Электронный микроскоп

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЛИНЗЫ

Что же это за странные линзы, сделанные из «ничего»?

Дело в том, что между световыми и электронными волнами есть большая разница. Электроны обладают электрическим зарядом. Движущиеся электроны — это электрический ток. На всякий электрический ток действует магнит. Световые волны заряда с собой не несут, и поэтому магнит на них не действует. Когда луч света проходит через стеклянную линзу, то он меняет свое направление, преломляясь под воздействием атомов стекла.

Летящие же электроны могут отклониться от первоначального пути, попав либо в электрическое, либо в магнитное поле.

В советском электронном микроскопе пользуются магнитным полем. Поэтому пустые линзы электронного микроскопа представляют собой катушки из проволоки, создающие магнитное поле. Эти катушки устроены почти так же, как обычные катушки для ниток. Но вместо ниток на гильзы катушек намотана медная изолированная проволока.

Когда по виткам катушки проходит электрический ток, то создается магнитное поле. Это магнитное поле и воздействует на поток быстро летящих электронов внутри катушки. Магнитное поле, создаваемое катушкой, собирает электроны в узкие пучки, подобно тому как стеклянная линза собирает лучи света в одну точку.

Первая линза — конденсорная — собирает, или, как говорят, конденсирует, электроны, выстреливаемые из электронной пушки, в узкий пучок и, подобно лучу прожектора, нацеливает их на изучаемый предмет.

Но можно ли, например, назвать предметом немыслимо крошечные точки вирусов или молекулы какого- нибудь металла? Как их укрепить внутри микроскопа?

Они наносятся на тончайшую пленку из коллодия или другого лака. Электроны проходят через пленку насквозь, пробивают ее, как пули, навылет. Но часть электронов натыкается при своем полете на мельчайшие тельца вирусов или молекул и рассеивается по сторонам.

Длина электронной волны очень мала. Она намного меньше тех крошечных частиц, которые исследуются под микроскопом. Поэтому электронная волна отражается от этих частиц и рассеивается в стороны. Электронная волна не огибает этих крошечных частиц. Она «замечает» столь безмерно малые предметы. Пройдя изучаемое вещество, электроны попадают во вторую магнитную линзу. Эта линза называется объективной. Она дает первое изображение, как бы начальную зарисовку сильно увеличенного предмета.

Третья магнитная линза — проекционная — увеличивает изображение еще больше. Проекционная линза отбрасывает электроны на фотопластинку или на экран, покрытый веществом, светящимся под их ударами.

Электроны, ударяющиеся об экран, вызывают на нем маленькие зеленоватые вспышки света.

Но не все электроны попадают на экран. Некоторые электроны, вылетевшие из электронной пушки и попавшие в первую магнитную линзу, рассеиваются, встретив на своем пути изучаемый предмет.

Эти электроны на экран (или на фотопластинку вместо экрана) уже не попадают. В результате экран светится неравномерно. В тех местах экрана, в которые ударились электроны, будут вспышки света, а куда электроны не попали — тень.

Но в различных участках изучаемого предмета электроны рассеиваются по-разному. Там, где предмет толще или плотность его выше, электронов рассеется гораздо больше.

Меньше всего рассеивает электронов тончайшая пленочка, на которую наносится изучаемый предмет или вещество. Пленка пропускает электронов больше всего. Электроны «простреливают» ее навылет.

Те точки экрана, куда попадает большее число электронов, светятся сильнее. Те точки, в которые электронов попадает мало, светятся гораздо слабее. Точки экрана, в которые вовсе не попадает ни одного электрона, остаются совершенно темными.

Так в игре Света различной яркости и тени возникает перед нашими глазами изображение предмета, увеличенное в десятки и сотни тысяч раз.

Чтобы изображение предмета на экране получилось правильным, а не искаженным, электроны, прошедшие изучаемый предмет, больше уже не должны нигде рассеиваться. Ничто не должно мешать их свободному полету от предмета к экрану. А ведь лететь им предстоит еще далеко. До экрана почти метр пути. Мало ли что может случиться с электроном!

Электрон, пройдя изучаемый предмет, может натолкнуться на молекулу воздуха. В результате такого столкновения пострадают и молекула и электрон. Судьба молекулы воздуха нас сейчас мало интересует. Гораздо важнее, что произойдет от такого удара с электроном.

Электрон при ударе о молекулу воздуха отскочит в сторону и на экран не попадет. Поэтому изображение предмета будет искаженным.

Чтобы этого не произошло, с пути электронов удаляют воздух насколько это возможно. Во время работы электронного микроскопа вакуумный насос все время выкачивает воздух из прибора. Там остается совсем немного молекул воздуха.

Вероятность столкновения электронов с этими молекулами ничтожна.

Давление еще остающегося в приборе воздуха в сто миллионов раз меньше, чем нормальное давление атмосферы. При таком разрежении электроны свободно летят до экрана, почти не сталкиваясь с молекулами воздуха на всем своем длинном пути.

Схема действия микроскопов: слева — электронного, справа — оптического.

Мы сказали, что этот путь длиной около метра. Разве это так много?

Понятие о большом и малом очень условно. Нам, людям, путь в один метр кажется маленьким. Для электронов же это огромная величина.

Ведь размер электрона так немыслимо мал! Если представить электрон в виде шарика (его истинная форма до сих пор неизвестна), то диаметр этого шарика будет всего лишь несколько биллионных долей миллиметра.

Если электроны вытянуть в цепочку, то в одном миллиметре их уложится несколько сотен миллиардов штук. Вот насколько мал электрон!

Поэтому путь длиной в один метр для электрона колоссально велик. Это все равно, что футбольному мячу пришлось бы лететь расстояние в десятки миллиардов километров.

Быстро пролетать огромный для электронов путь помогают им их гигантские скорости.

Скорость электронов зависит от того, какое напряжение приложено к нити и анодной пластинке электронного микроскопа. Чем больше это напряжение, тем выше скорость электронов, тем большее увеличение дает электронный микроскоп.

Создание первого образца электронного микроскопа потребовало нескольких лет напряженного труда советских ученых.

Наши электронные микроскопы работают с огромной точностью, давая высокое качество изображения.