Wprowadzenie do zasady składu mikroskopu elektronowego
Mikroskop elektronowy składa się z tubusu obiektywu, układu próżniowego i szafki zasilającej. Tubus obiektywu składa się głównie z działa elektronowego, soczewki elektronowej, uchwytu próbki, ekranu fluorescencyjnego i mechanizmu kamery, które są zwykle montowane w kolumnę od góry do dołu; Układ próżniowy składa się z mechanicznej pompy próżniowej, pompy dyfuzyjnej i zaworu próżniowego i jest połączony z tubusem obiektywu poprzez rurociąg odprowadzający powietrze; Szafa zasilająca składa się z generatora wysokiego napięcia, stabilizatora prądu wzbudzenia i różnych jednostek sterujących regulacją.
Soczewka elektronowa jest najważniejszą częścią tubusu soczewki mikroskopu elektronowego. Wykorzystuje przestrzenne pole elektryczne lub pole magnetyczne symetryczne do osi tubusu soczewki, aby zagiąć trajektorię elektronów do osi i utworzyć ognisko, które jest podobne do ogniskowania szklanej soczewki wypukłej w celu skupienia wiązki światła, dlatego nazywa się to soczewka elektronowa. Większość nowoczesnych mikroskopów elektronowych wykorzystuje soczewki elektromagnetyczne, a silne pole magnetyczne generowane przez bardzo stabilny prąd wzbudzenia DC przepływający przez cewkę z biegunami skupia elektrony.
Działo elektronowe to element składający się z gorącej katody z włókna wolframowego, siatki i katody. Może emitować i tworzyć wiązkę elektronów ze stałą prędkością, dlatego wymagana jest stabilność napięcia przyspieszającego nie mniejsza niż jedna dziesiąta tysięczna.
Mikroskop elektronowy można podzielić na transmisyjny mikroskop elektronowy, skaningowy mikroskop elektronowy, refleksyjny mikroskop elektronowy i emisyjny mikroskop elektronowy w zależności od struktury i zastosowania. Transmisyjny mikroskop elektronowy (TEM) jest często używany do obserwacji drobnej struktury materiału, której nie można rozróżnić za pomocą zwykłego mikroskopu. Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) służy głównie do obserwacji morfologii powierzchni stałych, ale może być również łączony z dyfraktometrem rentgenowskim lub spektrometrem energii elektronów. Mikroelektrony powstają w wyniku rozproszenia wiązki elektronów na atomach próbki. W cienkiej lub o małej gęstości części próbki wiązka elektronów rozprasza się w mniejszym stopniu, przez co więcej elektronów przechodzi przez przysłonę obiektywu i bierze udział w obrazowaniu, co sprawia, że wydają się jaśniejsze na obrazie. Wręcz przeciwnie, grubsza lub gęstsza część próbki wydaje się na obrazie ciemniejsza. Jeżeli próbka jest zbyt gruba lub zbyt gęsta, kontrast obrazu ulegnie pogorszeniu, a nawet ulegnie uszkodzeniu lub zniszczeniu w wyniku absorpcji energii wiązki elektronów.
Górna część tubusu obiektywu transmisyjnego mikroskopu elektronowego to działo elektronowe. Elektrony są emitowane przez gorącą katodę z włókna wolframowego i skupiane przez pierwszą i drugą soczewkę kondensatora. Po przejściu wiązki elektronów przez próbkę jest ona obrazowana na zwierciadle pośrednim przez soczewkę obiektywu, a następnie stopniowo wzmacniana przez zwierciadło pośrednie i zwierciadło projekcyjne, a następnie obrazowana na ekranie fluorescencyjnym lub kliszy fotograficznej.
Powiększenie zwierciadła pośredniego można zmieniać w sposób ciągły od kilkudziesięciu do kilkuset tysięcy razy, regulując prąd wzbudzenia. Zmieniając ogniskową zwierciadła pośredniego, można uzyskać obraz z mikroskopu elektronowego i obraz dyfrakcyjny elektronów na niewielkiej części tej samej próbki. Do badania próbek grubych warstw metalu w Laboratorium Optyki Elektronowej w Dulos we Francji opracowano mikroskop elektronowy o ultrawysokim napięciu i napięciu przyspieszającym 3500 kV.
Wiązka elektronów skaningowego mikroskopu elektronowego nie przechodzi przez próbkę, a jedynie skanuje powierzchnię próbki, aby wzbudzić elektrony wtórne. Kryształ scyntylacyjny umieszczony obok próbki przyjmuje te elektrony wtórne i po wzmocnieniu moduluje intensywność wiązki elektronów kineskopu, zmieniając w ten sposób jasność na ekranie kineskopu. Cewka odchylająca kineskopu utrzymuje synchroniczne skanowanie z wiązką elektronów na powierzchni próbki, dzięki czemu ekran fluorescencyjny kineskopu pokazuje morfologiczny obraz powierzchni próbki, co jest podobne do zasady działania telewizorów przemysłowych.
Rozdzielczość skaningowego mikroskopu elektronowego zależy głównie od średnicy wiązki elektronów na powierzchni próbki. Powiększenie to stosunek amplitudy skanowania na kineskopie do amplitudy skanowania na próbce, który można zmieniać w sposób ciągły od kilkudziesięciu do setek tysięcy razy. Skaningowy mikroskop elektronowy nie potrzebuje bardzo cienkich próbek; Obraz ma silny zmysł trójwymiarowości; Skład substancji można analizować, korzystając z informacji o elektronach wtórnych, elektronach zaabsorbowanych i promieniach rentgenowskich generowanych w wyniku interakcji między wiązką elektronów a substancją.
Działo elektronowe i kondensator skaningowego mikroskopu elektronowego są prawie takie same jak te w transmisyjnym mikroskopie elektronowym, ale w celu zmniejszenia grubości wiązki elektronów pod kondensorem dodano soczewkę obiektywu i dyfuzor astygmatyczny oraz dwa zestawy skanujące Cewki prostopadłe do siebie są również zamontowane w obiektywie. W komorze próbki pod soczewką obiektywu zamontowany jest stół na próbki, który można przesuwać, obracać i przechylać.
