Теория оптических приборов - Чуриловский В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
при ускоряющем напряжении V - 50 кет находится по формуле (III. 90): Я =
5,5 X х 10"10 см = 0,0055 нм. Таким образом, длина волны электронного
потока примерно в 10 000-100 000 раз меньше длины волны визуального
оптического микроскопа.'Однако полезное увеличение современного
электронного микроскопа далеко ие во столько раз превосходит полезное
увеличение оптического микроскопа. По ряду причин принципиального
характера полезное увеличение электронного микроскопа в настоящее время
достигает 200000х,
2G0
а обычно не превосходит 30 ООО-40 000х. Но и такой результат представляет
собой грандиозный шаг вперед, позволивший человеку впервые наблюдать
крупные молекулы, открыть и исследовать новый класс живой природы -
вирусы.
Развитию электронной микроскопии мешают существенные недостатки, присущие
этому микроскопу.
1. Как электромагнитным, так и электростатическим линзам свойственны
аберрации, подобные аберрациям стеклянных лннз. Но в то время как в
системах стеклянных линз устранение аберраций достигается без особого
труда, не существует приемов для устранения аберраций электронных линз.
Это обстоятельство вынуждает применять малые апертуры электронных пучков,
чтобы избежать резкого влияния аберраций на качество изображения.
Численная апертура электронного микроскопа не превосходит 0,05.
2. Форма преломляющих поверхностей оптических линз обладает хорошей
стабильностью во времени. Следует иметь в виду, что отступления от
расчетной формы, имеющие величину порядка нескольких длин волн, могут
повлечь за собой заметное ухудшение качества изображения. В электронном
микроскопе роль преломляющих поверхностей играют поверхности уровня
потенциала электромагнитного поля. Добиться их стабильности во времени,
учитывая чрезвычайно малую величину длины волны, практически невозможно,
что приводит к дополнительному снижению разрешающей способности.
3. Поток электронов энергично поглощается воздухом. Поэтому весь
электронный микроскоп помещается в высоком вакууме (порядка 5 ¦ 10'(r) мм
pm. cm). Это создает значительные неудобства эксплуатации микроскопа.
4. Соображения, изложенные в п. 2, приводят к невыполнимо жестким
требованиям в отношении стабилизации питающего напряжения электронного
микроскопа.
5. Осуществляемое в электронном микроскопе освещение предмета электронным
пучком подвергает предмет жестокой бомбардировке электронами, приводящей
к нарушению его структуры и формы, а нередко и полному его разрушению.
Так, например, на всех фотографиях, полученных прн помощи электронного
микроскопа, вирусы представлены в виде бесформенных комочков. Такой вид
они приобретают под действием электронной бомбардировки. Трудно
предположить, что это их естественный вид.
Перечисленные здесь трудности и недостатки электронной микроскопии
привели исследователей к некоторому разочарованию. В то же время эти
трудности не позволили сразу достичь "потолка", т. е. наибольшей
возможной разрешающей способности, и тем самым открыли перспективу
длительного усовершенствования. Мы можем, однако, легко найти этот
"потолок" при помощи формулы (III. 69), в которой положим Я = 0,005 нм; А
= 0,05.
261
Мы найдем тогда предельно малый различимый размер структурной детали: е =
0,05 нм. Далее по формуле (III. 76) определим полезное увеличение Г = 5
000 000х. Самое высокое достигнутое полезное увеличение составляет только
200 000х, следовательно, .оно в 25 раз меньше теоретически достижимого.
Если бы такое же положение существовало в области оптической микроскопии,
мы могли бы вместо полезного увеличения 1500х осуществить только
увеличение 60х.
В сороковых годах нашего столетия возникла идея двухвол-иового
микроскопа, наметившая возможность использования вы-ской разрешающей
способности жестких лучей Рентгена. Принцип действия двухволнового
микроскопа заключается в том, что первичное изображение (по терминологии
Аббе), или дифракционная картина, создается при помощи коротковолнового
излучения с длиной волны Я|, а образование вторичного изображения,
передающего вид предмета, производится в обычном видимом свете с длиной
волны Хг. Первичным изображением служит дифракционная рентгенограмма,
получаемая по методу, развитому М. Лауэ в 1912 г. (диаграмма Лауэ),
зафиксированная на фотографической пленке. Эта рентгенограмма
просвечивается пучком когерентных лучей, которые создают вторичное
видимое изображение предмета. Отношение Я2/Яi служит фактором увеличения
системы. Предметом может служить, например, решетка кристалла. При длине
волны Xj = 0,01 нм для жестких лучей. Рентгена и при апертуре 0,5,
достижимой в методе Лауэ, теоретически разрешаемая величина структурной
детали составляет по формуле (III. 69) е = 0,01 нм.
Двухволновая микроскопия ие получила, однако, практического применения
из-за существенного затруднения: фотоснимок с дифракционной картиной
воспроизводит только интенсивности, т. е. амплитудные соотношения
первичного излучения, но не его фазовые соотношения. Это приводит к
