեկտրոնային օպտիկայի մասին:

1927 թվականին ամերիկացի գիտնականներ Կ.Դևիսոյը և Լ. 1930-ականների սկզբին ակադեմիկոս Ա.Ա.Լեբեդևը մշակեց դիֆրակցիայի տեսությունը, որը կիրառվում էր էլեկտրոնային դիֆրակցիայի գրանցիչի վրա:

Այս հիմնարար աշխատանքների հիման վրա հնարավոր դարձավ ստեղծել էլեկտրոն-օպտիկական սարք, և դը Բրոյլին առաջարկեց դա անել իր ուսանողներից մեկին՝ Լ. Զիլարդին։ Նա, հայտնի ֆիզիկոս Դ. Տաբորի հետ զրույցում, պատմել է նրան դը Բրոյլի առաջարկի մասին, սակայն Գաբորը համոզել է Զիլարդին, որ էլեկտրոնային ճառագայթի ուղու վրա գտնվող ցանկացած առարկա մոխրի վերածվելու է, և, բացի այդ, կենդանի առարկաներին չի կարելի կանխել։ վակուում.

Սզիլարդը մերժեց իր ուսուցչի առաջարկը, բայց մինչ այդ էլեկտրոններ ձեռք բերելու դժվարություններ չկար։ Ֆիզիկոսները և ռադիոճարտարագետները հաջողությամբ աշխատել են վակուումային խողովակների հետ, որոնցում էլեկտրոններ են ստացվել ջերմային արտանետումների կամ, պարզ ասած, թելերի (կաթոդի) տաքացման և էլեկտրոնների ուղղորդված շարժման միջոցով դեպի անոդ (այսինքն՝ հոսանքի անցումը միջով: լամպը) ձևավորվել է անոդի և կաթոդի միջև լարման կիրառմամբ: 1931-ին Ա.Ա.Լեբեդևը առաջարկեց էլեկտրոնային դիֆրակցիայի սխեման էլեկտրոնային փնջի մագնիսական կենտրոնացումով, որը հիմք հանդիսացավ մեր երկրում և արտերկրում արտադրված գործիքների մեծ մասի համար:

1931 թվականին Ռ. Ռուդենբերգը արտոնագրի հայտ ներկայացրեց փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի համար, իսկ 1932 թվականին Մ. Նոլը և Է. Ռուսկան կառուցեցին առաջին նման մանրադիտակը՝ օգտագործելով մագնիսական ոսպնյակներ՝ էլեկտրոնները կենտրոնացնելու համար։ Այս գործիքը ժամանակակից OPEM-ի նախակարապետն էր: (Ռուսկան իր աշխատանքի համար պարգևատրվել է՝ 1986 թվականին ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի արժանանալով):

1938 թվականին Ռուսկան և Բ. ֆոն Բորիսը կառուցեցին արդյունաբերական OPEM-ի նախատիպը Գերմանիայի Siemens-Halske-ի համար; այս գործիքը ի վերջո հնարավորություն տվեց հասնել 100 նմ լուծաչափի: Մի քանի տարի անց Ա. Պրեբուսը և Ջ. Հիլերը կառուցեցին առաջին բարձր լուծաչափով OPEM-ը Տորոնտոյի համալսարանում (Կանադա):

OPEM-ի լայն հնարավորություններն ակնհայտ դարձան գրեթե անմիջապես։ Նրան արդյունաբերական արտադրությունԱյն գործարկվել է միաժամանակ Siemens-Halske-ի կողմից Գերմանիայում և RCA կորպորացիայի կողմից ԱՄՆ-ում: 1940-ականների վերջին այլ ընկերություններ սկսեցին արտադրել նման սարքեր։

SEM-ն իր ներկայիս տեսքով հայտնագործվել է 1952 թվականին Չարլզ Օթլիի կողմից: Ճիշտ է, նման սարքի նախնական տարբերակները կառուցվել են Knoll-ի կողմից Գերմանիայում 1930-ականներին և Zworykin-ի կողմից RCA կորպորացիայի աշխատակիցների հետ 1940-ականներին, բայց միայն Otley սարքը կարող էր հիմք ծառայել մի շարք տեխնիկական բարելավումների համար, որոնք ավարտվեցին SEM-ի արդյունաբերական տարբերակի ներմուծումը արտադրության մեջ 1960-ականների կեսերին: Եռաչափ պատկերով և էլեկտրոնային ելքային ազդանշանով նման բավականին հեշտ օգտագործվող սարքի սպառողների շրջանակն ընդլայնվել է պայթյունի արագությամբ։ Ներկայումս երեք մայրցամաքներում կան տասնյակ արդյունաբերական SEM արտադրողներ և տասնյակ հազարավոր նման սարքեր, որոնք օգտագործվում են լաբորատորիաներում ամբողջ աշխարհում: 1960-ականներին ստեղծվեցին գերբարձր լարման մանրադիտակներ՝ ավելի հաստ նմուշներ ուսումնասիրելու համար: 1970 թվականին շահագործման է հանձնվել 3,5 միլիոն վոլտ: RTM-ը հայտնագործվել է Գ. Բիննիգի և Գ. ) ստացել է ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակ։

Էլեկտրոնային մանրադիտակի մեթոդների լայն զարգացումը մեր երկրում կապված է մի շարք գիտնականների անունների հետ՝ Ն. Ն. Բույնով, Լ. Մ. Ութևսկի, Յու. Ա. Սկակով (հաղորդման մանրադիտակ), Բ. I. B. Borovsky, B. N. Vasichev (ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիա) և այլն: Նրանց շնորհիվ էլեկտրոնային մանրադիտակը լքել է գիտահետազոտական ​​ինստիտուտների պատերը և ավելի ու ավելի է օգտագործվում գործարանային լաբորատորիաներում:

2. ՀԱՂՈՐԴՈՒՄ ԷԼԵԿՏՐՈՆԱՅԻՆ ՄԻԿՐՈՍԿՈՊԻԱ

Էլեկտրոնային մանրադիտակ- սարք, որը թույլ է տալիս ստանալ առարկաների մեծապես ընդլայնված պատկեր՝ օգտագործելով էլեկտրոնները դրանք լուսավորելու համար: Էլեկտրոնային մանրադիտակը (EM) հնարավորություն է տալիս տեսնել այնպիսի մանրամասներ, որոնք չափազանց փոքր են լուսային (օպտիկական) մանրադիտակով լուծելու համար: Էլեկտրոնային մանրադիտակը նյութի կառուցվածքի հիմնարար գիտական ​​հետազոտությունների ամենակարևոր գործիքներից մեկն է, հատկապես գիտության այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են կենսաբանությունը և պինդ վիճակի ֆիզիկան:

Ծանոթանանք ժամանակակից փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի նախագծմանը։

Նկար 1 - Բաժին, որը ցույց է տալիս փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի հիմնական բաղադրիչները

1 - էլեկտրոնային ատրճանակ; 2 - անոդ; 3 – կծիկ ատրճանակի հավասարեցման համար; 4 – ատրճանակի փական; 5 – 1-ին կոնդենսատոր ոսպնյակ; 6 – 2-րդ կոնդենսատոր ոսպնյակ; 7 – կծիկ ճառագայթների թեքման համար; 8 – կոնդենսատոր 2 դիֆրագմ; 9 – օբյեկտիվ ոսպնյակ; 10 – նմուշի բլոկ; 11 – դիֆրակցիոն դիֆրագմ; 12 – դիֆրակցիոն ոսպնյակ; 13 – միջանկյալ ոսպնյակ; 14 – 1-ին պրոյեկցիոն ոսպնյակ; 15 – 2-րդ պրոյեկցիոն ոսպնյակ;

16 – երկդիտակ (խոշորացում 12); 17 – սյունակի վակուումային բլոկ; 18 – տեսախցիկ 35 մմ գլանային ֆիլմի համար; 19 – ֆոկուս էկրան; 20 – ձայնագրման պալատ; 21 – հիմնական էկրան; 22 – իոնների կլանման պոմպ:

Դրա կառուցման սկզբունքը ընդհանուր առմամբ նման է օպտիկական մանրադիտակի սկզբունքին, կան լուսավորման (էլեկտրոնային հրացան), կենտրոնացման (ոսպնյակներ) և ձայնագրման (էկրան) համակարգեր։ Այնուամենայնիվ, այն շատ տարբեր է մանրամասներով. Օրինակ, լույսը ազատորեն տարածվում է օդում, մինչդեռ էլեկտրոնները հեշտությամբ ցրվում են ցանկացած նյութի հետ փոխազդելու ժամանակ և, հետևաբար, կարող են ազատ տեղաշարժվել միայն վակուումում: Այսինքն՝ մանրադիտակը տեղադրվում է վակուումային խցիկում։

Եկեք մանրամասն նայենք մանրադիտակի բաղադրիչներին: Թելերի և արագացնող էլեկտրոդների համակարգը կոչվում է էլեկտրոնային հրացան (1): Ըստ էության, ատրճանակը եռյակի լամպ է հիշեցնում։ Էլեկտրոնների հոսքը արտանետվում է տաք վոլֆրամային մետաղալարով (կաթոդ), հավաքվում է ճառագայթով և արագանում երկու էլեկտրոդների դաշտում։ Առաջինը հսկիչ էլեկտրոդն է, կամ այսպես կոչված «Wenelt մխոցը», շրջապատում է կաթոդը, և դրա վրա կիրառվում է շեղման լարում, կաթոդի նկատմամբ մի քանի հարյուր վոլտ փոքր բացասական ներուժ: Նման պոտենցիալի առկայության պատճառով հրացանից դուրս եկող էլեկտրոնային ճառագայթը կենտրոնացած է Wehnelt մխոցի վրա։ Երկրորդ էլեկտրոդը անոդն է (2), կենտրոնում անցք ունեցող ափսե, որով էլեկտրոնային ճառագայթը մտնում է մանրադիտակի սյունը։ Թելքի (կաթոդի) և անոդի միջև կիրառվում է արագացնող լարում, սովորաբար մինչև 100 կՎ: Որպես կանոն, հնարավոր է լարումը աստիճանաբար փոխել 1-ից մինչև 100 կՎ:

Հրացանի խնդիրն է ստեղծել էլեկտրոնների կայուն հոսք կաթոդի փոքր արտանետվող հատվածով: Որքան փոքր է էլեկտրոններ արձակող տարածքը, այնքան ավելի հեշտ է ստանալ դրանց բարակ զուգահեռ ճառագայթը: Դրա համար օգտագործվում են V-աձև կամ հատուկ սրված կաթոդներ։

Հաջորդը, ոսպնյակները տեղադրվում են մանրադիտակի սյունակում: Ժամանակակից էլեկտրոնային մանրադիտակների մեծ մասն ունի չորսից վեց ոսպնյակ: Էլեկտրոնային ճառագայթը, որը թողնում է հրացանը, ուղղվում է մի զույգ կոնդենսատոր ոսպնյակների միջոցով (5,6) դեպի օբյեկտ: Կոնդենսատորի ոսպնյակը հնարավորություն է տալիս փոխել օբյեկտի լուսավորության պայմանները լայն տիրույթում: Սովորաբար, կոնդենսատորային ոսպնյակները էլեկտրամագնիսական պարույրներ են, որոնցում հոսանք կրող ոլորունները շրջապատված են (բացառությամբ մոտ 2–4 սմ տրամագծով նեղ ալիքի) փափուկ երկաթի միջուկով (նկ. 2):

Երբ կծիկներով հոսող հոսանքը փոխվում է, ոսպնյակի կիզակետային երկարությունը փոխվում է, որի արդյունքում ճառագայթը ընդլայնվում կամ կծկվում է, էլեկտրոններով լուսավորված օբյեկտի տարածքը մեծանում կամ նվազում է:

էլեկտրոնային մանրադիտակի ուղղիչ աստիգմատիզմ

Նկար 2 - Մագնիսական էլեկտրոնային ոսպնյակի պարզեցված դիագրամ

Նշված են բևեռի կտորի երկրաչափական չափերը. գծված գիծը ցույց է տալիս Ամպերի օրենքում երևացող ուրվագիծը: Կտրված գիծը ցույց է տալիս նաև մագնիսական հոսքի գիծը, որը որակապես որոշում է ոսպնյակի կենտրոնացման ազդեցությունը։ Ռ-ումդաշտի ուժը օպտիկական առանցքից հեռու բացվածքում: Գործնականում ոսպնյակի ոլորունները ջրով սառեցվում են, իսկ բևեռի կտորը շարժական է

Մեծ խոշորացում ստանալու համար անհրաժեշտ է օբյեկտը ճառագայթել բարձր խտության հոսքերով։ Կոնդենսատորը (ոսպնյակը) սովորաբար լուսավորում է օբյեկտի տարածքը, որը շատ ավելի մեծ է, քան մեզ հետաքրքրող տարածքը տվյալ խոշորացումով: Սա կարող է հանգեցնել նմուշի գերտաքացման և դրա աղտոտմանը նավթի գոլորշիների քայքայման արտադրանքներով: Օբյեկտի ջերմաստիճանը կարող է կրճատվել երկրորդ կոնդենսատոր ոսպնյակի միջոցով ճառագայթվող տարածքը հասցնելով մոտավորապես 1 մկմ-ի, որը կենտրոնացնում է առաջին կոնդենսատոր ոսպնյակի կողմից արտադրված պատկերը: Սա մեծացնում է էլեկտրոնների հոսքը ուսումնասիրվող նմուշի տարածքով, մեծացնում է պատկերի պայծառությունը, և նմուշն ավելի քիչ աղտոտված է:

Նմուշը (օբյեկտը) սովորաբար տեղադրվում է հատուկ առարկաների պահարանում 2–3 մմ տրամագծով բարակ մետաղական ցանցի վրա: Օբյեկտի ամրակը շարժվում է լծակների համակարգով երկու փոխադարձ ուղղահայաց ուղղություններով, որոնք թեքված են տարբեր ուղղություններով, ինչը հատկապես կարևոր է հյուսվածքի հատվածի կամ բյուրեղային ցանցի այնպիսի թերությունների ուսումնասիրության ժամանակ, ինչպիսիք են տեղահանումները և ներդիրները:

Նկար 3 - Siemens-102 էլեկտրոնային մանրադիտակի բարձր լուծաչափի օբյեկտի բևեռի կոնֆիգուրացիա:

Այս հաջող արդյունաբերական դիզայնում վերին բևեռի փոսի տրամագիծը 2R 1 = 9 մմ, ստորին բևեռի անցքի տրամագիծը 2R 2 = 3 մմ և միջբևեռային բացը S=5 մմ (R 1, R 2 և S են. սահմանված Նկար 2-ում): 1 – օբյեկտի սեփականատեր 2 – նմուշ սեղան, 3 - նմուշ, 4 – օբյեկտիվ դիֆրագմ, 5 – թերմիստորներ, 6 – ոլորուն ոսպնյակ, 7 - վերին բևեռի կտոր, 8 – սառեցված ձող, 9 – ստորին բևեռի կտոր, 10 – խարանիչ, 11 - հովացման համակարգի ալիքներ, 12 – սառեցված դիֆրագմ

Մանրադիտակի սյունակում օգտագործելով վակուումային համակարգպոմպումը ստեղծում է համեմատաբար ցածր ճնշում՝ մոտավորապես 10 -5 մմ Hg: Արվեստ. Սա բավականին շատ ժամանակ է պահանջում: Սարքի շահագործման համար պատրաստումն արագացնելու համար օբյեկտի խցիկին կցվում է առարկաների արագ փոփոխման հատուկ սարք: Այս դեպքում միայն շատ փոքր քանակությամբ օդ է մտնում մանրադիտակ, որը հեռացվում է վակուումային պոմպերի միջոցով: Նմուշի փոփոխությունը սովորաբար տևում է 5 րոպե:

Պատկեր.Երբ էլեկտրոնային ճառագայթը փոխազդում է նմուշի հետ, օբյեկտի նյութի ատոմների մոտ անցնող էլեկտրոնները շեղվում են նրա հատկություններով որոշված ​​ուղղությամբ։ Սա հիմնականում պայմանավորված է պատկերի տեսանելի հակադրությամբ: Բացի այդ, էլեկտրոնները դեռ կարող են ենթարկվել ոչ առաձգական ցրման՝ կապված դրանց էներգիայի և ուղղության փոփոխության հետ, անցնել օբյեկտի միջով առանց փոխազդեցության կամ կլանվել օբյեկտի կողմից: Երբ էլեկտրոնները ներծծվում են նյութի կողմից, առաջանում է լույս կամ ռենտգեն ճառագայթում, կամ ջերմություն է արտազատվում։ Եթե ​​նմուշը բավականաչափ բարակ է, ապա ցրված էլեկտրոնների բաժինը փոքր է: Ժամանակակից մանրադիտակների նախագծերը հնարավորություն են տալիս պատկերի ձևավորման համար օգտագործել բոլոր այն էֆեկտները, որոնք առաջանում են էլեկտրոնային ճառագայթի և առարկայի փոխազդեցությունից:

Օբյեկտի միջով անցած էլեկտրոնները մտնում են օբյեկտիվ ոսպնյակ (9), որը նախատեսված է առաջին խոշորացված պատկերը ստանալու համար։ Օբյեկտիվ ոսպնյակը մանրադիտակի ամենակարևոր մասերից մեկն է, որը «պատասխանատու» է գործիքի լուծողական ուժի համար։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ էլեկտրոնները ներթափանցում են դեպի առանցքի թեքության համեմատաբար մեծ անկյան տակ, և արդյունքում նույնիսկ աննշան շեղումները զգալիորեն վատթարացնում են օբյեկտի պատկերը։

Նկար 4 - Օբյեկտիվ ոսպնյակի միջոցով առաջին միջանկյալ պատկերի ձևավորումը և շեղման ազդեցությունը:

Վերջնական ընդլայնված էլեկտրոնային պատկերը տեսանելի է դառնում լյումինեսցենտային էկրանի միջոցով, որը փայլում է էլեկտրոնային ռմբակոծության ազդեցության տակ: Այս պատկերը, սովորաբար ցածր հակադրություն է, սովորաբար դիտվում է երկդիտակ լուսային մանրադիտակի միջոցով: Նույն պայծառությամբ նման մանրադիտակը՝ 10 խոշորացումով, կարող է ցանցաթաղանթի վրա 10 անգամ ավելի մեծ պատկեր ստեղծել, քան անզեն աչքով դիտարկելիս: Երբեմն թույլ պատկերի պայծառությունը մեծացնելու համար օգտագործվում է պատկերի ուժեղացուցիչ խողովակով ֆոսֆորի էկրան: Այս դեպքում վերջնական պատկերը կարող է ցուցադրվել սովորական հեռուստատեսային էկրանին՝ թույլ տալով այն ձայնագրել տեսաերիզների վրա: Տեսագրումը օգտագործվում է պատկերներ ձայնագրելու համար, որոնք ժամանակի ընթացքում փոխվում են, օրինակ՝ քիմիական ռեակցիայի պատճառով: Ամենից հաճախ վերջնական պատկերը գրանցվում է լուսանկարչական ֆիլմի կամ լուսանկարչական ափսեի վրա: Լուսանկարչական թիթեղը սովորաբար հնարավորություն է տալիս ավելի հստակ պատկեր ստանալ, քան անզեն աչքով դիտվածը կամ տեսաերիզների վրա գրանցվածը, քանի որ լուսանկարչական նյութերը, ընդհանուր առմամբ, ավելի արդյունավետ են գրանցում էլեկտրոնները: Բացի այդ, լուսանկարչական ֆիլմի մեկ միավորի մակերեսի վրա կարելի է 100 անգամ ավելի շատ ազդանշաններ գրանցել, քան տեսաերիզի մեկ միավորի մակերեսով: Դրա շնորհիվ ֆիլմի վրա գրանցված պատկերը կարող է ավելի մեծանալ մոտ 10 անգամ՝ առանց հստակության կորստի։

Էլեկտրոնային ոսպնյակները՝ և՛ մագնիսական, և՛ էլեկտրաստատիկ, անկատար են: Նրանք ունեն նույն թերությունները, ինչ օպտիկական մանրադիտակի ապակե ոսպնյակները՝ քրոմատիկ, գնդաձեւ շեղում և աստիգմատիզմ։ Քրոմատիկ շեղումը տեղի է ունենում անհամապատասխանության պատճառով կիզակետային երկարությունըտարբեր արագություններով էլեկտրոնների կենտրոնացման ժամանակ: Այս աղավաղումները կրճատվում են՝ կայունացնելով էլեկտրոնային ճառագայթի հոսանքը և ոսպնյակների հոսանքը:

Գնդային շեղումը պայմանավորված է նրանով, որ ոսպնյակի ծայրամասային և ներքին գոտիները պատկեր են կազմում տարբեր կիզակետային երկարություններում։ Մագնիսի կծիկի ոլորումը, էլեկտրամագնիսի միջուկը և կծիկի միջանցքը, որով անցնում են էլեկտրոնները, չի կարելի կատարելապես կատարել: Ասիմետրիա մագնիսական դաշտըոսպնյակը հանգեցնում է էլեկտրոնային հետագծի զգալի կորության:

Աշխատեք մանրադիտակի և դիֆրակցիայի եղանակներով: Ստվերավորված տարածքները նշում են համարժեք ճառագայթների ընթացքը երկու ռեժիմներում:

Եթե ​​մագնիսական դաշտը սիմետրիկ չէ, ապա ոսպնյակը աղավաղում է պատկերը (աստիգմատիզմ)։ Նույնը կարելի է վերագրել էլեկտրաստատիկ ոսպնյակներին: Էլեկտրոդների արտադրության և դրանց հավասարեցման գործընթացը պետք է իրականացվի բարձր աստիճանճշգրիտ, քանի որ դրանից է կախված ոսպնյակների որակը:

Ժամանակակից էլեկտրոնային մանրադիտակների մեծ մասում մագնիսական և էլեկտրական դաշտերի սիմետրիայի խախտումները վերացվում են խարանիչների օգնությամբ։ Էլեկտրամագնիսական ոսպնյակների ալիքներում տեղադրվում են փոքր էլեկտրամագնիսական պարույրներ, փոխելով դրանց միջով անցնող հոսանքը, ուղղում են դաշտը։ Էլեկտրաստատիկ ոսպնյակները համալրվում են էլեկտրոդներով. պոտենցիալը ընտրելով հնարավոր է փոխհատուցել հիմնական էլեկտրաստատիկ դաշտի անհամաչափությունը։ Խարանիչները շատ նուրբ կարգավորում են դաշտերը և հնարավորություն են տալիս հասնել դրանց բարձր համաչափությանը։

Նկար 5 - Ճառագայթների ուղին փոխանցման տիպի էլեկտրոնային մանրադիտակում

Ոսպնյակում ևս երկու կարևոր սարք կա՝ բացվածքի դիֆրագմը և շեղման կծիկները։ Եթե ​​վերջնական պատկերի ձևավորման մեջ ներգրավված են շեղված (ցրված) ճառագայթներ, ապա պատկերի որակը վատ կլինի ոսպնյակի գնդաձև շեղման պատճառով: Օբյեկտիվ ոսպնյակի մեջ տեղադրվում է 40–50 մկմ անցքի տրամագծով բացվածքի դիֆրագմ, որը հետաձգում է 0,5 աստիճանից ավելի անկյան տակ ցրված ճառագայթները: Փոքր անկյան տակ շեղված ճառագայթները ստեղծում են պայծառ դաշտի պատկեր: Եթե ​​բացվածքի դիֆրագմը արգելափակում է փոխանցվող ճառագայթը, ապա պատկերը ձևավորվում է ցրված ճառագայթով: Այս դեպքում այն ​​ստացվում է մութ դաշտում։ Այնուամենայնիվ, մութ դաշտի մեթոդը տալիս է ավելի ցածր որակի պատկեր, քան պայծառ դաշտի մեթոդը, քանի որ պատկերը ձևավորվում է մանրադիտակի առանցքի անկյան տակ հատվող ճառագայթներից, գնդաձև շեղումը և աստիգմատիզմն ավելի ցայտուն են: Էլեկտրոնային փնջի թեքությունը փոխելու համար օգտագործվում են շեղող պարույրներ: Վերջնական պատկերը ստանալու համար անհրաժեշտ է մեծացնել օբյեկտի առաջին ընդլայնված պատկերը: Այդ նպատակով օգտագործվում է պրոյեկցիոն ոսպնյակ: Էլեկտրոնային մանրադիտակի ընդհանուր խոշորացումը պետք է տատանվի լայն տիրույթում՝ սկսած խոշորացույցի (10, 20) մեծացմանը համապատասխանող փոքր խոշորացումից, որի դեպքում կարելի է ուսումնասիրել ոչ միայն օբյեկտի մի մասը, այլև տեսնել ողջ առարկան։ , առավելագույն խոշորացում, որը թույլ է տալիս լիարժեք օգտագործել էլեկտրոնային մանրադիտակի բարձր լուծաչափը (սովորաբար մինչև 200000): Այստեղ արդեն բավարար չէ երկաստիճան համակարգը (ոսպնյակ, պրոյեկցիոն ոսպնյակ): Ժամանակակից էլեկտրոնային մանրադիտակները, որոնք նախատեսված են առավելագույն լուծաչափի համար, պետք է ունենան առնվազն երեք խոշորացույց՝ օբյեկտ, միջանկյալ և պրոյեկցիոն ոսպնյակ: Նման համակարգը երաշխավորում է խոշորացման փոփոխություն լայն տիրույթում (10-ից մինչև 200000):

Խոշորացման փոփոխությունն իրականացվում է միջանկյալ ոսպնյակի հոսանքը կարգավորելու միջոցով։

Ավելի մեծ խոշորացում ստանալուն նպաստող մեկ այլ գործոն ոսպնյակի օպտիկական հզորության փոփոխությունն է։ Ոսպնյակի օպտիկական հզորությունը մեծացնելու համար էլեկտրամագնիսական կծիկի գլանաձեւ ալիքի մեջ տեղադրվում են հատուկ, այսպես կոչված, «բեւեռային ծայրեր»։ Դրանք պատրաստված են փափուկ երկաթից կամ բարձր մագնիսական թափանցելիությամբ համաձուլվածքներից և թույլ են տալիս մագնիսական դաշտը կենտրոնացնել փոքր ծավալով։ Մանրադիտակների որոշ մոդելներում հնարավոր է փոխել բևեռների ծայրերը՝ դրանով իսկ հասնելով օբյեկտի պատկերի լրացուցիչ բարձրացման։

Վերջնական էկրանին հետազոտողը տեսնում է օբյեկտի ընդլայնված պատկերը: Օբյեկտի տարբեր մասերը տարբեր կերպ են ցրում իրենց վրա ընկած էլեկտրոնները: Օբյեկտիվ ոսպնյակից հետո (ինչպես արդեն նշվեց վերևում) կկենտրոնանան միայն էլեկտրոնները, որոնք օբյեկտի միջով անցնելիս շեղվում են փոքր անկյուններով։ Այս նույն էլեկտրոնները կենտրոնացած են էկրանի միջանկյալ և պրոյեկցիոն ոսպնյակների միջոցով վերջնական պատկերի համար: Էկրանի վրա օբյեկտի համապատասխան մանրամասները կլինեն լույս: Այն դեպքում, երբ էլեկտրոնները օբյեկտի հատվածներով անցնելիս շեղվում են մեծ անկյուններով, դրանք հետաձգվում են օբյեկտի ոսպնյակում տեղակայված բացվածքի դիֆրագմայի կողմից, և պատկերի համապատասխան հատվածները էկրանին մուգ կլինեն:

Պատկերը տեսանելի է դառնում լյումինեսցենտային էկրանի վրա (լուսավոր դրա վրա ընկնող էլեկտրոնների ազդեցության տակ): Այն լուսանկարվում է կամ լուսանկարչական ափսեի վրա, կամ ֆիլմի վրա, որոնք գտնվում են էկրանից մի քանի սանտիմետր ներքեւ։ Թեև ափսեը տեղադրված է էկրանի տակ, այն պատճառով, որ էլեկտրոնային ոսպնյակներն ունեն դաշտի և ֆոկուսի բավականին մեծ խորություն, լուսանկարչական ափսեի վրա գտնվող օբյեկտի պատկերի հստակությունը չի վատանում: Ափսեի փոփոխություն - կնքված լյուկի միջոցով: Երբեմն օգտագործվում են ֆոտոշոփեր (12-ից մինչև 24 թիթեղներ), որոնք նույնպես տեղադրվում են կողպեքի խցիկների միջոցով, ինչը հնարավորություն է տալիս խուսափել ամբողջ մանրադիտակի ճնշումից:

Թույլտվություն.Էլեկտրոնային ճառագայթներն ունեն լույսի ճառագայթների նման հատկություններ: Մասնավորապես, յուրաքանչյուր էլեկտրոն բնութագրվում է որոշակի ալիքի երկարությամբ: Էլեկտրոնային մանրադիտակի լուծումը որոշվում է էլեկտրոնների արդյունավետ ալիքի երկարությամբ: Ալիքի երկարությունը կախված է էլեկտրոնների արագությունից և, հետևաբար, արագացնող լարման վրա. որքան մեծ է արագացնող լարումը, այնքան մեծ է էլեկտրոնների արագությունը և ավելի կարճ ալիքի երկարությունը, հետևաբար այնքան բարձր է թույլատրելիությունը: Էլեկտրոնային մանրադիտակի նման զգալի առավելությունը լուծման մեջ

Ջարդման հզորությունը բացատրվում է նրանով, որ էլեկտրոնների ալիքի երկարությունը շատ ավելի փոքր է լույսի ալիքի երկարությունից։ Բայց քանի որ էլեկտրոնային ոսպնյակները այնքան լավ չեն կենտրոնանում, որքան օպտիկականները (լավ էլեկտրոնային ոսպնյակի թվային բացվածքը ընդամենը 0,09 է, մինչդեռ լավ օպտիկական ոսպնյակի համար այս արժեքը հասնում է 0,95-ի), էլեկտրոնային մանրադիտակի լուծումը 50-100 էլեկտրոնային ալիքի երկարություն է: Նույնիսկ էլեկտրոնային մանրադիտակի նման թույլ ոսպնյակների դեպքում կարելի է ձեռք բերել մոտ 0,17 նմ թույլատրելի սահման, ինչը հնարավորություն է տալիս բյուրեղներում առանձնացնել առանձին ատոմները։ Այս կարգի լուծման հասնելու համար անհրաժեշտ է գործիքի շատ զգույշ թյունինգ. Մասնավորապես, պահանջվում են բարձր կայուն սնուցման աղբյուրներ, իսկ գործիքը (որը կարող է ունենալ մոտ 2,5 մ բարձրություն և կշռել մի քանի տոննա) և դրա պարագաները պահանջում են առանց թրթռումների տեղադրում:

0,5 նմ-ից ավելի կետային լուծաչափի հասնելու համար անհրաժեշտ է սարքը պահել գերազանց վիճակում և, ի լրումն, օգտագործել մանրադիտակ, որը հատուկ նախագծված է բարձր լուծաչափ ստանալու հետ կապված աշխատանքների համար: Օբյեկտիվ ոսպնյակի հոսանքի անկայունությունը և օբյեկտի փուլի թրթռումը պետք է նվազագույնի հասցվեն: Քննողը պետք է վստահ լինի, որ օբյեկտի բևեռի ծայրում նախորդ հետազոտություններից առարկաների մնացորդներ չեն մնացել: Դիֆրագմերը պետք է մաքուր լինեն: Մանրադիտակը պետք է տեղադրվի այնպիսի տեղում, որը բավարար է թրթռումների, կողմնակի մագնիսական դաշտերի, խոնավության, ջերմաստիճանի և փոշու առումով: Գնդաձև շեղման հաստատունը պետք է լինի 2 մմ-ից պակաս: Այնուամենայնիվ, ամենաշատը կարևոր գործոններբարձր լուծաչափով աշխատելիս էլեկտրական պարամետրերի կայունությունն է և մանրադիտակի հուսալիությունը: Օբյեկտների աղտոտման արագությունը պետք է լինի 0,1 նմ/րոպից պակաս, և դա հատկապես կարևոր է մութ դաշտի բարձր լուծաչափով աշխատանքի համար:

Ջերմաստիճանի շեղումը պետք է լինի նվազագույն: Աղտոտվածությունը նվազագույնի հասցնելու և բարձր լարման կայունությունը առավելագույնի հասցնելու համար անհրաժեշտ է վակուում, որը պետք է չափվի պոմպի գծի վերջում: Մանրադիտակի ներսը, հատկապես էլեկտրոնային ատրճանակի խցիկի ծավալը, պետք է մանրակրկիտ մաքուր լինի:

Մանրադիտակը ստուգելու համար հարմար առարկաներ են փորձարկման առարկաները, մասամբ գրաֆիտացված ածխածնի մանր մասնիկները, որոնցում տեսանելի են բյուրեղային ցանցի հարթությունները։ Շատ լաբորատորիաներում նման նմուշ միշտ ձեռքի տակ է պահվում մանրադիտակի վիճակը ստուգելու համար, և ամեն օր, բարձր լուծաչափով աշխատանքը սկսելուց առաջ, այս նմուշի վրա ստացվում են 0,34 նմ միջպլանային տարածություն ունեցող հարթությունների համակարգի հստակ պատկերներ։ օգտագործելով նմուշի պահարան առանց թեքության: Գործիքի փորձարկման այս պրակտիկան խիստ խորհուրդ է տրվում: Մանրադիտակը լավագույն վիճակում պահելու համար շատ ժամանակ և էներգիա է պահանջվում: Բարձր լուծաչափ պահանջող հետազոտությունները չպետք է պլանավորվեն այնքան ժամանակ, քանի դեռ գործիքի վիճակը չի պահպանվել համապատասխան մակարդակի վրա, և, որ ավելի կարևոր է, քանի դեռ մանրադիտակը լիովին վստահ չէ, որ բարձր լուծաչափով պատկերների միջոցով ստացված արդյունքները կարդարացնեն ներդրումը: .

Ժամանակակից էլեկտրոնային մանրադիտակները հագեցած են մի շարք սարքերով։ Դիտարկման ընթացքում նմուշի թեքությունը փոխելու համար շատ կարևոր կցորդ (գոնիոմետրիկ սարք): Քանի որ պատկերի կոնտրաստը ստացվում է հիմնականում էլեկտրոնային դիֆրակցիայի շնորհիվ, նմուշի նույնիսկ փոքր թեքությունները կարող են զգալիորեն ազդել դրա վրա: Գոնիոմետրիկ սարքն ունի երկու փոխադարձ ուղղահայաց թեքված առանցք, որոնք գտնվում են նմուշի հարթության մեջ և հարմարեցված են դրա պտտման համար 360°-ով: Երբ թեքված է, սարքը ապահովում է, որ առարկայի դիրքը մնում է անփոփոխ մանրադիտակի առանցքի համեմատ: Գոնիոմետրիկ սարքը անհրաժեշտ է նաև ստերեո պատկերներ ստանալիս՝ բյուրեղային նմուշների կոտրվածքի մակերեսի ռելիեֆը, ոսկրային հյուսվածքների, կենսաբանական մոլեկուլների ռելիեֆը և այլն:

Ստերեոսկոպիկ զույգը ստացվում է էլեկտրոնային մանրադիտակով առարկայի նույն տեղը երկու դիրքով նկարահանելով, երբ այն պտտվում է օբյեկտի առանցքի նկատմամբ փոքր անկյուններով (սովորաբար ±5°):

Օբյեկտների կառուցվածքի փոփոխության մասին հետաքրքիր տեղեկություններ կարելի է ստանալ՝ շարունակաբար վերահսկելով օբյեկտի տաքացումը: Կցվածքի միջոցով հնարավոր է ուսումնասիրել մակերևույթի օքսիդացումը, խանգարման գործընթացը, բազմաբաղադրիչ համաձուլվածքներում փուլային փոխակերպումները, որոշ կենսաբանական պատրաստուկների ջերմային փոխակերպումները, իրականացնել ջերմային մշակման ամբողջական ցիկլ (կռում, կարծրացում, կոփում), և վերահսկվող ջեռուցման և հովացման բարձր տեմպերով: Սկզբում մշակվել են սարքեր, որոնք հերմետիկորեն ամրացված են եղել առարկաների խցիկին։ Հատուկ մեխանիզմի միջոցով առարկան հանվել է սյունակից, ջերմային մշակվել, այնուհետև նորից տեղադրել օբյեկտի խցիկ: Մեթոդի առավելությունը սյունակի աղտոտվածության բացակայությունն է և երկարաժամկետ ջերմային մշակման հնարավորությունը:

Ժամանակակից էլեկտրոնային մանրադիտակներն ունեն սարքեր՝ օբյեկտը անմիջապես սյունակում տաքացնելու համար: Օբյեկտների պահարանի մի մասը շրջապատված է միկրովառարանով: Միկրովառարանների վոլֆրամի պարույրի ջեռուցումն իրականացվում է ուղղակի հոսանքով փոքր աղբյուրից։ Օբյեկտի ջերմաստիճանը փոխվում է, երբ ջեռուցիչի հոսանքը փոխվում է և որոշվում է տրամաչափման կորից: Սարքը պահպանում է բարձր թույլտվություն մինչև 1100°C տաքացնելիս՝ մոտ 30 Å:

Վերջերս ստեղծվել են սարքեր, որոնք հնարավորություն են տալիս տաքացնել առարկան հենց մանրադիտակի էլեկտրոնային ճառագայթով։ Օբյեկտը գտնվում է բարակ վոլֆրամի սկավառակի վրա։ Սկավառակը տաքացվում է ապակենտրոնացված էլեկտրոնային ճառագայթով, որի մի փոքր մասն անցնում է սկավառակի անցքից և ստեղծում օբյեկտի պատկերը։ Սկավառակի ջերմաստիճանը կարող է փոփոխվել լայն շրջանակում՝ փոխելով դրա հաստությունը և էլեկտրոնային ճառագայթի տրամագիծը:

Մանրադիտակում կա նաև սեղան՝ մինչև -140°C սառեցման գործընթացում գտնվող առարկաները դիտարկելու համար: Սառեցումը կատարվում է հեղուկ ազոտով, որը լցվում է Dewar անոթի մեջ, որը միացված է սեղանին հատուկ սառը խողովակով: Այս սարքում հարմար է ուսումնասիրել որոշ կենսաբանական և օրգանական առարկաներ, որոնք ոչնչացվում են էլեկտրոնային ճառագայթի ազդեցության տակ՝ առանց հովացման։

Առարկայի ձգման համար նախատեսված կցորդի միջոցով հնարավոր է ուսումնասիրել մետաղների արատների տեղաշարժը, առարկայի մեջ ճեղքի առաջացման և առաջացման գործընթացը։ Ստեղծվել են նման սարքերի մի քանի տեսակներ։ Ոմանց մոտ մեխանիկական բեռնումն օգտագործվում է բռնակները շարժելով, որոնցում ամրացված է առարկան, կամ ճնշման գավազանով շարժելով, իսկ մյուսները օգտագործում են բիմետալային թիթեղների ջեռուցում: Նմուշը սոսնձված կամ սեղմված է բիմետալիկ թիթեղների վրա, որոնք ջեռուցվելիս հեռանում են իրարից: Սարքը թույլ է տալիս դեֆորմացնել նմուշը 20%-ով և ստեղծել 80 գ ուժ։

Էլեկտրոնային մանրադիտակի ամենակարևոր կցորդը կարելի է համարել միկրոդիֆրակցիոն սարք հատուկ հետաքրքրություն ներկայացնող օբյեկտի որոշակի տարածքի էլեկտրոնային դիֆրակցիոն ուսումնասիրության համար: Ավելին, ժամանակակից մանրադիտակների վրա միկրոդիֆրակցիոն օրինաչափությունը ստացվում է առանց սարքի վերամշակման: Դիֆրակցիոն օրինաչափությունը բաղկացած է մի շարք օղակներից կամ բծերից: Եթե ​​օբյեկտի շատ հարթություններ կողմնորոշված ​​են դիֆրակցիայի համար բարենպաստ կերպով, ապա պատկերը բաղկացած է կենտրոնացված բծերից: Եթե ​​էլեկտրոնային ճառագայթը դիպչում է պատահականորեն կողմնորոշված ​​բազմաբյուրեղի մի քանի հատիկների միանգամից, դիֆրակցիան առաջանում է բազմաթիվ հարթություններով, և ձևավորվում է դիֆրակցիոն օղակների օրինաչափություն: Օղակների կամ բծերի տեղակայմամբ կարելի է որոշել նյութի կառուցվածքը (օրինակ՝ նիտրիդ կամ կարբիդ), նրա քիմիական բաղադրությունը, բյուրեղագրական հարթությունների կողմնորոշումը և նրանց միջև հեռավորությունը։

2.1 Էլեկտրոնային աղբյուրներ

Սովորաբար օգտագործվում են չորս տեսակի էլեկտրոնային աղբյուրներ՝ վոլֆրամի V-աձև կաթոդներ, վոլֆրամի կետային (կետ) կաթոդներ, լանթանի հեքսաբորիդի աղբյուրներ և դաշտային էլեկտրոնային աղբյուրներ։ Այս գլխում համառոտ քննարկվում են յուրաքանչյուր տեսակի էլեկտրոնային աղբյուրի առավելությունները բարձր լուծաչափով հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակի համար և դրանց բնութագրերը: Բարձր լուծաչափությամբ էլեկտրոնային մանրադիտակում օգտագործվող էլեկտրոնային աղբյուրների վրա դրվում են հետևյալ հիմնական պահանջները.

1. Բարձր պայծառություն (ընթացիկ խտություն մեկ միավորի ամուր անկյունում): Այս պահանջի կատարումը կարևոր է ֆազային հակադրություն ունեցող բարձր լուծաչափով պատկերներ ստանալու փորձերի համար, երբ անհրաժեշտ է համատեղել փոքր լուսավորության բացվածքը բավարար հոսանքի խտությամբ, ինչը հնարավորություն է տալիս ճշգրիտ կենտրոնացնել պատկերը բարձր խոշորացմամբ:

2. Էլեկտրոնների օգտագործման բարձր արդյունավետություն (պայծառության հարաբերակցությունը առաջնային էլեկտրոնային փնջի հոսանքի ընդհանուր արժեքին), որը ձեռք է բերվում աղբյուրի փոքր չափի շնորհիվ։ Նմուշի լուսավորված տարածքի կրճատումը նվազեցնում է դրա տաքացումը և ջերմային շեղումը ազդեցության ընթացքում:

3. Երկար կյանք գոյություն ունեցող վակուումի տակ:

4. Կայուն արտանետում երկարաժամկետ (մինչև մեկ րոպե) ազդեցությամբ, որը բնորոշ է բարձր լուծաչափման մանրադիտակին:

Սովորական բարձր լուծաչափի փոխանցման մանրադիտակի համար իդեալական լուսավորության համակարգը կլինի այն, որը թույլ կտա օպերատորին ինքնուրույն վերահսկել նմուշի լուսավորված տարածքի չափը, լուսավորության ինտենսիվությունը և ճառագայթի համահունչությունը: Նման հնարավորությունները ձեռք են բերվում միայն ավտոէլեկտրոնային աղբյուրի հետ աշխատելիս: Այնուամենայնիվ, լաբորատորիաների մեծ մասի համար վոլֆրամի կետային կաթոդի օգտագործումը լավագույն փոխզիջումն է և՛ ծախսերի, և՛ արդյունավետության համար բարձր լուծաչափի փոխանցման մանրադիտակի համար: Ներկայումս դիտարկվում է նաև լանթանի հեքսաբորիդից աղբյուրներ օգտագործելու հնարավորությունը։ Խոստումնալից է նաև լազերային ճառագայթով տաքացվող կաթոդը, որի պայծառությունը, ըստ տեղեկությունների, 3000 անգամ գերազանցում է V-աձև կաթոդի պայծառությունը, որի աղբյուրի արդյունավետ տրամագիծը մոտ 10 նմ է: Այս կաթոդները գործում են չափավոր վակուումում (10 -4 Torr):

2.2. Լուսավորման համակարգ

Նմուշ

Նկար 6 - Ժամանակակից էլեկտրոնային մանրադիտակի լուսավորման համակարգ

Համակարգն ունի երկու կոնդենսատոր ոսպնյակներ C1(ուժեղ ոսպնյակ) և C2(թույլ ոսպնյակ): Ֆ- կաթոդ; Վ– Wepelt գլան; S-ը երևակայական էլեկտրոնային աղբյուր է, S-ը և S-ը նրա պատկերներն են. SA2 -երկրորդ կոնդենսատորի դիֆրագմը: Հեռավորություններ U 1 , U 2 , Վ 1 ,Վ 2-ը էլեկտրոնային օպտիկական պարամետրեր են, մինչդեռ հեռավորությունները Դ 1 , Դ 2 , Դ 3 հեշտությամբ չափվում է մանրադիտակի սյունակում: .

Նկ. Նկար 6-ում ներկայացված են երկու կոնդենսատոր ոսպնյակներ, որոնք ներառված են էլեկտրոնային մանրադիտակի լուսավորման համակարգում: Սովորաբար հնարավոր է ինքնուրույն փոխել այս ոսպնյակների կիզակետային երկարությունը (C1 և C2) . Առաջին կոնդենսատորի ոսպնյակի գրգռումը փոխվում է ճշգրտման կոճակի միջոցով, որը երբեմն կոչվում է «տեղի չափ»: Սովորաբար, ընտրվում է այնպիսի գրգռում, որում S, S» հարթությունները և նմուշի մակերեսը միաձուլված են, այսինքն, այնպես, որ աղբյուրի կենտրոնացված պատկերը ձևավորվի նմուշի վրա (կենտրոնացված լուսավորություն):

V-աձև կաթոդի համար աղբյուրի չափը մոտավորապես 30 մկմ է: Նմուշի անցանկալի տաքացումը և ճառագայթային վնասը կանխելու համար անհրաժեշտ է դրա վրա ձևավորել աղբյուրի կրճատված պատկեր: Աշխատանքային հեռավորությունը D 3 պետք է լինի նաև բավականաչափ մեծ, որպեսզի թույլ տա օբյեկտի պահողին տեղաշարժվել նմուշը փոխելիս: Մեկ կոնդենսատոր ոսպնյակ օգտագործելիս դժվար է բավարարել այս հակասական պահանջները՝ ցածր խոշորացում մեծ հեռավորության վրա D 3, քանի որ դրա համար անհրաժեշտ է, որ D 1 հեռավորությունը չափազանց մեծ լինի: Հետևաբար, սովորաբար օգտագործվում է ուժեղ առաջին կոնդենսատոր C1 ոսպնյակը, որը ծառայում է աղբյուրի պատկերը 5–100 գործակցով նվազեցնելու համար, իսկ երկրորդ թույլ C2 ոսպնյակը, որը հաջորդում է առաջինին մոտ 3 խոշորացումով, ապահովում է աշխատանքային մեծ հեռավորություն։ ,

2.3 Աստիգմատիզմի ուղղում

Օբյեկտիվ ոսպնյակի խարանչի կարգավորումը շատ կարևոր է բարձր լուծաչափն ապահովելու համար: Որոշ սարքեր կարգավորում են աստիգմատիզմը և՛ ուղղությամբ, և՛ ուժով, իսկ մյուսները ապահովում են աստիգմատիզմի ուժի կարգավորում երկու ֆիքսված ուղղանկյուն ուղղություններով: Առաջին հերթին աստիգմատիզմը պետք է կոպիտ շտկել խարանիչով, քանի դեռ չի ստացվել Ֆրենելի օղակի համաչափությունը։ Բարձր լուծաչափով աշխատելիս անհրաժեշտ է հնարավորինս ճշգրիտ շտկել աստիգմատիզմը, ինչը կարելի է անել բարակ ամորֆ ածխածնային թաղանթի կառուցվածքը բարձր խոշորացումով պատկերելու միջոցով։ Առնվազն 400,000x մանրադիտակի մեծացում և օպտիկական երկդիտակ x10 անհրաժեշտ է 0,3 նմ պատկերի մանրամասներում աստիգմատիզմը ուշադիր շտկելու համար: Օգտագործեք ֆոկուսի և խարանի կոճակները՝ նվազագույն կոնտրաստը ձեռք բերելու համար, որը ձեռք է բերվում՝ օգտագործելով լավագույն ճշգրտման կոճակները: Երբ ոսպնյակը թերկենտրոնացված է մի քանի տասնյակ նանոմետրերով, ածխածնային թաղանթի միատեսակ հատիկավոր կառուցվածքը պետք է տեսանելի լինի առանց անիզոտրոպիայի ցանկացած նախընտրելի ուղղությամբ: Սա բարդ ընթացակարգ է, որը պահանջում է զգալի հմտություններ: Օպտիկական ռենտգեն դիֆրակցիոն օրինաչափությունը աստիգմատիզմի շտկման ճիշտությունը ստուգելու ամենաարագ միջոցն է, և դրա օգտագործումը հատկապես կարևոր է աստիգմատիզմի շտկման ընթացակարգին տիրապետելիս: Հետևյալ կետերը կարևոր են.

1. Աչքերը պետք է լիովին հարմարվեն մթությանը։ Դա անելու համար մթության մեջ անցկացրեք առնվազն 20 րոպե:

2. Օբյեկտիվ ծիածանաթաղանթի և սառեցված ծիածանաթաղանթի դիրքն ու մաքրությունը ոսպնյակի դաշտում էապես կազդեն խարանիչի պահանջվող կարգավորումների վրա: Երբեք մի դիպչեք աստիգմատիզմը շտկելուց հետո, նախքան նկարը լուսանկարելը: Ամենակարևորը՝ աստիգմատիզմը ժամանակի ընթացքում չի փոխվում և հնարավոր է շտկել։ Օբյեկտիվ դիֆրագմայի աննշան աղտոտումը չի ստեղծում միջամտություն, որը հնարավոր չէ շտկել խարանիչով: Կեղտոտ դիֆրագմը, որը ստեղծում է դաշտի տատանումներ, ավելի լուրջ միջամտություն է։ Ստուգեք, թե որքան կեղտոտ է ոսպնյակի ծիածանաթաղանթը, այն տեղափոխելով պատկերը դիտելիս: Փոքր բացվածքի տեղաշարժերի դեպքում աստիգմատիզմի ուժեղ վատթարացում չպետք է լինի: Սառեցված դիֆրագմայի բացվածքի մաքրությունը կարելի է ստուգել այն մեծացմամբ, որով այն սահմանափակում է տեսադաշտը: Ստուգումն իրականացվում է սառեցված դիֆրագմը թեթևակի տեղափոխելով, հնարավորության դեպքում՝ դիտելով փոքր խոշորացումով:

3. Աստիգմատիզմի շտկման հոսանքը տատանվում է կախված օգտագործվող օբյեկտի պահարանի տեսակից, արագացնող լարումից և օբյեկտիվ ոսպնյակի շարժիչ հոսանքից: Վերջինս փոքր-ինչ կախված է խոշորացումից, հնարավոր է ոսպնյակների մագնիսական փոխազդեցության պատճառով:

4. Ծանր աստիգմատիզմի տարածված պատճառն այն է, որ բևեռի բևեռի մեջ փշրված կամ մասամբ գոլորշիացված նմուշի առկայությունն է:

5. Աստիգմատիզմը շտկելու իմաստ չկա, քանի դեռ սառեցված դիֆրագմը չի հասել հեղուկ ազոտի ջերմաստիճանի, և քանի դեռ սառեցված դիֆրագմային ջրամբարը պետք է պարբերաբար լցվի հեղուկ ազոտով (ցանկալի է պոմպով): Աստիգմատիզմը նույնպես արագ է ի հայտ գալիս, երբ հեղուկ ազոտը գոլորշիանում է ջրամբարից, ինչի հետևանքով դիֆրագմը շարժվում է տաքանալիս: Տանկը լցնելու սկզբից դիֆրագմայի ջերմաստիճանի կայունացման համար կարող է տևել առնվազն կես ժամ:

Բարձր լուծաչափով պատկերների զգայունությունը աստիգմատիզմի նկատմամբ կարելի է դատել՝ դիտելով գրաֆիտացված ածխածնի հարթությունները պայծառ դաշտում՝ չթեքված լուսավորությամբ՝ խարանիչը կարգավորելիս: Բոլոր հնարավոր ուղղություններով տեղադրված վանդակաճաղերի ինքնաթիռների պատկերներ ստանալու համար անհրաժեշտ է ճշգրիտ փոխհատուցել աստիգմատիզմը երկու ուղղությամբ: Ավելի հեշտ է պատկերել վանդակաճաղերի հարթությունները մեկ ուղղությամբ, բայց դա չի ապահովում աստիգմատիզմի ուղղման ճշգրիտ հսկողություն:

Ի վերջո, արժե կրկնել, որ ոսպնյակի բացվածքի յուրաքանչյուր շարժումից հետո անհրաժեշտ է շտկել աստիգմատիզմը:

2.4 Աքսեսուարներ սովորականի համար փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ բարձր լուծում

Բացի բուն մանրադիտակից, կան տարբեր օժանդակ սարքեր, լրացնելով մանրադիտակը, որոնք ավելի վաղ նշվել էին այս գրքում։ Հավաքականորեն դրանք բոլորն էլ ներառված են այս բաժնում:

1. Զանգվածային սպեկտրոմետրը կամ մասնակի ճնշման չափիչը չափազանց օգտակար հավելում է էլեկտրոնային մանրադիտակի համար: Զանգվածային սպեկտրոմետրը տալիս է մանրադիտակի աղտոտման արտադրանքի ամբողջական վերլուծություն: Որոշ սարքեր իրենց կառուցվածքում ունեն մագնիսներ, այդպիսի սարքը պետք է տեղադրվի՝ հաշվի առնելով էլեկտրոնային մանրադիտակի պատկերի վրա հնարավոր ազդեցությունը:

2. Բարձր թույլտվությամբ աշխատելիս օգտակար է օգտագործել շշալցված չոր ազոտ։ Մանրադիտակը լցվում է չոր ազոտով, երբ ներքին վերանորոգման կարիք կա՝ սյուն ներթափանցող ջրի գոլորշիների քանակը նվազեցնելու համար:

3. Օբյեկտիվ ոսպնյակի կիզակետի փոփոխվող երկարության պայմաններում սարքի խոշորացումը չափորոշելու համար օգտակար է օգտագործել օբյեկտիվ ոսպնյակի հոսանքը չափող սարք:

4. Հաշվի առնելով ջերմային կայունության ապահովման կարևորությունը մութ դաշտում երկար բացահայտումներով պատկերներ լուսանկարելիս, խորհուրդ է տրվում ունենալ հեղուկ ազոտի մղման պոմպ:

5. Մանրադիտակի ատրճանակի խցիկը մաքրելուց հետո մնացած փոշին կամ արտադրանքի մնացորդը փչելու համար միշտ լավ գաղափար է ունենալ վարդակով փչակ:

3 . ՀԱՂՈՐԴԱԿԱՆ ԷԼԵԿՏՐՈՆԱՅԻՆ ՄԻԿՐՈՍԿՈՊԻ ԿԻՐԱՌՈՒՄՆԵՐԸ

Կենսաբանության և նյութագիտության ոլորտում հազիվ թե գտնվի հետազոտության որևէ հատված, որտեղ հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակը (TEM) չի կիրառվել. դա պայմանավորված է նմուշների պատրաստման տեխնիկայի առաջընթացով:

Էլեկտրոնային մանրադիտակում օգտագործվող բոլոր տեխնիկան ուղղված է չափազանց բարակ նմուշ ստանալուն և առավելագույն հակադրություն ապահովելուն դրա և այն ենթաշերտի միջև, որն անհրաժեշտ է որպես հենարան: Հիմնական տեխնիկան նախատեսված է 2–200 նմ հաստությամբ նմուշների համար, որոնք ամրացված են բարակ պլաստիկ կամ ածխածնային թաղանթներով, որոնք տեղադրվում են մոտ 0,05 մմ բջիջի չափով ցանցի վրա: (Համապատասխան նմուշը, անկախ նրանից, թե որ ձևով է ստացվում, մշակվում է, որպեսզի մեծացվի էլեկտրոնների ցրման ինտենսիվությունը հետազոտվող օբյեկտի վրա:) Եթե կոնտրաստը բավականաչափ բարձր է, ապա դիտորդի աչքը կարող է տարբերակել մանրամասները, որոնք գտնվում են 0,1 հեռավորության վրա: - 0,2 մմ առանց միմյանցից լարվածության: Հետևաբար, որպեսզի էլեկտրոնային մանրադիտակով ստեղծված պատկերը կարողանա տարբերակել նմուշի վրա 1 նմ հեռավորությամբ առանձնացված մանրամասները, անհրաժեշտ է 100-200 հազար կարգի ընդհանուր մեծացում: Լավագույն մանրադիտակները կարող են ստեղծել մի պատկեր: նմուշ լուսանկարչական ափսեի վրա նման խոշորացումով, բայց ցուցադրված է չափազանց փոքր տարածք: Սովորաբար միկրոգրաֆն արվում է ավելի ցածր խոշորացմամբ, այնուհետև լուսանկարչականորեն մեծանում: Լուսանկարչական ափսեը լուծում է մոտ 10000 տող 10 սմ երկարությամբ: Եթե ​​յուրաքանչյուր տող նմուշի վրա համապատասխանում է 0,5 նմ երկարությամբ որոշակի կառուցվածքի, ապա նման կառուցվածք գրանցելու համար անհրաժեշտ է առնվազն 20000-ով ավելացում, մինչդեռ TEM-ի կիրառմամբ կարելի է լուծել մոտ 1000 տող։

3.1 Ոչ կենսաբանական նյութեր

Այսօրվա բարձրորակ էլեկտրոնային մանրադիտակի հիմնական նպատակն է պատկերացնել անկատար բյուրեղային նյութերի ուլտրակառույցի մանրամասները: Ներկայումս չկան այլ մեթոդներ, որոնք կարող են նման տեղեկատվություն տրամադրել ատոմային լուծման մակարդակում կամ տարրական բջիջների լուծման մակարդակում: Բյուրեղային թերությունների կառուցվածքի մանրամասն ըմբռնումը որոշում է առաջընթացը ինչպես բյուրեղների քիմիայում, այնպես էլ նյութերի ամրության ուսումնասիրության ոլորտում: Օգտագործելով էլեկտրոնային ճառագայթ՝ բյուրեղներում քիմիական ռեակցիայի արագությունը վերահսկելու համար, կարելի է նաև ուսումնասիրել արատների շարժումը փուլային անցումների ժամանակ գրեթե ատոմային մակարդակում։ Բարձր լուծաչափով էլեկտրոնային մանրադիտակը լայնորեն կիրառվում է նաև շատ փոքր բյուրեղների միկրոկառուցվածքն ուսումնասիրելու համար, որոնցից հնարավոր չէ ստանալ ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափություն։ AT վերջին տարիներըայս մեթոդը լայնորեն կիրառվում է օգտակար հանածոների և կերամիկական նյութերի ուսումնասիրության համար:

Հանքանյութերի ուսումնասիրությունները կրկնօրինակման մեթոդով սկսվել են մի քանի տասնամյակ առաջ: Միկան և կավային միներալներն առաջինն էին, որոնք ուղղակիորեն ուսումնասիրվեցին փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի միջոցով: Առաջին հանքաբաններից են, ովքեր իրենց հետազոտություններում օգտագործել են էլեկտրոնային մանրադիտակներ, Ռիբբեն, ՄակՔոնելը և Ֆլիթը: McLaren-ի և Fakey-ի (1965 թվականից) և Nissen-ի (1967 թվականից) աշխատանքը մեծ ազդեցություն է ունեցել հանքաբանության մեջ կիրառվող էլեկտրոնային մանրադիտակի զարգացման վրա. նրանց հետազոտական ​​ծրագիրն ամբողջությամբ նվիրված էր միներալների էլեկտրամանրադիտակային ուսումնասիրությանը: 1970-ին TEM մեթոդներով լուսնային նյութերի ուսումնասիրության վրա աշխատանքը նպաստեց միներալների էլեկտրոնային մանրադիտակի արտասովոր բումի առաջացմանը, որում հանքագետների հետ միասին ներգրավված էին նյութերի գիտնականներ և ֆիզիկոսներ: Հինգ տարվա ընթացքում նրանց ձեռք բերած արդյունքները, որոնք հսկայական ազդեցություն են ունեցել ժամանակակից հանքաբանության վրա, ցույց են տվել, որ էլեկտրոնային մանրադիտակը շատ հզոր գործիք է գիտնականի ձեռքում։ Մինչ օրս նոր տվյալները զգալի ներդրում են ունեցել ֆելդսպարների և պիրոքսենների կառուցվածքի վերծանման գործում, և հանքանյութերի գրեթե բոլոր խմբում էլեկտրոնային մանրադիտակի օգտագործմամբ ուսումնասիրությունները բացահայտում են մի շարք անսպասելի հատկություններ:

Էլեկտրոնային մանրադիտակն օգտագործվել է նաև երկրային, լուսնային և երկնաքարային ապարների տարիքը որոշելու համար։ Այս դեպքում օգտագործվել է այն փաստը, որ միջուկի ռադիոակտիվ քայքայման ժամանակ մասնիկներ են արձակվում, որոնք ներթափանցում են շրջակա նյութը բարձր արագությունեւ բյուրեղի մեջ թողնելով տեսանելի «հետք»։ Նման հետքերը կարելի է տեսնել էլեկտրոնային մանրադիտակով, օգտագործելով այն սկանավորման կամ փոխանցման ռեժիմներում: Ռադիոակտիվ ընդգրկման շուրջ քայքայման ուղիների խտությունը համաչափ է բյուրեղի տարիքին, և դրանց երկարությունը մասնիկի էներգիայի ֆունկցիան է: Երկար հետքեր, որոնք ցույց են տալիս բարձր մասնիկների էներգիան, հայտնաբերվել են լուսնային ժայռի վիտլոկիտի ընդգրկումների շուրջ; Հաթչոնը և Փրայսը այս անսովոր երկար հետքը վերագրեցին 244 Rho տարրի քայքայմանը, որն իր կարճ կիսամյակի պատճառով մինչ այժմ անհետացել է, բայց դեռ կարող էր գոյություն ունենալ 4 միլիարդ տարի առաջ: Լուսնի մակերևույթից կամ երկնաքարերից վերցված նյութի հետքերը (նկ. 7) տեղեկատվություն են տալիս տիեզերական ճառագայթման էվոլյուցիայի մասին և թույլ են տալիս եզրակացություններ անել Տիեզերքի տարիքի և կազմի վերաբերյալ:

Հետագծի բարձր խտությունը պայմանավորված է էներգետիկորեն ավելի ծանր միջուկների (հիմնականում Fe) առկայությամբ արեգակնային բռնկումից առաջ երկնաքարի ձևավորումից առաջ: Ուշագրավ է պինդ լուծույթների քայքայման պատճառով աղյուսակային կառուցվածքը։

Նկար 7 - Պեզիանո երկնաքարից պիրոքսենի հատիկի մութ դաշտի TEM նկարը

TEM-ը օգտագործվում է նյութերի հետազոտության մեջ՝ ուսումնասիրելու բարակ բյուրեղները և տարբեր նյութերի միջերեսները: Միջերեսի բարձր լուծաչափի պատկեր ստանալու համար նմուշը լցնում են պլաստմասսայով, նմուշը կտրում են միջերեսին ուղղահայաց, այնուհետև այն նոսրացնում են, որպեսզի միջերեսը տեսանելի լինի սուր եզրին։ Բյուրեղային ցանցը ուժեղորեն ցրում է էլեկտրոնները որոշակի ուղղություններով՝ տալով դիֆրակցիոն օրինաչափություն։ Բյուրեղային նմուշի պատկերը մեծապես որոշվում է այս նկարով. հակադրությունը մեծապես կախված է բյուրեղային ցանցի կողմնորոշումից, հաստությունից և կատարելությունից: Պատկերի հակադրության փոփոխությունները հնարավորություն են տալիս ուսումնասիրել բյուրեղյա վանդակը և դրա թերությունները ատոմային չափերի մասշտաբով: Այս եղանակով ստացված տեղեկատվությունը լրացնում է զանգվածային նմուշների ռենտգենյան անալիզով տրամադրվածը, քանի որ EM-ը հնարավորություն է տալիս ուղղակիորեն տեսնել տեղահանումները, կուտակման անսարքությունները և հատիկների սահմանները բոլոր մանրամասներով: Բացի այդ, էլեկտրոնային դիֆրակցիայի օրինաչափությունները կարելի է վերցնել EM-ում և կարելի է դիտարկել նմուշի ընտրված տարածքներից դիֆրակցիոն օրինաչափություններ: Եթե ​​ոսպնյակի դիֆրագմը կարգավորվում է այնպես, որ դրա միջով անցնի միայն մեկ ցրված և չցրված կենտրոնական ճառագայթ, ապա հնարավոր է ստանալ բյուրեղային հարթությունների որոշակի համակարգի պատկեր, որը տալիս է այս ցրված ճառագայթը: Ժամանակակից գործիքները հնարավորություն են տալիս լուծել 0,1 նմ լարման ժամանակաշրջանները: Բյուրեղները կարող են ուսումնասիրվել նաև մութ դաշտի պատկերման միջոցով, որի դեպքում կենտրոնական ճառագայթը արգելափակված է այնպես, որ պատկերը ձևավորվում է մեկ կամ մի քանի ցրված ճառագայթներով: Այս բոլոր մեթոդները կարևոր տեղեկություններ են տվել շատ նյութերի կառուցվածքի մասին և զգալիորեն պարզաբանել են բյուրեղների ֆիզիկան և դրանց հատկությունները։ Օրինակ, բարակ փոքր չափի քվազիկրիստալների բյուրեղային ցանցի TEM պատկերների վերլուծությունը նրանց էլեկտրոնային դիֆրակցիայի օրինաչափությունների վերլուծության հետ համատեղ 1985 թվականին հնարավորություն տվեց հայտնաբերել հինգերորդ կարգի սիմետրիա ունեցող նյութեր:

3.2 Կենսաբանական

Էլեկտրոնային մանրադիտակը լայնորեն կիրառվում է կենսաբանական և բժշկական հետազոտություն. Մշակվել են OPEM-ում հետազոտությունների համար բարակ հյուսվածքի հատվածներ ամրացնելու, լցնելու և ստանալու տեխնիկա: Այս տեխնիկան հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել բջիջների կազմակերպումը մակրոմոլեկուլային մակարդակում։ Էլեկտրոնային մանրադիտակը բացահայտեց բջջի բաղադրիչները և մեմբրանների կառուցվածքի մանրամասները, միտոքոնդրիումները, էնդոպլազմիկ ցանցը, ռիբոսոմները և բջիջը կազմող բազմաթիվ այլ օրգանելներ։ Նմուշը նախ ամրացվում է գլյուտարալդեհիդով կամ այլ ֆիքսատորներով, այնուհետև ջրազրկվում և տեղադրվում է պլաստիկի մեջ: Կրիոֆիկացիայի մեթոդները (ֆիքսումը շատ ցածր - կրիոգեն - ջերմաստիճաններում) թույլ են տալիս պահպանել կառուցվածքը և կազմը առանց քիմիական ֆիքսատորների օգտագործման: Բացի այդ, կրիոգեն մեթոդները թույլ են տալիս պատկերել սառեցված կենսաբանական նմուշները՝ առանց ջրազրկման: Օգտագործելով հղկված ադամանդի կամ փշրված ապակու շեղբերով ուլտրամիկրոտոմներ, կարելի է հյուսվածքների հատվածներ պատրաստել 30–40 նմ հաստությամբ: Մոնտաժված պատրաստուկները կարող են ներկվել ծանր մետաղների միացություններով (կապար, օսմիում, ոսկի, վոլֆրամ, ուրան) առանձին բաղադրիչների կամ կառուցվածքների հակադրությունը բարձրացնելու համար:

Կենսաբանական ուսումնասիրությունները տարածվել են միկրոօրգանիզմների, հատկապես վիրուսների վրա, որոնք չեն լուծվում լուսային մանրադիտակներով։ TEM-ը հնարավորություն տվեց բացահայտել, օրինակ, բակտերիոֆագների կառուցվածքը և վիրուսների սպիտակուցային թաղանթներում ենթամիավորների գտնվելու վայրը։ Բացի այդ, դրական և բացասական գունազարդման մեթոդները կարողացել են բացահայտել կառուցվածքը ստորաբաժանումներով մի շարք այլ կարևոր կենսաբանական միկրոկառուցվածքներում: Նուկլեինաթթվի կոնտրաստի ուժեղացման տեխնիկան հնարավորություն է տվել դիտարկել միակողմանի և երկշղթա ԴՆԹ: Այս երկար, գծային մոլեկուլները տարածվում են հիմնական սպիտակուցի շերտի մեջ և քսվում բարակ թաղանթի վրա: Այնուհետև վակուումային նստեցման միջոցով նմուշի վրա կիրառվում է ծանր մետաղի շատ բարակ շերտ: Ծանր մետաղի այս շերտը «ստվերում է» նմուշը, ինչի շնորհիվ վերջինս OPEM-ում դիտարկելիս թվում է, թե լուսավորված է այն կողմից, որտեղից նստել է մետաղը։ Եթե, այնուամենայնիվ, նմուշը պտտվում է նստվածքի ժամանակ, ապա մետաղը բոլոր կողմերից հավասարաչափ կուտակվում է մասնիկների շուրջը (ձնագնդի նման):

3.3 Բարձր լարման մանրադիտակ

Ներկայումս արդյունաբերությունը արտադրում է OPEM-ի բարձրավոլտ տարբերակներ՝ 300-ից 400 կՎ արագացնող լարմամբ: Նման մանրադիտակներն ունեն ավելի բարձր ներթափանցման հզորություն, քան ցածր լարման գործիքները, և գրեթե նույնքան լավն են, որքան նախկինում կառուցված 1 միլիոն վոլտ մանրադիտակները: Ժամանակակից բարձր լարման մանրադիտակները բավականին կոմպակտ են և կարող են տեղադրվել սովորական լաբորատոր սենյակում: Նրանց թափանցող հզորությունը շատ արժեքավոր հատկություն է ավելի հաստ բյուրեղների թերությունների ուսումնասիրության համար, հատկապես նրանց, որոնցից անհնար է բարակ նմուշներ պատրաստել: Կենսաբանության մեջ նրանց բարձր թափանցող ուժը հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել ամբողջ բջիջները՝ առանց դրանք կտրելու։ Բացի այդ, այս մանրադիտակները կարող են օգտագործվել հաստ առարկաների եռաչափ պատկերներ ստանալու համար:

3.4 Ճառագայթային վնաս

Քանի որ էլեկտրոնները իոնացնող ճառագայթներ են, EM-ի նմուշը մշտապես ենթարկվում է դրան: Հետեւաբար, նմուշները միշտ ենթարկվում են ճառագայթային վնասների: Ռադիացիայի բնորոշ չափաբաժինը, որը կլանված է բարակ նմուշով OPEM-ում միկրոլուսանկարի ձայնագրման ժամանակ, մոտավորապես համապատասխանում է այն էներգիային, որը բավարար կլինի 4 մ խորությամբ 1 հա մակերեսով լճակից սառը ջուրն ամբողջությամբ գոլորշիացնելու համար: Նմուշի ճառագայթային վնասը նվազեցնելու համար անհրաժեշտ է օգտագործել տարբեր մեթոդներդրա պատրաստումը՝ ներկում, լցնում, սառչում։ Բացի այդ, հնարավոր է պատկեր գրանցել էլեկտրոնային չափաբաժիններով, որոնք 100–1000 անգամ ավելի ցածր են, քան ստանդարտ մեթոդով, այնուհետև այն բարելավել՝ օգտագործելով համակարգչային պատկերների մշակման մեթոդները:

4 . ԺԱՄԱՆԱԿԱԿԻՑ ՏԵՍԱԿՆԵՐԻ ՏԵՄ

Փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ Titan 80 – 300 ատոմային լուծաչափով

Ժամանակակից հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակ Titan™ 80 – 300 ապահովում է նանոկառուցվածքների պատկերներ ենթաանգստրոմի մակարդակում: Էլեկտրոնային մանրադիտակ Titan-ը գործում է 80-300 կՎ լարման միջակայքում՝ գնդաձև շեղումը և մոնոխրոմատիկությունը շտկելու ունակությամբ: Այս էլեկտրոնային մանրադիտակը համապատասխանում է առավելագույն մեխանիկական, ջերմային և էլեկտրական կայունության, ինչպես նաև առաջադեմ բաղադրիչների ճշգրիտ դասավորության խիստ պահանջներին: Titanium-ը ընդլայնում է սպեկտրոսկոպիայի լուծողական հնարավորությունները՝ չափելու գոտիների բացերը և էլեկտրոնային հատկություններև թույլ է տալիս օգտվողին ստանալ ինտերֆեյսների հստակ պատկերներ և առավելագույնս մեկնաբանել տվյալները:

JEOL JEM-3010

300 կՎ հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակ

300 կիլովոլտ բարձր ճշգրտությամբ, ծայրահեղ բարձր լուծաչափով անալիտիկ էլեկտրոնային մանրադիտակը նախատեսված է պատկերը ատոմային մակարդակում միաժամանակ դիտարկելու և նմուշը ճշգրիտ վերլուծելու համար: Այս մանրադիտակը օգտագործում է բազմաթիվ նոր զարգացումներ, ներառյալ կոմպակտ 300 կՎ էլեկտրոնային ատրճանակ, հինգ ոսպնյակներով լուսավորման համակարգ:

Ներկառուցված իոնային պոմպի օգտագործումը ապահովում է մաքուր և կայուն բարձր վակուում:

Կետերի լուծաչափը` 0,17 նմ

Արագացման լարումը` 100-ից 300 կՎ

Բարձրացում՝ 50-ից 1500000

JEOL JEM - 3000FasTEM

300 կՎ դաշտային արտանետումների փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ

Հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակ, որը հագեցած է բարձր պայծառության էլեկտրոնային ատրճանակով, տաքացվող դաշտի արտանետման կաթոդով, արտանետման հոսանքի բարձր կայունությամբ: Թույլ է տալիս ուղղակիորեն դիտարկել ատոմային կառուցվածքի մանրամասները և վերլուծել առանձին ատոմային շերտերը: Դաշտային արտանետման տաքացվող կաթոդ էլեկտրոնային ատրճանակը, որն առավել հարմար է նանոտիրույթների վերլուծության համար, ապահովում է զոնդի հոսանք 0,5 նԱ 1 նմ տրամագծով և 0,1 նԱ 0,4 նմ:

Կետերի լուծաչափը` 0,17 նմ

Արագացման լարումը` 100, 200, 300 կՎ

Խոշորացում՝ x60-ից մինչև x1,500,000

JEOL JEM-2100F

200 կՎ դաշտային արտանետումների փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ

Դաշտային արտանետման էլեկտրոնային ատրճանակը, որն ապահովում է էլեկտրոնային ճառագայթը բարձր պայծառությամբ և համահունչությամբ, առանցքային դեր է խաղում բարձր լուծաչափություն ստանալու և նանոկառուցվածքների վերլուծության մեջ: JEM - 2100F-ը համալիր TEM է, որը հագեցած է տարբեր գործառույթների համար առաջադեմ էլեկտրոնային կառավարման համակարգով:

Այս սարքի հիմնական հատկանիշները.

· Ջերմային դաշտի արտանետման էլեկտրոնային ատրճանակի բարձր պայծառությունն ու կայունությունը հնարավորություն է տալիս վերլուծել նանոմաշտաբի շրջանները բարձր խոշորացումով:

· 0,5 նմ-ից պակաս զոնդի տրամագիծը թույլ է տալիս վերլուծության կետը իջեցնել նանոմետրերի մակարդակի:

· Նոր, խիստ կայուն, կողային բեռնված նմուշի փուլը ապահովում է հեշտ թեքություն, շրջադարձ, ջեռուցում և հովացում, ծրագրավորվող կարգավորումներ և ավելին՝ առանց մեխանիկական շեղումների:

JEOL JEM-2100 LaB6

200 կՎ անալիտիկ փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ

Թույլ է տալիս ոչ միայն ստանալ փոխանցման պատկերներ և դիֆրակցիոն օրինաչափություններ, այլ նաև ներառում է համակարգչային կառավարման համակարգ, որը կարող է ինտեգրել TEM, սկանավորման ռեժիմի պատկերման սարք (STEM), էներգիա ցրող սպեկտրոմետր (JED - 2300 T) և էլեկտրոնների էներգիայի կորստի սպեկտրոմետր ( EELS ) ցանկացած համակցությամբ:

Բարձր լուծաչափը (0,19 նմ 200 կՎ-ում LaB 6 կաթոդի վրա) ձեռք է բերվում բարձր ճառագայթի լարման և հոսանքի կայունության շնորհիվ՝ գերազանց ոսպնյակների համակարգի հետ միասին: Մանրադիտակի սյունակի շրջանակի նոր կառուցվածքը նրբորեն նվազեցնում է գործիքի թրթռման ազդեցությունը: Գոնիոմետրիկ նոր փուլը թույլ է տալիս նմուշի դիրքավորումը նանոմետրային ճշգրտությամբ: համակարգչային համակարգՄանրադիտակի կառավարումն ապահովում է այլ օգտվողների (համակարգիչների) ցանցային կապ և նրանց միջև տեղեկատվության փոխանակում:

ԵԶՐԱԿԱՑՈՒԹՅՈՒՆ

Մինչև համեմատաբար վերջերս հանքաբաններն իրենց ձեռքում ունեին երկու դասական գործիք՝ բևեռացնող մանրադիտակ և ռենտգենյան դիֆրակցիոն սարքավորում: Օպտիկական մանրադիտակի օգնությամբ մենք կարող ենք ուսումնասիրել միներալների մորֆոլոգիան և օպտիկական հատկությունները, ուսումնասիրել երկվորյակներին և լամելներին, եթե դրանք չափերով գերազանցում են ընկնող լույսի ալիքի երկարությունը։ Ռենտգենյան դիֆրակցիայի տվյալները հնարավորություն են տալիս ճշգրիտ որոշել ատոմների դիրքը միավոր բջջում 1 – 100 Å սանդղակով: Այնուամենայնիվ, բյուրեղային կառուցվածքի նման սահմանումը մեզ տալիս է որոշակի կառուցվածք, որը միջինացված է հազարավոր տարրական բջիջների վրա. հետևաբար, մենք նախապես ենթադրում ենք, որ բոլոր տարրական բջիջները նույնական են:

Միևնույն ժամանակ, 100-10000 Å մասշտաբով օգտակար հանածոները բնութագրող կառուցվածքային մանրամասների կարևորությունը գնալով ավելի պարզ է դառնում: Ռենտգենյան օրինաչափությունների ցրված արտացոլումները մեկնաբանվեցին որպես փոքր տիրույթների գոյության վկայություն. Լաուեի օրինաչափություններում նկատված աստղանիշը կամ կառուցվածքի ճշգրտման ժամանակ մարման գործակիցների փոքր արժեքները ցույց են տվել, որ բյուրեղներն իրենց կառուցվածքում անկատար են և պարունակում են տարբեր թերություններ: Հետերոգենությունը ուսումնասիրելու համար, որոնց չափերը գտնվում են սահմանված սահմաններում, իդեալական գործիք է էլեկտրոնային մանրադիտակը, որը երկրաբանական տեղեկատվության կարևոր աղբյուր է, որը բնութագրում է միներալների և ապարների սառեցման և ձևավորման պարամետրերը կամ դրանց դեֆորմացման պայմանները:

Ի տարբերություն ռենտգենյան դիֆրակցիայի, որը սկսեց կիրառվել հանքաբանության մեջ իր հայտնաբերումից անմիջապես հետո, էլեկտրոնային մանրադիտակն ի սկզբանե առավել զարգացած էր և օգտագործվում էր մետաղագործության մեջ։ 1939 թվականին արդյունաբերական գործիքների ստեղծումից հետո ավելի քան 30 տարի պահանջվեց, որպեսզի էլեկտրոնային մանրադիտակը դառնա ընդհանուր գործիք հանքաբանության և քարագրության մեջ։

Էլեկտրոնային մանրադիտակի առավելությունն այն է, որ այն կարող է պատկերել կառուցվածքներն ու հյուսվածքները իրական տարածության մեջ, և հետևաբար արդյունքներն ավելի հեշտ է պատկերացնել, քան դրանք կարելի է ստանալ դիֆրակցիոն օրինաչափությունների հաշվարկով: Այստեղ տեղին է նշել որոշակի զգուշություն ցուցաբերելու անհրաժեշտությունը։ Ի տարբերություն օպտիկական մանրադիտակի դիտարկումների, կառուցվածքը հնարավոր չէ ուղղակիորեն տեսնել էլեկտրոնային մանրադիտակի միջոցով: Մենք պարզապես դիտում ենք կոնտրաստը, որն առաջանում է, օրինակ, դիսլոկացիաների շուրջ լարման դաշտից, և այդ կոնտրաստը սարքի ներսում վերածվում է պատկերի: Էլեկտրոնային մանրադիտակը չի փոխարինում ռենտգենյան դիֆրակցիոն մեթոդներով կատարված հետազոտություններին: Մյուս կողմից, կան բազմաթիվ օրինակներ, որտեղ էլեկտրոնային մանրադիտակի տվյալները հիմք են ծառայել ռենտգենյան տվյալների մեկնաբանման համար: Այս երկու մեթոդները հիանալի կերպով լրացնում են միմյանց։

ՄԱՏԵՆԱԳՐՈՒԹՅՈՒՆ

1 Dyukov V.G., Nepiiko S.A., Sedov N.N. Տեղական պոտենցիալների էլեկտրոնային մանրադիտակ./ Ուկրաինական ԽՍՀ Գիտությունների ակադեմիա. Ֆիզիկայի ինստիտուտ. - Կիև. Նաուկ: Դումկա, 1991. - 200 էջ.

2 Kulakov Yu.A Էլեկտրոնային մանրադիտակ. - Մ.: Գիտելիք, 1981: – 64 էջ

3 Ch. Pool, F. Owens Nanotechnologies: Per. անգլերենից / Էդ. Յու.Ի.Գոլովինա. - Մ.: Տեխնոսֆերա, 2005. - 336 էջ.

4 Spence J. Փորձարարական բարձր լուծաչափով էլեկտրոնային մանրադիտակ. TRANS. անգլերենից / Էդ. Վ.Ն.Ռոժանսկի. - Մ.: Գիտություն: Գլ. խմբ. ֆիզ.-մաթ. Լիտ., 1986։ - 320 էջ, հիվանդ.

5 Thomas G., Goring M. J. Նյութերի հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակ. Պեր. անգլերենից / Էդ. Բ.Կ. Վայնշտեյն - M: Գիտություն. Ֆիզիկական և մաթեմատիկական գրականության հիմնական հրատարակություն, 1983 - 320-ական թթ

6 Էլեկտրոնային մանրադիտակ հանքաբանության մեջ. անգլերենից / Ընդհանուր խմբագրության ներքո. Գ.-Ռ. Ծաղկեպսակ։ - Մ.: Միր, 1979. - 485 էջ, հիվանդ.

Նա ընդլայնեց թույլատրելիության սահմանը լույսի ալիքի երկարությունից մինչև ատոմային չափումներ, ավելի ճիշտ՝ մինչև 0,15 նմ կարգի միջպլանային հեռավորություններ։ Էլեկտրոնային ճառագայթը կենտրոնացնելու առաջին փորձերը՝ օգտագործելով էլեկտրաստատիկ և էլեկտրամագնիսական ոսպնյակներ, արվել են 1920-ական թվականներին։ Առաջին էլեկտրոնային մանրադիտակը պատրաստել է Ի.Ռուսկան Բեռլինում 30-ականներին։ Նրա մանրադիտակը կիսաթափանցիկ էր և նախատեսված էր փոշիների, բարակ թաղանթների և հատվածների ուսումնասիրության համար:

Արտացոլող էլեկտրոնային մանրադիտակները հայտնվել են Երկրորդ համաշխարհային պատերազմից հետո: Գրեթե անմիջապես դրանք փոխարինվեցին սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակներով՝ զուգակցված միկրովերլուծության գործիքների հետ:

Հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակի համար նմուշի բարձրորակ պատրաստումը շատ բարդ խնդիր է։ Այնուամենայնիվ, նման ուսուցման մեթոդներ կան:

Նմուշի պատրաստման մի քանի եղանակ կա. Ներկայությամբ լավ սարքավորումներբարակ թաղանթ կարելի է պատրաստել գրեթե ցանկացած տեխնիկական նյութից: Մյուս կողմից, ժամանակ մի վատնեք վատ պատրաստված նմուշը ուսումնասիրելու վրա:

Դիտարկենք բլոկային նյութից բարակ նմուշներ ստանալու մեթոդներ: Այստեղ չեն դիտարկվում կենսաբանական հյուսվածքների, ցրված մասնիկների, ինչպես նաև գազային և հեղուկ փուլերից թաղանթների նստեցման մեթոդները: Պետք է նշել, որ գրեթե ցանկացած նյութ ունի էլեկտրոնային մանրադիտակի պատրաստման առանձնահատկություններ:

Մեխանիկական վերականգնում.

Նմուշի պատրաստման մեկնարկային կետը սովորաբար 3 մմ տրամագծով և մի քանի հարյուր միկրոն հաստությամբ սկավառակ է, որը կտրված է զանգվածային կտորից: Այս սկավառակը կարելի է կտրել մետաղական փայլաթիթեղից, կտրել կերամիկայից կամ մշակվել բլոկի օրինակով: Բոլոր դեպքերում անհրաժեշտ է նվազագույնի հասցնել միկրոճաքերի վտանգը և պահպանել նմուշի հարթ մակերեսը:

Հաջորդ խնդիրը սավանի հաստությունը նվազեցնելն է: Դա արվում է մանրացման և փայլեցման միջոցով, ինչպես օրինակ օպտիկական մանրադիտակի համար նմուշ պատրաստելիս: Հղկման օպտիմալ մեթոդի ընտրությունը որոշվում է նյութի կոշտությամբ (առաձգականության մոդուլով), կարծրությամբ և պլաստիկության աստիճանով: Ճկուն մետաղները, կերամիկաները և համաձուլվածքները հղկվում են տարբեր կերպ։

էլեկտրաքիմիական փորագրություն.

ժամը հաստոցներ, որպես կանոն, առաջանում են մերձմակերևութային վնասվածքներ, ինչպիսիք են պլաստիկի կտրումը կամ միկրոճեղքը։ Հաղորդող մետաղի դեպքում նմուշի հաստությունը կարող է կրճատվել քիմիական կամ էլեկտրաքիմիական լուծարման միջոցով էլեկտրափայլեցնող լուծույթում: Այնուամենայնիվ, պետք է նկատի ունենալ, որ բարակ նմուշների մշակման պարամետրերը զգալիորեն տարբերվում են մակրո նմուշներից, առաջին հերթին մշակված տարածքի փոքրության պատճառով: Մասնավորապես, բարակ նմուշների դեպքում կարելի է օգտագործել հոսանքի շատ ավելի մեծ խտություններ։ Քիմիական ռեակցիայի առաջացման պատճառով նյութի հովացման խնդիրը լուծվում է ռեակցիան լուծիչ շիթով իրականացնելով, իսկ սկավառակի մշակումը կարող է լինել երկկողմանի։

Մետաղների, համաձուլվածքների և այլ էլեկտրահաղորդիչ նյութերի բարակ թաղանթները հաճախ հաջողությամբ փայլեցնում են շիթով: Այնուամենայնիվ, նման նյութերը փայլեցնելու պայմանները տարբերվում են բաղադրությամբ, լուծույթի ջերմաստիճանով և հոսանքի խտությամբ:

Չեզոք անցքի շուրջ տարածքները պետք է լինեն թափանցիկ (սովորաբար 50-200 նմ տրամագծով): Եթե ​​հետազոտության համար հարմար տարածքները չափազանց փոքր են, դա պայմանավորված է չափազանց երկար փորագրությամբ, որը պետք է դադարեցվի անցքի հայտնվելուց անմիջապես հետո: Եթե դրանք չափազանց կոպիտ են, ապա կամ ընթացիկ խտությունը շատ ցածր է, կամ աղտոտված և գերտաքացած փայլեցումը: լուծումը պետք է փոխվի.

իոնային փորագրություն.

Իոնային փորագրման (ռմբակոծման) մեթոդն ունի հետևյալ առավելությունները.

ա) Իոնային փորագրումը գազաֆազային գործընթաց է, որն իրականացվում է ցածր ճնշման տակ, որտեղ հեշտ է վերահսկել մակերեսի աղտոտվածության աստիճանը:

բ) Էլեկտրաքիմիական մեթոդները սահմանափակվում են հաղորդիչ մետաղներով, մինչդեռ իոնային փորագրումը կիրառելի է նաև ոչ հաղորդիչ նյութերի համար:

(գ) Թեև իոնային փորագրումը կարող է հանգեցնել նյութին մոտ մակերևութային ճառագայթահարման, դրա ծավալը կարող է կրճատվել գործընթացի պարամետրերի համապատասխան ընտրությամբ:

դ) Իոնային փորագրումը հեռացնում է մակերևութային օքսիդային շերտերը նախորդ էլեկտրոլիլացումից: Սա չի փոխում մակերևույթի կազմը, քանի որ գործընթացը սովորաբար իրականացվում է ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում, երբ մակերեսային դիֆուզիոն չկա:

ե) Իոնային փորագրումը հնարավորություն է տալիս մշակել բազմաշերտ նյութեր, որոնք բաղկացած են մի քանի շերտերից, որոնք դրված են ենթաշերտի վրա՝ շերտերին ուղղահայաց հարթությունում: Նշենք, որ ստանդարտ քիմիական փորագրման մեթոդները դա թույլ չեն տալիս:

գ) Իոնային փորագրման մեթոդը թույլ է տալիս մշակել 1 մկմ-ից փոքր տարածքներ, ինչը անհնար է քիմիական մեթոդներով: Շատ օգտակար է բարակ թաղանթներ պատրաստելու համար։

Իհարկե, այս մեթոդն ունի նաև թերություններ. Փորագրման արագությունը առավելագույնն է: եթե իոնային ճառագայթը ուղղահայաց է նմուշի մակերեսին, և իոնների և մշակվող նյութի ատոմային կշիռները մոտ են։ Այնուամենայնիվ, իոնային ճառագայթը փոխանցում է իմպուլս, և 90 0 անկյան տակ մակերեսային շերտի միկրովնասը առավելագույնն է։ Բացի այդ, մշակված մակերեսի հետ իոնների քիմիական փոխազդեցության վտանգի պատճառով, որպես ճառագայթ օգտագործվում են միայն իներտ գազեր (սովորաբար արգոն):

Փորագրման արագությունը կարող է մեծացնել իոնների էներգիան ավելացնելով, բայց միևնույն ժամանակ նրանք սկսում են ներթափանցել նյութի մեջ և ստեղծել վնասված մակերեսային շերտ։ Գործնականում իոնների էներգիան սահմանափակվում է մի քանի կՎ-ով, երբ ներթափանցման խորությունը շատ բարձր չէ, և իոնները կարող են ցրվել դեպի մակերես՝ չվնասելով նյութը։

Փորագրման արագությունը չի գերազանցում ժամում 50 մկմ: Որպես հետևանք, մինչև իոնների մշակումը, նմուշները պետք է մեխանիկորեն (սկավառակ կամ սեպաձև) կամ էլեկտրաքիմիական մշակվեն 20-50 մկմ հաստությամբ: Իոնային ռմբակոծության ժամանակ նմուշը պտտվում է: միասնական մշակումը երաշխավորելու և փորագրման արագությունը մեծացնելու համար նախնական մշակման փուլն իրականացվում է միաժամանակ երկու կողմից՝ 18 0 անկյան տակ: Դրանից հետո ճառագայթի անկյունը (և, հետևաբար, գործընթացի արագությունը) նվազում է: Նվազագույն անկյունը, որը հնարավորություն է տալիս բավականաչափ մեծ տարածքում ստանալ հարթ մակերես և մոտավորապես նույն թաղանթի հաստությունը, որոշվում է իոնային ճառագայթի երկրաչափությամբ: Անցման փոքր անկյուններում ճառագայթը դադարում է հարվածել նմուշին, և այս դեպքում ցողված խցիկի նյութը նստում է և աղտոտում նմուշի մակերեսը: Մշակման վերջնական փուլում ճառագայթի անկման նվազագույն անկյունները սովորաբար հավասար են 2-6 0-ի:

Որպես կանոն, մշակումն ավարտվում է, երբ նմուշի մակերեսին հայտնվում է առաջին անցքը։ Ժամանակակից իոնային ստորաբաժանումներում հնարավոր է վերահսկել բուժվող տարածքը և աշխատանքի ընթացքը։ ինչը թույլ է տալիս գործընթացը ճիշտ ավարտվել:

Սփրեյ ծածկույթ:

Քանի որ էլեկտրոնային ճառագայթը կրում է էլեկտրական լիցք, նմուշը կարող է լիցքավորվել մանրադիտակի շահագործման ընթացքում: Եթե ​​նմուշի լիցքը չափազանց բարձրանում է (բայց շատ դեպքերում դա այդպես չէ, քանի որ մնացորդային մակերևութային հաղորդունակությունը հաճախ սահմանափակում է լիցքի քանակը), նմուշը պետք է պատված լինի էլեկտրական հաղորդիչ շերտով: Դրա համար լավագույն նյութը ածխածինն է, որը ցողումից հետո ունի ամորֆ կառուցվածք և ունի ցածր ատոմային թիվ (6):

Ծածկույթը ստեղծվում է անցնելով էլեկտրաէներգիաերկու շփվող ածխածնային ձողերի միջոցով: Երկրորդ մեթոդը բաղկացած է ածխածնային նյութը ցրելով՝ այն ռմբակոծելով իներտ գազի իոններով, որից հետո ածխածնի ատոմները նստում են նմուշի մակերեսին։ «Խնդիր» նյութերը կարող են պահանջել ծածկույթ երկու կողմից: Երբեմն նկարում հազիվ տեսանելի են բարակ (5-10 նմ) ​​նանոմետրային ծածկույթները:

կրկնօրինակման մեթոդ.

Փոխանցող էլեկտրոնային մանրադիտակի համար բարակ նմուշ պատրաստելու փոխարեն, երբեմն կատարվում է մակերեսի կրկնօրինակ (դրոշմ): Սկզբունքորեն դա չի պահանջվում, եթե մակերեսը կարելի է հետազոտել սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակով: Այնուամենայնիվ, այս դեպքում կրկնօրինակներ պատրաստելու համար կարող են լինել մի շարք պատճառներ, օրինակ.

ա) Եթե նմուշը հնարավոր չէ կտրել. Մասը կտրելուց հետո այն այլեւս չի կարող օգտագործվել։ Ընդհակառակը, կրկնօրինակը հեռացնելը թույլ է տալիս պահպանել մասը:

բ) նմուշի մակերեսի վրա որոշակի փուլեր փնտրելիս: Կրկնօրինակի մակերեսը արտացոլում է նման փուլերի մորֆոլոգիան և հնարավորություն է տալիս բացահայտել դրանք:

գ) Հաճախ հնարավոր է արդյունահանել բազմաֆազ նյութի բաղադրիչներից մեկը, օրինակ՝ քիմիական փորագրման միջոցով: Այս բաղադրիչը կարող է մեկուսացվել կրկնօրինակի վրա՝ միաժամանակ պահպանելով այն սկզբնական նյութի վրա: Քիմիական բաղադրությունը, ընտրված փուլի բյուրեղագրական կառուցվածքը և մորֆոլոգիան կարելի է ուսումնասիրել հիմնական նյութից առանձին, որի հատկությունները երբեմն խանգարում են ուսումնասիրությանը,

դ) Վերջապես, երբեմն անհրաժեշտ է լինում համեմատել կրկնօրինակի պատկերը սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի սկզբնական մակերեսի հետ: Օրինակ՝ նյութի ուսումնասիրությունը մեխանիկական հոգնածության պայմաններում, երբ փորձարկման ընթացքում մակերեսը փոխվում է։

Ստանդարտ տեխնիկան պլաստիկ պոլիմերի միջոցով բացասական կրկնօրինակ ստանալն է: Կրկնօրինակը ստացվում է պինդ էպոքսիդային կամ լուծիչով փափկված պոլիմերային թաղանթով, որը սեղմված է մակերևույթի վրա, որը պետք է հետազոտվի մինչև լուծիչը գոլորշիացվի: Որոշ դեպքերում պահանջվում է մակերեսային աղտոտվածությունը հեռացնել: Դա անելու համար, նախքան վերջնական կրկնօրինակը ստեղծելը, օգտագործվում է ուլտրաձայնային հետազոտություն կամ պատրաստվում է նախնական «մաքրման» կրկնօրինակը մինչև վերջնական կրկնօրինակը հեռացնելը: Որոշ դեպքերում ուսումնասիրության օբյեկտը կարող է լինել «աղտոտող»:

Պոլիմերային կրկնօրինակն ամրացնելուց հետո այն առանձնացվում է փորձանմուշից և պատվում է ծանր մետաղի շերտով (սովորաբար ոսկու և պալադիումի համաձուլվածք)՝ պատկերի հակադրությունը մեծացնելու համար: Մետաղն ընտրված է այնպես, որ ցողման ժամանակ նրա կաթիլների չափը լինի նվազագույն, իսկ էլեկտրոնների ցրումը առավելագույնը։ Մետաղական կաթիլների չափը սովորաբար կազմում է 3 նմ կարգի: Մետաղների ստվերից հետո 100–200 նմ հաստությամբ ածխածնային թաղանթ ցրվում է պոլիմերային կրկնօրինակի վրա, այնուհետև պոլիմերը լուծվում է։ Ածխածնային թաղանթը, պոլիմերի կողմից սկզբնական մակերևույթից արդյունահանվող մասնիկների, ինչպես նաև այն ստվերող մետաղական շերտի հետ միասին (արտացոլում է սկզբնական մակերեսի տեղագրությունը), այնուհետև ողողվում է, տեղադրվում է բարակ պղնձե ցանցի վրա և տեղադրվում մանրադիտակի մեջ։ .

Մակերեւույթի պատրաստում.

Բազմաշերտ բարակ թաղանթային նյութերի օգտագործումը էլեկտրոնիկայի մեջ հանգեցրել է փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակով հետազոտության համար դրանց պատրաստման մեթոդների մշակման անհրաժեշտությանը:

Բազմաշերտ նմուշների պատրաստումն ունի մի քանի փուլ.

Նախ, նմուշը ընկղմվում է հեղուկ էպոքսիի մեջ, որն այնուհետև չորանում և կտրվում է շերտերի հարթությանը ուղղահայաց:

Այնուհետև հարթ նմուշները կամ մշակվում են սկավառակով կամ փայլեցնում՝ սեպաձև նմուշներ ստանալու համար: Վերջին դեպքում հեռացված նյութի հաստությունը և սեպի անկյունը վերահսկվում են միկրոմետրով։ Փայլեցումն ունի մի քանի փուլ, որոնցից վերջինում օգտագործվում են 0,25 մկմ տրամագծով ադամանդի փոշու մասնիկներ։

Կիրառեք իոնային փորագրություն, մինչև ուսումնասիրվող տարածքի հաստությունը նվազի մինչև ցանկալի մակարդակ: Վերջնական մշակումն իրականացվում է իոնային ճառագայթով 6 0-ից պակաս անկյան տակ:

Գրականություն:

Բրենդոն Դ, Կապլան Վ. Նյութերի միկրոկառուցվածքը. Հետազոտության և վերահսկման մեթոդներ //Հրատարակիչ՝ Tekhnosfera.2006 թ. 384 էջ