ОКНО В НЕВИДИМОЕ (ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП)

ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП, РАБОТАЮЩИЙ НА ПРОСВЕЧИВАНИЕ

По расположению линз и ходу лучей этот электронный “ микроскоп очень похож на проекционный оптиче­ский микроскоп. В зависимости от того, из каких линз —

Электростатических или магнитных — собран микроскоп, различают электростатические и магнитные микроскопы.

Все основные детали этих микроскопов сделаны из ме­талла. Отдельные части микроскопа хорошо пригнаны друг к другу и собраны в колонну; внутри неё можно

С помошью специальных насосов получить разреженное пространство — вакуум («вакуум» значит «пустота»).

Рассмотрим подробно устройство магнитного электрон­ного микроскопа (см рис. 24, 25 и 26) и проследим в нём весь путь электронов от накалённой нити электронной“ пушки до флюоресцирующего экрана или фотопластинки.

Вылетев из нити, электроны разгоняются высоким электрическим напряжением, приложенным между като-

Экране. Наблюдение промежуточного изображения ве­дётся через специальные стеклянные оконца в металли­ческий трубке микроскопа. В самом центре промежуточ­ного экрана сделано маленькое отверстие. В него, как через «люк», «проваливаются» вниз электроны, упавшие как раз на отверстие. Таким образом только небольшая часть первого увеличенного изображения, равная отвер­стию промежуточного экрана, служит «предметом» для последней — проекционной —линзы микроскопа.

Как и объективная линза, проекционная линза снаб­жена апертурной диафрагмой с малым отверстием. Она даёт второе увеличенное изображение предмета, или, вер­нее, той его части, которая пришлась на отверстие в про­межуточном экране. Изображение, даваемое проекцион­ной линзой, принимается на флюоресцирующий экран. Он расположен почти в самом низу микроскопа, где так­же имеются специальные стеклянные оконца (рис. 25).

На нижнем флюоресцирующем экране микроскопа на­блюдатель видит окончательное изображение предмета.

Простым поворотом ручки экран отводится в сторону и открывает электронам дорогу к фотографической пла­стинке. Она заключена в самую нижнюю часть колонны микроскопа — в фотокамеру.

Фотокамера электронного микроскопа представляет собой металлический ящик, куда, как в фотоаппарат, закладываются фотопластинки.

Что представляет собой флюоресцирующий экран? Он состоит из слоя минерала виллемита или сернистого цинка, нанесённого на металлическую пластинку. При наблюдении в лупу видно, что этот слой состоит из от­дельных мельчайших частичек, плотно прилегающих друг к другу. Каждая из них начинает светиться только в том случае, если на неё попадают электронные лучи. Но если электроны попадают даже на одну половину одной и той же частицы, она начинает светиться вся. Таким образом ясно, что чем мельче частицы, из кото­рых состоит флюоресцирующий экран, тем больше под­робностей мы можем увидеть в изображении.

Такие же требования, как к флюоресцирующим экра­нам, предъявляются в электронных микроскопах и к фотопластинкам. Размер тех мельчайших светочувстви­тельных зёрен, из которых состоит фотослой всякой пла­стинки, должен давать возможность получать изображе­ние частиц размером в разрешаемое расстояние, увели­ченных линзами микроскопа до той или иной величины.

Существующие типы фотопластинок позволяют разли­чать, как раздельные, точки изображения размером в со­тые доли миллиметра.

Конечно, самое простое было бы получать такое уве­личение, которое давало бы возможность брать крупно­зернистые пластинки. Но для этого надо делать очень большой длину колонны микроскопа, так как в элек­тронных микроскопах, так же как в оптических, увели­чение предмета тем больше, чем дальше расположены друг от друга объективная и проекционная линзы. Можно, однако, пойти по другому пути: пользоваться меньшими увеличениями в электронном микроскопе, но, употребляя мелкозернистые пластинки, прибегать ещё* к дополнительному оптическому увеличению. Например* если изучаемые частицы, размером в разрешаемое рас­стояние, будут увеличены линзами электронного ми­кроскопа до величины в 0,02 миллиметра, то при допол­нительном оптическом увеличении в 10 раз мы получим окончательное полезное увеличение. Таким обра­зом полезное увеличение электронного микроскопа — это произведение двух увеличений: увеличения, даваемого линзами микроскопа, т. е. электронного увеличе­ния, и увеличения, даваемого фотоувеличителем, т. е. оптического увеличения. Электронное увеличение, даваемое лучшими современными микроскопами, равно 20 000—40 000 раз (при высоте колонны, примерно, в один метр). Последующее оптическое увеличение равно 4—5 раз. Это даёт возможность получать полезные увели­чения в электронном микроскопе в 100 000—200 000 раз!

Мы рассказали об устройстве магнитного электрон­ного микроскопа. Примерно так же устроен и электроста­тический микроскоп. Несмотря на некоторое сходство в действии электронных и оптических микроскопов, внешне они совсем не похожи друг на друга.

Оптический микроскоп — это небольшой и сравни­тельно лёгкий прибор; его легко можно перенести с места на место одному человеку.

Электронный микроскоп — это массивный и тяжёлый аппарат, выше человеческого роста. На рисунке 24 видно, что колонна микроскопа стоит на столике. Этот сто­лик является как бы выступом большого шкафа, стоящего позади колонны микроскопа. На передней вертикальной стенке столика обычно размещены различные ручки. По­средством этих ручек можно включать и выключать элек­трический ток, питающий различные части микроскопа: электронную пушку, линзы, насосы, а также изменять напряжение, разгоняющее электроны.

Высокое напряжение, разгоняющее электроны в элек­тронной пушке, должно оставаться строго постоянным, не снижаясь и не повышаясь под влиянием случайных причин. Это необходимо, потому что малейшее измене­ние скорости электронов влечёт за собой изменение их преломления в линзах, а это приводит к потере резкости и, следовательно, к потере разрешающей силы. Напри­мер, чтобы заметно не повредить разрешающей силе ми­кроскопа, ускоряющее напряжение в 100 000 вольт не должно меняться в ту или другую сторону больше, чем на 10 вольт! Чтобы получить высокое напряжение такого постоянства, прибегают к довольно сложным специаль­ным устройствам. Не менее серьёзные требования предъ­являются и к токам, питающим катушки магнитных линз. Даже незначительные изменения в этих токах влекут за собой изменение преломляющей силы линз; в результате уменьшается резкость изображения, а следовательно, уменьшается и разрешающая сила.

Хорошие современные электронные микроскопы поз­воляют видеть частицы размером в 5/ю ооо ооо—2/юоооооо, а в отдельных случаях и в 1/ю ооо ооо долю сантиметра. Та­кое разрешение даёт возможность видеть крупные моле­кулы. Понятно, что при таком разрешении на работе электронного микроскопа сказываются уже самые незна­чительные помехи. Например, подобной помехой является влияние на электроны различного рода внешних магнит­ных полей — полей трансформаторов, моторов и даже маг­нитное поле Земли. От этих полей не спасают даже тол­стостенные железные стенки колонны микроскопа. Чтобы защитить электронные лучи микроскопа от их действия, внутри колонны вставлены специальные трубки, сделан­ные из сильного магнитного материала — пермаллоя.

Помехой также является даже лёгкая и неуловимая глазом тряска микроскопа. Чтобы предотвратить или, по крайней мере, уменьшить тряску, электронный микроскоп делают очень массивным и устанавливают на особом фундаменте.

Какие же из двух ныне существующих типов элек­тронных микроскопов лучше — электромагнитные ИЛЙ электростатические?

Наибольшее распространение получили в настоящее время электромагнитные микроскопы. Они обладают большей разрешающей силой, их линзы не боятся элек­трического пробоя. В эти микроскопы можно увидеть ча­стицы в 7—10 раз меньше, чем в электростатические.

Как правило, электромагнитные микроскопы рассчита­ны на 50—100 тысяч вольт. Однако в отдельных случаях для специальных целей строятся электромагнитные ми­кроскопы и на 200 и даже на 300 тысяч вольт! Таких на­пряжений нельзя добиться в электростатических микро­скопах, ввиду пробоя, неизбежного при столь высоких напряжениях в электростатических линзах. Тем самым электромагнитные микроскопы имеют ещё одно преиму­щество перед электростатическими: при их помощи можно изучать на просвет более толстые плёнки.

В заключение расскажем немного о так называемых малогабаритных микроскопах. Мы уже сказали, что электронные микроскопы большей разрешающей силы позволяют видеть частицы размером в 2/ю ооо ооо—Vio ооо ооо долю сантиметра и дают тем самым возможность полу­чить полезное увеличение до 100—200 тысяч раз. Однако для практики часто необходимо увеличение предмета лишь в 15—20 тысяч раз. Для получения такого увеличе­ния можно расположить электронные линзы значительно ближе друг к другу, чем в более сильных электронных микроскопах. Именно так и устроены малогабаритные микроскопы. Их общая высота обычно не превышает 25— 30 сантиметров. Эта величина уже совсем близка к раз­мерам оптических микроскопов. Но, конечно, и для мало­габаритных микроскопов требуются источники высокого напряжения, насосы для откачки воздуха и всё остальное.