Въведение в принципите за изобразяване на трансмисионната електронна микроскопия
Структурата на трансмисионния електронен микроскоп се състои от две части: основната част е осветителната система, системата за изображения и студиото за наблюдение; спомагателната част е вакуумната система и електрическата система.
1. Осветителна система
Системата е разделена на две части: електронна пушка и кондензатор. Електронната пушка се състои от нажежаема жичка (катод), решетка и анод. Нагряващата нишка излъчва лъч електрони. Когато към анода се приложи напрежение, електроните се ускоряват. Потенциалната разлика между анода и катода е общото ускоряващо напрежение. Ускорените електрони с енергия се изхвърлят от дупките в анодната плоча. Енергията на излъчвания електронен лъч е свързана с ускоряващото напрежение, а решетката играе ролята на контролиране на формата на електронния лъч. Електронният лъч има определен ъгъл на отклонение. След регулиране на събирателната леща може да се види паралелен електронен лъч с малък или дори нулев ъгъл на отклонение. Плътността на тока (ток на лъча) на електронния лъч може да се регулира чрез регулиране на тока на кондензаторната леща.
Размерът на площта върху пробата, която трябва да бъде осветена, е свързан с увеличението. Колкото по-голямо е увеличението, толкова по-малка е осветената площ. Следователно е необходим по-фин електронен лъч за облъчване на пробата. Размерът на петното на електронния лъч, излъчван директно от електронния пистолет, е по-голям и кохерентността също е лоша. За да се използват по-ефективно тези електрони и да се получат осветителни електронни лъчи с висока яркост и добра кохерентност, за да се отговори на нуждите на трансмисионните електронни микроскопи при различни увеличения, електронните лъчи, излъчвани от електронния пистолет, трябва да бъдат допълнително сближени, за да осигурят различни петна на лъча. размер. , приблизително успоредни светлинни лъчи. Тази задача обикновено се изпълнява от две електромагнитни лещи, наречени кондензатори. На фигурата C1 и C2 представляват съответно първия и втория кондензатор. C1 обикновено остава същият и неговата роля е да зададе пресечната точка на електронните пушки, за да намали размера на изображението с повече от един порядък. Освен това в осветителната система е инсталирано устройство за накланяне на лъча, което може лесно да наклони електронния лъч в диапазона от 2 градуса до 3 градуса, за да освети пробата при различни ъгли на наклон.
2. Система за изображения
Системата включва електронни оптични елементи като камера за проби, обективна леща, междинно огледало, контрастна диафрагма, дифракционна диафрагма, проекционна леща и др. Камерата за проби има механизъм, който гарантира, че вакуумът на основното тяло не се поврежда при чести промени на пробите . Пробата може да бъде преместена в посоките X и Y, за да се намери позицията, която трябва да се наблюдава. Паралелният електронен лъч, получен от събирателната леща, облъчва пробата и носи информация, отразяваща характеристиките на пробата след преминаване през пробата. Електронното изображение се формира под действието на обектива и контрастната диафрагма и след това се увеличава от междинното огледало и проекционната леща. Крайното електронно изображение се получава на флуоресцентен екран.
Системата за осветяване осигурява кохерентен осветяващ електронен лъч, който носи структурната информация на пробата след преминаване през пробата и се разпространява в различни посоки (например, когато има кристална лицева група, удовлетворяваща уравнението на Bragg, могат да се генерират 2 ъгъла в посоката, пресичаща падащия лъч дифрагиран лъч). Целите ще идват от различни части на пробата с една и съща посока на разпространение. Електроните се събират в едно място на задната фокална равнина и електроните, пътуващи в различни посоки, съответно образуват различни петна. Директен лъч с нулев ъгъл на разсейване се събира във фокусната точка на обектива, образувайки централно петно. По този начин се формира дифракционна картина върху задната фокална равнина на обектива. В равнината на изображението на обектива тези електронни лъчи се рекомбинират за кохерентно изображение. Чрез регулиране на тока на лещата на междинната леща, равнината на обекта на междинната леща и задната фокална равнина на лещата на обектива съвпадат, което може да се покаже на флуоресцентния екран. Получената по-горе дифракционна картина може да направи равнината на обекта на междинната леща да съвпадне с равнината на изображението на лещата на обектива, като по този начин се получи микроскопично изображение. Чрез сътрудничеството на двете междинни огледала, дължината и увеличението на камерата могат да се регулират в по-голям диапазон.
3. Ателие за наблюдение
Електронното изображение се отразява на флуоресцентния екран. Флуоресцентната светлина е пропорционална на тока на електронния лъч. Използвайте електронна суха плака вместо флуоресцентен екран, за да правите снимки. Фоточувствителната способност на сухата плоча е свързана с нейната дължина на вълната.
4. Вакуумна система
Вакуумната система се състои от механична помпа, маслена дифузионна помпа, йонна помпа, инструмент за измерване на вакуум и вакуумен тръбопровод. Неговата функция е да отстранява газа в цевта на обектива, така че степента на вакуум на цевта на лещата трябва да достигне поне 10-5 Torr, а най-добрата степен на вакуум може да достигне 10-9-10-10 Torr. Ако вакуумът е нисък, сблъсъците между електрони и газови молекули могат да причинят разсейване и да повлияят на контраста. Това също ще причини йонизация с високо напрежение между електронната решетка и анода, причинявайки междуелектродно разреждане. Остатъчните газове също могат да корозират нишката и да замърсят пробата.
5. Система за управление на мощността
Нестабилността на ускоряващото напрежение и магнитния ток на лещата може да причини сериозна хроматична аберация и да намали разделителната способност на електронния микроскоп. Следователно стабилността на ускоряващото напрежение и тока на лещите е важен критерий за измерване на производителността на електронния микроскоп. Веригата TEM се състои основно от следните части: захранване с постоянен ток с високо напрежение, захранване за възбуждане на лещи, захранване на отклоняваща намотка, захранване за нагряване на нишка с електронна пушка, верига за управление на вакуумна система, захранване на вакуумна помпа, задвижващо устройство на камерата и автоматична експозиция верига.
В допълнение, много високоефективни електронни микроскопи са оборудвани с аксесоари за сканиране, енергийна спектроскопия, спектроскопия за загуба на електронна енергия.
