इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी बनाम प्रकाश सूक्ष्मदर्शी के लाभ
एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप एक ऐसा उपकरण है जो इलेक्ट्रॉन प्रकाशिकी के सिद्धांत के आधार पर बहुत उच्च आवर्धन पर पदार्थों की सूक्ष्म संरचनाओं की छवि बनाने के लिए प्रकाश पुंज और ऑप्टिकल लेंस के बजाय इलेक्ट्रॉन बीम और इलेक्ट्रॉन लेंस का उपयोग करता है।
एक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी की विभेदन क्षमता को दो आसन्न बिंदुओं के बीच की छोटी दूरी द्वारा दर्शाया जाता है जिसे वह हल कर सकता है। 1970 के दशक में, संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का विभेदन लगभग 0.3 नैनोमीटर था (मानव नेत्र की विभेदन क्षमता लगभग 0.1 मिलीमीटर है)। अब इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का अधिकतम आवर्धन 3 मिलियन गुना से अधिक है, जबकि ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का अधिकतम आवर्धन लगभग 2000 गुना है, इसलिए कुछ भारी धातुओं के परमाणुओं और क्रिस्टल में बड़े करीने से व्यवस्थित परमाणु जाली को सीधे इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के माध्यम से देखा जा सकता है। .
1931 में, जर्मनी के नॉर-ब्रेमसे और रुस्का ने एक ठंडे कैथोड डिस्चार्ज इलेक्ट्रॉन स्रोत और तीन इलेक्ट्रॉन लेंस के साथ एक उच्च-वोल्टेज ऑसिलोस्कोप को परिष्कृत किया, और दस गुना से अधिक आवर्धित एक छवि प्राप्त की, जिसने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप आवर्धित इमेजिंग की संभावना की पुष्टि की। 1932 में, रुस्का के सुधार के बाद, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की संकल्प शक्ति 50 नैनोमीटर तक पहुंच गई, उस समय ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप की संकल्प शक्ति का लगभग दस गुना, इसलिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप ने लोगों का ध्यान आकर्षित करना शुरू कर दिया।
194 0 के दशक में, संयुक्त राज्य अमेरिका में हिल ने इलेक्ट्रॉन लेंस की घूर्णी विषमता की भरपाई के लिए एक दृष्टिवैषम्य का उपयोग किया, जिसने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की संकल्प शक्ति में एक नई सफलता हासिल की और धीरे-धीरे आधुनिक स्तर पर पहुंच गया। चीन में, 1958 में 3 नैनोमीटर के रिज़ॉल्यूशन के साथ एक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप सफलतापूर्वक विकसित किया गया था, और 1979 में 0.3 नैनोमीटर के रिज़ॉल्यूशन वाला एक बड़ा इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप निर्मित किया गया था।
हालांकि इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की संकल्प शक्ति ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप से कहीं बेहतर है, जीवित जीवों का निरीक्षण करना मुश्किल है क्योंकि इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप को निर्वात की स्थिति में काम करने की आवश्यकता होती है, और इलेक्ट्रॉन बीम के विकिरण से जैविक नमूनों को विकिरण क्षति भी होगी। . अन्य मुद्दों, जैसे इलेक्ट्रॉन बंदूक की चमक में सुधार और इलेक्ट्रॉन लेंस की गुणवत्ता पर भी और अध्ययन किए जाने की आवश्यकता है।
विभेदन शक्ति इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का एक महत्वपूर्ण सूचकांक है, जो नमूने के माध्यम से गुजरने वाले इलेक्ट्रॉन बीम के घटना शंकु कोण और तरंग दैर्ध्य से संबंधित है। दृश्यमान प्रकाश की तरंग दैर्ध्य लगभग {{0}} नैनोमीटर है, जबकि इलेक्ट्रॉन बीम की तरंग दैर्ध्य त्वरित वोल्टेज से संबंधित है। जब त्वरित वोल्टेज 50-100 kV होता है, तो इलेक्ट्रॉन बीम तरंग दैर्ध्य लगभग 0.0053-0.0037 नैनोमीटर होता है। चूँकि इलेक्ट्रॉन बीम की तरंग दैर्ध्य दृश्यमान प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से बहुत कम होती है, भले ही इलेक्ट्रॉन बीम का शंकु कोण ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का केवल 1 प्रतिशत हो, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की संकल्प शक्ति अभी भी उससे कहीं बेहतर है ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप की।
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में तीन भाग होते हैं: लेंस बैरल, वैक्यूम सिस्टम और बिजली आपूर्ति कैबिनेट। लेंस बैरल में मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन बंदूकें, इलेक्ट्रॉन लेंस, नमूना धारक, फ्लोरोसेंट स्क्रीन और कैमरा तंत्र शामिल हैं। इन घटकों को आमतौर पर ऊपर से नीचे तक एक स्तंभ में इकट्ठा किया जाता है; वैक्यूम प्रणाली यांत्रिक वैक्यूम पंप, प्रसार पंप और वैक्यूम वाल्व से बना है। गैस पाइपलाइन लेंस बैरल से जुड़ी हुई है; पावर कैबिनेट एक उच्च वोल्टेज जनरेटर, एक उत्तेजना वर्तमान स्टेबलाइजर और विभिन्न समायोजन नियंत्रण इकाइयों से बना है।
इलेक्ट्रॉन लेंस इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप लेंस बैरल का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। यह फोकस बनाने के लिए इलेक्ट्रॉन ट्रैक को अक्ष पर मोड़ने के लिए लेंस बैरल के अक्ष के सममित एक अंतरिक्ष विद्युत क्षेत्र या चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है। इसका कार्य किरणपुंज को फोकस करने के लिए कांच के उत्तल लेंस के समान होता है, इसलिए इसे इलेक्ट्रॉनिक लेंस कहा जाता है। . अधिकांश आधुनिक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी विद्युत चुम्बकीय लेंस का उपयोग करते हैं, जो एक बहुत स्थिर डीसी उत्तेजना वर्तमान द्वारा उत्पन्न एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को ध्यान में रखते हैं जो ध्रुव के जूते के साथ कुंडल के माध्यम से गुजरते हैं।
इलेक्ट्रॉन गन टंगस्टन हॉट कैथोड, ग्रिड और कैथोड से बनी होती है। यह एक समान गति के साथ एक इलेक्ट्रॉन बीम का उत्सर्जन और निर्माण कर सकता है, इसलिए त्वरित वोल्टेज की स्थिरता एक दस-हज़ारवां से कम नहीं होनी चाहिए।
इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी को उनकी संरचना और उपयोग के अनुसार संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी, प्रतिबिंब इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी और उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी में विभाजित किया जा सकता है। ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का उपयोग अक्सर सूक्ष्म भौतिक संरचनाओं का निरीक्षण करने के लिए किया जाता है जिन्हें सामान्य सूक्ष्मदर्शी द्वारा हल नहीं किया जा सकता है; स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप मुख्य रूप से ठोस सतहों के आकारिकी का निरीक्षण करने के लिए उपयोग किया जाता है, और सामग्री संरचना विश्लेषण के लिए इलेक्ट्रॉनिक माइक्रोप्रोब बनाने के लिए एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर या इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रोमीटर के साथ भी जोड़ा जा सकता है; स्व-उत्सर्जक इलेक्ट्रॉन सतहों के अध्ययन के लिए उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी।
प्रक्षेपण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का नाम इलेक्ट्रॉन बीम के नमूने में प्रवेश करने के बाद रखा गया है और फिर इलेक्ट्रॉन लेंस के साथ छवि को आवर्धित करता है। इसका प्रकाशिक पथ प्रकाशीय सूक्ष्मदर्शी के समान होता है। इस प्रकार के इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में, नमूने के परमाणुओं द्वारा इलेक्ट्रॉन बीम के प्रकीर्णन द्वारा छवि विवरण में कंट्रास्ट बनाया जाता है। नमूने के पतले या निचले-घनत्व वाले हिस्से में कम इलेक्ट्रॉन बीम स्कैटरिंग होता है, जिससे अधिक इलेक्ट्रॉन उद्देश्य डायाफ्राम से गुजरते हैं और इमेजिंग में भाग लेते हैं, और छवि में उज्जवल दिखाई देते हैं। इसके विपरीत, नमूने के मोटे या सघन भाग छवि में गहरे रंग के दिखाई देते हैं। यदि नमूना बहुत मोटा या बहुत घना है, तो छवि का कंट्रास्ट बिगड़ जाएगा, या यहां तक कि इलेक्ट्रॉन बीम की ऊर्जा को अवशोषित करके क्षतिग्रस्त या नष्ट हो जाएगा।
ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप लेंस बैरल के ऊपर इलेक्ट्रॉन गन है। इलेक्ट्रॉन टंगस्टन गर्म कैथोड द्वारा उत्सर्जित होते हैं और * से गुजरते हैं, और दूसरे दो कंडेनसर इलेक्ट्रॉन बीम पर ध्यान केंद्रित करते हैं। नमूने से गुजरने के बाद, इलेक्ट्रॉन बीम को ऑब्जेक्टिव लेंस द्वारा इंटरमीडिएट मिरर पर इमेज किया जाता है, और फिर इंटरमीडिएट मिरर और प्रोजेक्शन मिरर के माध्यम से कदम दर कदम बढ़ाया जाता है, और फिर फ्लोरोसेंट स्क्रीन या फोटोकॉहेरेंट प्लेट पर इमेज किया जाता है।
मुख्य रूप से उत्तेजना वर्तमान के समायोजन के माध्यम से मध्यवर्ती दर्पण का आवर्धन लगातार दसियों गुना से सैकड़ों-हजारों गुना तक बदला जा सकता है; मध्यवर्ती दर्पण की फोकल लंबाई को बदलकर, एक ही नमूने के छोटे भागों पर इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म चित्र और इलेक्ट्रॉन विवर्तन चित्र प्राप्त किए जा सकते हैं। मोटे धातु के टुकड़े के नमूनों का अध्ययन करने के लिए, फ्रांसीसी डुलोस इलेक्ट्रॉन ऑप्टिक्स प्रयोगशाला ने 3500 केवी के त्वरित वोल्टेज के साथ एक अति-उच्च वोल्टेज इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप विकसित किया। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप संरचना का योजनाबद्ध आरेख
स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का इलेक्ट्रॉन बीम नमूने के माध्यम से नहीं गुजरता है, लेकिन केवल नमूने की सतह पर माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों को स्कैन और उत्तेजित करता है। नमूने के बगल में रखा गया जगमगाहट क्रिस्टल इन माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है, पिक्चर ट्यूब के इलेक्ट्रॉन बीम की तीव्रता को बढ़ाता और संशोधित करता है, जिससे पिक्चर ट्यूब की स्क्रीन पर चमक बदल जाती है। पिक्चर ट्यूब का विक्षेपण कॉइल नमूने की सतह पर इलेक्ट्रॉन बीम के साथ सिंक्रोनस स्कैनिंग रखता है, ताकि पिक्चर ट्यूब की फ्लोरोसेंट स्क्रीन नमूना सतह की स्थलाकृतिक छवि प्रदर्शित करे, जो एक औद्योगिक टीवी के कार्य सिद्धांत के समान है। .
स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का रिज़ॉल्यूशन मुख्य रूप से नमूना सतह पर इलेक्ट्रॉन बीम के व्यास द्वारा निर्धारित किया जाता है। आवर्धन पिक्चर ट्यूब पर स्कैनिंग आयाम और नमूने पर स्कैनिंग आयाम का अनुपात है, जिसे दसियों बार से सैकड़ों हजारों बार लगातार बदला जा सकता है। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप को बहुत पतले नमूने की आवश्यकता नहीं होती है; छवि का एक मजबूत त्रि-आयामी प्रभाव है; यह पदार्थ की संरचना का विश्लेषण करने के लिए इलेक्ट्रॉन बीम और पदार्थ के बीच बातचीत से उत्पन्न माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों, अवशोषित इलेक्ट्रॉनों और एक्स-रे जैसी जानकारी का उपयोग कर सकता है।
एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की इलेक्ट्रॉन गन और कंडेनसर लेंस मोटे तौर पर एक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के समान होते हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉन बीम को पतला बनाने के लिए, कंडेनसर लेंस के नीचे एक वस्तुनिष्ठ लेंस और एक दृष्टिवैषम्य जोड़ा जाता है, और इसके दो सेट ऑब्जेक्टिव लेंस के अंदर परस्पर लंबवत स्कैनिंग बीम स्थापित होते हैं। कुंडल। ऑब्जेक्टिव लेंस के नीचे नमूना कक्ष एक नमूना चरण से लैस है जो स्थानांतरित, घुमा और झुका सकता है।
