نحوه کارکرد میکروسکوپ الکترونی چگونه است

همه چیز در مورد میکروسکوب ها

از آنجا که قدرت میکروسکوپ معمولی (نوری) محدود به طول موج نور است تلاش‏هایی در زمینه استفاده از پرتوهایی با طول موج‏های کوتاهتر که قابلیت انحراف دارند و می‏توان از آنها برای تشکیل تصویر استفاده کرد، انجام گرفت. باریکه‏های الکترونی یا الکترون‏های آزادی که هنگام قطع یک میدان الکتریکی شتاب می‏گیرند و سرعت بالایی پیدا می‏کنند، چنین امکانی را بوجود می‏آورند. این باریکه‏ها را می‏توان براساس سرعت الکترون‏هایشان دارنده طول موج‏های خاصی در نظر گرفت؛ زیرا اگر تحت شرایط معینی قرار بگیرند، طوری عمل می‏کنند که گویی خاصیت موجی دارند. از آنجا که الکترون دارای بار منفی است، هنگام عبور از یک میدان الکتریکی شتاب پیدا می‏کند ــ مثلاً‌ به سمت صفحه مثبت یک خازن جذب می‏شود یا به طور کلی در جهت ولتاژ بالاتر (پتانسیل بالاتر) شتاب می‏گیرد. اگر الکترون در مسیر عکس حرکت کند، از سرعت آن کاسته می‏شود. در یک میدان الکتریکی فرض بر آن است تمام نقاطی که ولتاژ یکسان دارند، توسط خطوطی به نام «خطوط هم‏پتانسیل» متصل هستند، زمانی که الکترونی به صورت مورب از یک میدان الکتریکی می‏گذرد (مثلاً‌ از بین دو شبکه سیمی باردار ) در مسیر حرکت خود، به سمت خطوط دارای پتانسیل بالاتر شتاب می‏گیرد و مسیرش دستخوش انحراف یا بعبارت دیگر شکست می‏شود. براساس این اصل بود که عدسی‏های الکتروستاتیکی، از روی عدسی‏های شیشه‏ای نوری و با استفاده از شبکه‏های سیمی کروی، برای الکترون شبیه‏سازی شدند . اما استفاده از این عدسی‏های الکترونی اشکالاتی نیز در بر دارد و به همین دلیل عدسی‏هایی که امروزه مورد استفاده قرار می‏گیرند به صورت حالت لوله یا دیافراگم روزنه‏دار  ساخته شده اند. علیرغم اینکه خطوط هم‏پتانسیل طرح متفاوتی را بوجود می‏آورند، عمل تمرکز یا پراکندگی الکترون خنثی نمی‏‏شود، زیرا الکترون‏ها از ناحیه پراکندگی با سرعت بیشتری می‏گذرند و در نتیجه کمتر انحراف پیدا می‏کنند. علاوه بر عدسی‏های الکترواستاتیک، عدسی‏های مغناطیسی نیز وجود دارد. عمل یک عدسی مغناطیسی بر اصول زیر استوار است:

الکترونِ در حال حرکت، ابتدایی‏ترین شکل یک جریان الکتریکی است و بنابراین توسط یک میدان مغناطیسی احاطه می‏شود. وقتی میدان مغناطیسی مربوط به یک جریان الکتریکی و یک میدان مغناطیسی دیگر بر هم اثر می‏گذارند، بر هادی‏ای که جریان از آن عبور می‏کند، نیروهایی وارد می‏شود. این اصل اساسی تمام موتورها و مولّد (ژنراتور)های الکتریکی است. به همین دلیل، الکترونی که در یک میدان مغناطیسی حرکت می‏کند، تغییر مسیر می‏دهد. برای به دست آوردن میدان‏هایی با قدرت بالا، عدسی‏های مغناطیسی را از سیم‏پیچ محاط‏شده در پوشش آهنی‏ای که دارای یک شکاف باریک است، می‏سازند (شکل 6).

میکروسکوپ

ساختمان میکروسکوپ الکترونی

اساساً ساختمان میکروسکوپ الکترونی ــ‌ دارای عدسی الکترواستاتیک یا مغناطیسی ــ‌ بسیار شبیه میکروسکوپ نوری مورد استفاده در ثبت عکس است (شکل‏های 7 ـ الف و ب و ج): الکترون‏ها از یک کاتد گداخته منتشر می‏شوند، شتاب می‏گیرند و توسط کندانسور بر روی شیء مورد نظر تمرکز پیدا می‏کنند. شیء، که می‏تواند یک باکتری یا ویروس یا آنچه اصطلاحاً ر پلیکا نامیده می‏شود باشد، بر روی یک فیلم بسیار نازک کولودیون محافظت می‏شود. («ر پلیکا» پوششی از کربن یا ماده مناسب دیگری است که روی سطح فلز یا کانی تشکیل می‏شود و سپس آن را برمی‏دارند و زیر میکروسکوپ الکترونی مطالعه می‏کنند.) پرتوهای الکترون براساس ضخامت و ترکیب شیمیایی شیء، به درجات مختلف تضعیف می‏شوند. عدسی شیئی آنها را به صورت یک تصویر واسطه بزرگ‏شده درمی‏آورد. یک سیستم عدسی پرتوافکن این تصویر را جهت تشکیل تصویر بزرگتری مورد استفاده قرار می‏دهد. تصویر حاصل را می‏توان بر روی یک پرده فلوئورسنت (برای مشاهده عینی) یا یک صفحه عکاسی حساس به تابش‏های الکترونی انداخت.

نور سبز طول موجی حدود میلیمتر دارد. الکترون‏هایی که با 50000 ولت شتاب گرفته باشند، طول موجی 000/100 بار کوچکتر از این مقدار دارند، به دلیل این موج بسیار کوتاه، قدرت یک میکروسکوپ الکترونی بسیار بیشتر از قدرت میکروسکوپ نوری است. ترکیبِ قدرت بزرگنمایی میکروسکوپ الکترونی با امکان بزرگ‏سازیِ تصویر در عکاسی، بزرگنمایی‏هایی از یکصد تا پانصد هزار برابر را ممکن می‏سازد.

منبع: سندباد