Покоренный электрон
Шрифт:
Магнитным полем можно заставить электрон лететь по спирали, проделывать сложные сальто и петли.
Поэтому магнитные поля, создаваемые катушками определенной формы, оказались прекрасными линзами для электронного луча (рис. 75).
Рис. 75. Магнитное поле служит линзой для электронных лучей.
Теоретические расчеты показывали, что электронный микроскоп при достаточном его усовершенствовании способен
Советский электронный микроскоп
В начале 1940 года академик А. А. Лебедев вместе со своими сотрудниками В. Н. Верцнером и Н. Г. Зандиным начал проектировать и строить первый советский электронный микроскоп.
В обычном световом микроскопе в его нижней части помещается источник света или зеркальце, отражающее лучи какого-либо источника света. Его лучи проходят сквозь стеклянную линзу, которая называется конденсорной или собирательной. Она собирает световые лучи в конический пучок и направляет их на стеклянную пластинку, на которой лежит исследуемый предмет.
Световые лучи, прошедшие сквозь этот предмет, попадают в первую увеличительную линзу микроскопа, которая называется объективной линзой, так как обращена к объекту исследования.
Объективная линза увеличивает изображение предмета примерно в 50 раз.
Это увеличенное изображение исследователь рассматривает сквозь окулярную линзу, тоже дающую увеличение в 10–20 раз.
В результате общее увеличение обеих линз — объективной и окулярной — получается равным произведению этих чисел, то есть от 500 до 1000 раз.
В электронном микроскопе вместо источника света имеется электронная пушка. Она посылает пучок электронных лучей, который попадает в первую — конденсорную линзу микроскопа.
Разумеется, эта линза не стеклянная, стекло было бы тут только помехой, и ее форма ничем не напоминает увеличительное стекло. Это всего лишь электромагнитная катушка с отверстием по оси. Сквозь это отверстие проходит электронный луч. Внутри катушки нет ни стекол, ни воздуха, так как из электронного микроскопа выкачан почти весь воздух. Но называется такая катушка — линзой, потому что ее действие на электронный луч подобно действию стеклянной линзы на световой луч (рис. 76).
Рис. 76. Устройство электронного микроскопа подобно устройству оптического микроскопа.
Световые лучи, выходящие из одной точки, пройдя сквозь двояковыпуклую линзу, преломляются в стекле, отклоняются от прежнего направления и собираются коническим пучком на объекте.
Точно также и электроны, пролетев сквозь отверстие катушки-линзы, фокусируются — сходятся конусом и попадают на предметный «столик», создавая на нем яркое «электронное освещение». В центре «столика» вырезано круглое отверстие. Поверх этого отверстия натягивают тончайшую (толщиной 0,1–0,2 микрона) прозрачную пленку коллодия, на которой помещают то, что хотят исследовать.
Объектом исследования могут служить колонии
Электроны, летящие со скоростью в несколько тысяч километров в секунд}у, пронизывают предметы, лежащие на пленке.
В тех местах, где вещество более плотно или имеется какое-либо утолщение, электроны встречают больше препятствий и, рассеиваясь, несут большие потери в своих рядах. Места менее плотные электроны преодолевают с меньшим отсевом: электронный поток получается здесь плотнее, гуще.
Чтобы изображение предметов получилось увеличенным, электронный пучок по пути от предметного столика до экрана проходит сквозь две магнитные линзы.
Сразу же за предметным столиком электронный ноток перехватывает объективная катушка-линза.
Она собирает электроны, выходящие из каждой точки предмета, и таким образом дает промежуточное, сильно увеличенное изображение.
Следующая линза, которая в оптическом микроскопе называется окулярной, потому что посылает лучи в глаз наблюдателя (по-латински окулюс — глаз), в электронном микроскопе получила название проекционной, потому что она отбрасывает изображение на светящийся под ударами электронов экран.
Проекционная линза еще больше увеличивает изображение.
Экран электронного микроскопа будет светиться не везде одинаково. Где электронов упадет побольше, там и свечение будет поярче, а где электронный поток потерял значительную часть электронов, экран будет светиться слабее. На экране вырисуется изображение предмета.
Кроме линз на пути электронного пучка стоят еще диафрагмы — металлические пластинки с отверстиями, ограничивающими ширину пучка. Электроны, которые в результате встреч с атомами рассматриваемого предмета слишком сильно отклонились в сторону, натыкаются на диафрагмы и не проходят сквозь их отверстия. Диафрагмы служат возле линз как бы привратниками: они пропускают вперед только ту часть пучка электронных лучей, которая несет к экрану правильное, неискаженное изображение.
Кроме того, в электронном микроскопе имеется несколько вспомогательных механизмов — два насоса, которые откачивают воздух из внутренней полости прибора, электрооборудование, которое подает высокое напряжение, фотокамера для фотографирования изображений, приборы управления.
Первый образец советского электронного микроскопа был готов в середине 1940 года и давал увеличение в десять тысяч раз, то есть вдесятеро больше своего оптического собрата.
Ободренные первым успехом, ученые стали строить вторую модель, которая должна была дать увеличение в 25 тысяч раз!
Увеличение в сто тысяч раз
Создателям первого советского электронного микроскопа академику А. А. Лебедеву, В. Н. Верцнеру и Н. Г. Зандину была присуждена Сталинская премия.
В модели 1947 года, законченной к тридцатилетию Советской власти, изобретатели применили много новых усовершенствований.
Рис. 77. Расположение основных частей электронного микроскопа.
Так как электронный микроскоп увеличивает изображение в 25 тысяч раз, а фотографию можно увеличить еще в 4 раза — общее увеличение достигло 100 000 раз!