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徕卡显微镜——电子显微镜的产生基础

发布时间:2012-05-17   点击次数:1792次

徕卡显微镜——电子显微镜的产生基础

徕卡显微镜的科研团队为了开发具有更高分辨能力的仪器,必须寻找更短波长6t照明物质以及能对它实现焦焦、控制的“透镜”。以电子光学为作用原理的电子显微镜就是这样一种仪器。所谓电子光学是指研究和利用电子流的偏转、聚焦和成象规律的一门学科。它的基础是下列三项发现;

(一).J.J.Thomson(1872)证明了电子的存在;

(二).L.deBroglie(1923)关于物质的微粒、波动二象性的推论‘

(三).H.Busch(1926)发现了轴对称分布的电、磁场对带电粒子的透镜作用。

首先来讨论徕卡电子显微镜中的照明物质一—电子流。根据上述(一)(二)两项,我们可以把运动着的电子流看作一个电子波,它向电子运动的方向以匀速并随时间作正弦变化的方式前进。1927年D9v比on和Germer发现的电子衍射现象更确定无疑地用实验证实了电子的波动性,并进而测定验证了关系式,为了推算电子波长,我们假设质量为M、电荷为(一‘)的电子所具有的韧速为零。当其通过一个电势从o变到Yo的区域后,速度便变为?。因此电子的动量严和动能x分别为:zui后可以得出电子波长的表达式为:应该指出,对于高速运动的电子,其质量将随速度的增加而增加。例如加速电压yo=lookV时,电子质量特发生5%的改变。为此必须考虑电子质量的相对论修正。修正后的公式为:式中电子波长A的单位为M,相对论修正电压vL的单位持)。下面举例表示电子波长与加速电压的关系

V0(KV) VR(KV) Α(NM)

50              52.5           0.0053

80             86.5            0.0042

100           110             0.0037

120           134             0.0033

160           185             0.0029

200           239             0.0025

300           388             0.0020

从表中的数量级可以看出,徕卡显微镜电子波的确是一种比光波短得多的可用照明物质。

电子显微镜的另一必要部件就是能将电子束聚焦的透镜一电子透镜。为了定性说明其工作原理,可以采用一个员简单的例子,即由螺旋线圈绕制成的长空心圆柱,也称长螺线管。当这种线圈中通有电流时,就会在其中心轴附近产生近似均匀的磁场。根据有手定则可知,这种磁场是在沿抽(Z)方向的。当高速运动的电子(一‘)进入此场区后,就会受到磁场的kren檀力(歹)作用。它正比于电子速度与磁场强度的叉乘值,即万=一Mx万。进入磁场区的电子初速;。可分成二部分来讨论州=入席l。平行于磁场方向的速度分星办即5z,它与磁场的作用力为零,所以电子沿轴方向的速度不会发生变化。垂直于磁场方向的速度分量5L受到的磁场作用力,既垂直于此韧速分量的方向,又垂直于磁场的方向,因此它是一种均匀的向心作用力。zui终的效果是电子在沿韧前进的同时,还绕中心轴作匀速圆周运动,其空间轨迹是一条螺旋线(见图1—2)。

徕卡显微镜可以证明由同一物点(产)发出的初速不同的电子,经一定距离后都将会聚在同一像点(Pf)。这就是磁透镜的雏型。应该强调指出的是碰透镜对高速运动的电子具有使其旋转并会聚(成像)的作用。团1—2均匀磁场中的电子轨迹(十一物6,夕一相应的傻点)。

电子显微镜中的电子透镜可以是静电式或(电)磁式的。为由多电极组成的静电透镜,对屏蔽及真空系统的要求较高,目前大多采用(电)磁透镜。只是根据不同部位处的不同要求透镜的设计和构造可有所不同。

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