ОКНО В НЕВИДИМОЕ (ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП)

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ЛИНЗЫ

Ежду световыми и электронными лучами имеется сходство. И те и другие лучи при определённых усло­виях распространяются прямолинейно, при помощи тех и других лучей можно получать изображения. Однако ме­жду электронными и световыми лучами есть и существен­ная разница.

Электроны обладают электрическим зарядом и по­этому, в отличие от световых лучей, на электронные лучи действуют электрические и магнитные силы. На этом и основано устройство электронных линз.

Электронные линзы — это весьма странные линзы. Они представляют собой... пустоту (из них выкачан воз­дух). Проходя через такую линзу, пучок электронов не встречает сопротивления какого-либо вещества. Но что заставляет электронные лучи сходиться в пустоте вместе? Почему пустота обладает такими удивительными свойст­вами? Потому, что в этой пустоте дейггвуют магнит­ные или электрические силы, или, как говорят, там существуют сильные магнитные или элек­трические поля.

Когда луч света проходит сквозь стеклянную линзу, он под влиянием атомов, из которых состоит стекло, из­
меняет свое направление, т. е. преломляется. В магнит­ных или электрических линзах роль стекла выполняют магнитные или электрические силы. Они заставляют элек­троны отклоняться от первоначального пути, т. е. также преломляться.

Познакомимся поближе с устройством этих линз.

Начнём с линз, в которых преломление электронных лучей осуществляется электрическими силами.

Чтобы ясно пред­ставить, каким обра­зом электрические силы могут прелом­лять электронные лу­чи, рассмотрим два простых примера.

Возьмём уже зна­комую нам электрон - Рис. 9. Преломление электронного луча НО-лучевую трубку II

В электрическом поле плоского конден - пропустим электрон-

Сатора* ный луч между дву­

Мя параллельными металлическими пластинками, впаянными в трубку (в электротехнике такое сочетание двух параллельных ме­таллических пластинок называется плоским конденсато­ром). Когда пластинки не присоединены к источнику электрического напряжения — батарее, электроны проле­тают между пластинками не отклоняясь в сторону. Но вот пластинки присоединены к источнику тока. Тогда одна из них зарядится отрицательно, а другая — положительно. Под влиянием электрических за­рядов, собравшихся на пластинках, в пространстве между ними возникнет электрическое поле, Т. е. В03- никнут электрические силы. Эти силы будут действовать на любой электрический заряд, попавший в поле.

Посмотрите теперь, что случится с электронным лу­чом, который войдёт в электрическое поле плоского кон­денсатора. Отталкиваемые верхней пластинкой — ведь электроны — это частички отрицательного электриче­ства — и притягиваемые нижней, электроны движутся здесь уже не прямо, а по кривой линии, — так, как летит брсшенный камень.

Упасть на нижнюю пластинку электроны не успе­вают — они имеют слишком большую скорость.

Таким образом под действием электрического поля электронный луч изменит направление своего движения, т. е. преломится (рис. 9).

Представьте себе теперь, что вместо одного конден­сатора взято два, расположенных один над другим. Одна пластинка — средняя — у них общая (рис. 10). Она заря­жена положительно. Две крайние — заряжены отрица­тельно. Пропустим теперь один электронный луч через

Верхний конденсатор, а другой через нижний и притом так, чтобы один электронный луч шёл в точности над другим. В этом случае электронный луч, прошедший через верхний конденсатор, отклонится вниз, а электрон­ный луч, прошедший через нижний— вверх. В результате на некотором расстоянии от конденсаторов электронные лучи сойдутся вместе.

Таким образом двойной конденсатор действует на электроны так же, как действует на световые лучи увели­чительное стекло: он преломляет электронные лучи.

Однако два конденсатора, расположенные один над другим, — далеко не совершенная линза для электронных лучей. Но вот, оказывается, если пропустить электроны не вдоль пластинок двойного конденсатора, а с к в о з ь ни.%—через специальные, сделанные для этой цели, неболь­шие отверстия — то в этом случае электрическое поле двойного конденсатора будет действовать на электронные лучи совсем как настоящая линза (рис. 11). Собирающее
действие такой электростатической линзы («ста­тика» значит «покой», «равновесие»; в нашем случае в покое находятся электрические заряды пластин конден­сатора) основано на том, что чем дальше от оси входит в линзу электронный луч, тем больше под действием

Мсточ&ик

ЙлентронОв

Изображение источника

Злептренные

/тучи

Г

Пластины конденсатори

Рис. 11. Ход электронных лучей в электростатической линзе.

Электрических сил он пригибается К ОСИ, т. е. тем силь­нее преломляется.

Поместим теперь перед электростатической линзой предмет, испускающий электроны, и мы получим его уве-

Личенное или уменьшенное изображение — в зависимости от расстояния предмета до линзы. Это изображение можно увидеть на флюоресцирующем экране или сфотографиро­вать. Именно так и были устроены первые микроскопы с электростатическими линзами.

Электростатическая линза тем сильнее преломляет электронные лучи, чем меньше скорость электронов, чем выше электрическое напряжение, приложенное между её
пластинками, и чем ближе они расположены друг к другу. Так, например, для получения электростатических линз, дающих увеличение в несколько десятков раз, берутся напряжения в десятки тысяч вольт при расстоянии пла­стинок друг от друга всего в несколько миллиметров.

На рисунке 12 изображён схематический поперечный разрез электростатической линзы большой преломляющей силы. Она называется одиночной.

На рисунке 13 показан ход электронных лучей в другой электростатической линзе. Эта линза состоит не из пластинок, я из цилиндров, расположенных

Вдоль одной оси. Цилиндры соединены с источником на­пряжения, в них действуют электрические силы. В отли­чие от первой линзы, линза, изображённая на рисунке 13, не только собирает электронные лучи, но ещё и ускоряет их. Такого типа линзы употребляются в различных элек­тронно-лучевых трубках и в электронных микроскопах для того, чтобы получить направленные узкие пучки электронов, вылетающих из раскалённой нити сильно расходящимся пучком. Накалённая нить, испускающая электроны, и два (или больше) цилиндра, которые одно­временно и собирают электронные лучи и сообщают им большую скорость, получили все вместе образное назва­ние — «электронного прожектора» или, как уже говорилось, «электронной п у ш к и».