ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Изучение устройства электронного микроскопа просвечивающего типа из "Рентгенографический и электроннооптический анализ Издание 2" Принципиальная оптическая схема электронного микроскопа представлена на рис. 146. На рис. 147 дан схематический разрез электронного микроскопа типа ЭМ-5 расположение основных оптических элементов этого микроскопа (позиции 1—12) соответствует схеме рис. 146. [c.258] При изучении конструкции электронографа (работа 31) рассматривалось устройство для получения пучков быстрых электронов (электронная пушка), представляющее собой трехэлектродную электростатическую линзу (см. рис. 146 и 147). Раскаленная вольфрамовая нить (источник электронов) имеет высокий отрицательный потенциал и является катодом 1. Средний или так называемый фокусирующий электрод имеет потенциал, отрицательный относительно потенциала катода, поэтому электрическое поле между катодом 1 и фокусирующим электродом 2 действует как собирающая линза. Электрическое поле в области между фокусирующим электродом и анодом 3, наоборот, действует как рассеивающая линза. Совместное действие этих линз позволяет получить узкий и интенсивный пучок быстро летящих электронов. [c.258] Часть электронов, рассеянных при прохождении через объект, проходит через диафрагму 9 (рис. 146) объективной линзы и дает промежуточное увеличенное изображение предмета в плоскости селекторной диафрагмы 10. Фокусировку осуществляют изменением тока в обмотке объективной линзы. [c.259] Увеличение объективной линзы составляет примерно 100 раз. Затем это изображение промежуточной линзой 5 (рис. 146 и 147) переносится в плоскость полевой диафрагмы 11 с небольшим увеличением (обычно до 10) и, наконец, на экране 12 получается изображение, увеличенное главной проекционной линзой 7. Увеличение главной проекционной линзы составляет около 100 раз. Таким образом, общее увеличение трехлинзового (не считая линз осветительной системы) электронного микроскопа может достигать порядка 100000 раз. Благодаря применению в проекционной системе двух линз оказывается возможным легко изменять увеличение в очень широких пределах (начиная от светооптических) с соответствующим изменением изображаемого поля предмета и при неизменном размере конечного изображения. Изменение увеличения достигается изменением тока в обмотках линз проекционной системы (обычно только в обмотке промежуточной линзы). [c.259] С применением промежуточной линзы связана возможность легкого перехода от наблюдения микроскопического изображения кристаллических объектов к наблюдению картины электронной дифракции. Согласно дифракционной теории, изображение, которое дает объектив микроскопа, является результатом интерференции лучей, испытавших дифракцию на объекте. [c.259] Первичное или дифракционное изображение объекта формируется в главной фокальной плоскости объектива. Поскольку в электронном микроскопе используют электронные лучи с длиной волны, меньшей, чем межплоскостные расстояния кристаллической решетки, в главной фокальной плоскости объектива должна возникать дифракционная картина, соответствующая кристаллической структуре объекта. На рис. 146 схематически показаны направления дифрагированных лучей для двух микроскопических кристаллов аяй объекта. [c.259] Если кристаллики имеют идентичную кристаллическую структуру и ориентировку, то их дифракционная картина также должна быть идентичной, поэтому в главной фокальной плоскости объектива / б на схеме изображена одна система из трех максимумов . 4, В и С. Очевидно, что при различии кристаллической структуры или ориентировок частиц а, й п т. д. должны возникать различные системы дифракционных. максимумов. Интерференция лучей А, В, С дает в плоскости Осел (Ю) микроскопическое изображение точек а, Ь, с, с1 объекта. Это изображение называется промежуточным. С помощью селекторной диафрагмы 10 можно ограничить изображаемый далее участок изображения. Промежуточная линза 5 переносит изображение выбранного участка в плоскость Дпол (- Л. а главная проекционная линза 7 дает сильно увеличенное изображение этого участка в плоскости экрана или фотопластинки 12). [c.259] Меняя положение селекторной диафрагмы или перемещая объект, можно получать дифракционные картины с разных участков предмета. Размер участка микродифракции определяется физическим размером селекторной диафрагмы и оптической силой объективной линзы, т. е. размером изображения селекторной диафрагмы в плоскости объекта. Этот размер равен размеру диафрагмы (обычно около 0,1 мм), деленному на увеличение объективной линзы (около 100 раз). [c.262] Очевидно, для наблюдения дифракционной картины необходимо, чтобы апертура объектива была достаточно велика. При микроскопической работе апертура ограничивается специальной апертурной диафрагмой 9 (см. рис. 146), которую устанавливают возле задней главной фокальной плоскости объектива. При переходе к наблюдению дифракционной картины эту диафрагму убирают в сторону, так как для обычных объектов исследования в металловедении межплоскостные расстояния слишком малы, а углы дифракции слишком велики и дифрагированные лучи задерживаются апертурной диафрагмой. [c.262] Применение столь малой апертуры при микроскопической работе необходимо из-за сильного влияния аберрации линз для получения максимальной разрешающей способности (которая в лучших случаях составляет около 5 А). Поэтому, хотя схема, приведенная на рис. 146, имеет общее значение, дифракция на кристаллической решетке непосредственно определяет микроскопическое изображение только для объектов с достаточно большими межплокостными расстояниями, но косвенно влияет на контрасты изображения любых кристаллических объектов. [c.262] В случае аморфного вещества контраст изображения связан только с диффузным рассеянием электронов. Чем толще слой вещества или чем больше рассеивающая способность его атомов (порядковый номер элемента 2), или его плотность, тем в большем диапазоне углов происходит рассеяние электронов. Если на пути электронов установлена диафрагма, то, как видно из рис. 148, через нее пройдет различное количество электронов от различных по толщине или плотности участков. Это количество электронов будет участвовать в формировании изображения. В результате на флюоресцирующем экране (или на фотографии) изображение толстых и плотных участков объекта будет более темным, чем изображение тонких и менее плотных участков. [c.262] При исследовании кристаллических объектов может оказаться интересным использование метода темного поля. Для перехода к темному полю апертурную диафрагму смещают так, чтобы через нее прошел один из дифрагированных лучей (луч нулевого или центрального максимума при этом не проходит через диафрагму ). Предварительно получая дифракционную картину, можно выбрать определенный дифракционный максимум HKL), в лучах которого при введении апертурной диафрагмы и последующем изменении режима работы промежуточной линзы получается темнопольное изображение (см. рис. 149, б, в). [c.265] При интерпретации электронномикроскопических изображений следует иметь в виду, что из-за малой апертуры в электронном микроскопе чрезвычайно велика глубина фокуса (обычно порядка поперечника поля зрения). Это, в частности, позволяет успешно проводить стереосъемку. [c.265] При прямых исследованиях очень важно не допустить неконтролируемого нагрева образца электронным пучком, для чего следует уменьшить размер освещаемого участка на объекте. Применение двухлинзового конденсора (например, в микроскопе УЭМВ-100) позволяет уменьшить размер освещаемого участка до 2—4 мкм. При этом повышение температуры металлического объекта вряд ли превосходит 20— 30 град. [c.266] Главной особенностью электронного микроскопа для прямых исследований кристаллических объектов является возможность управления дифракционным контрастом изображения с помощью контролируемого наклона объекта вокруг любой заданной оси. Это осуществляется специальным гониометрическим устройством, обеспечивающим азимутальный поворот объекта [вокруг оси, параллельной оптической оси микроскопа на любой угол (до 360 )] и наклон вокруг оси, расположенной в плоскости объекта, на угол до 20—30°. В лучших приборах при этом сохраняется высокое разрешение. [c.266] Для ряда исследований важное значение имеют приспособления для контролируемого воздействия на объект (нагрев, охлаждение, деформация, воздействие газов). [c.266] В некоторых микроскопах имеются комбинированные устройства для нагрева и деформации, наклона и нагрева объекта. [c.266] Поэтому имеет важное значение устройство для предохранения объекта от отложения продуктов разложения масляных паров и т. д. Для предупреждения этого загрязнения используют охлаждающие устройства возле объекта или поглотители (например, цеолиты). [c.267] Электронный микроскоп ЭМ-5 имеет вертикальную колонну, в верхней части которой располагается электронная пушка, а на уровне стола — экран для наблюдения конечного изображения. Расположение основных узлов оптики микроскопа соответствует принципиальной схеме, приведенной на рис. 146. На рис. 147 дан схематический разрез колонны микроскопа. В столе микроскопа размещены вакуумные насосы и вся электрическая схема питания. [c.267] Вакуумная система состоит из механического форвакуумного насоса и паромасляного насоса большой мощности (200 л1сек). Время восстановления рабочего вакуума после напускапия воздуха (например, при смене объекта) составляет 2—3 мин. [c.267] Вернуться к основной статье