इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के संरचना सिद्धांत का परिचय
एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में एक लेंस बैरल, एक वैक्यूम सिस्टम और एक पावर कैबिनेट होता है। लेंस बैरल में मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन गन, इलेक्ट्रॉन लेंस, नमूना धारक, फ्लोरोसेंट स्क्रीन और कैमरा तंत्र होते हैं, जो आमतौर पर ऊपर से नीचे तक एक कॉलम में इकट्ठे होते हैं; वैक्यूम सिस्टम में एक यांत्रिक वैक्यूम पंप, एक प्रसार पंप और एक वैक्यूम वाल्व होता है, और एक वायु निष्कर्षण पाइपलाइन के माध्यम से लेंस बैरल से जुड़ा होता है; पावर कैबिनेट उच्च वोल्टेज जनरेटर, उत्तेजना वर्तमान स्टेबलाइज़र और विभिन्न समायोजन नियंत्रण इकाइयों से बना है।
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के लेंस बैरल में इलेक्ट्रॉन लेंस सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा है। यह फोकस बनाने के लिए अक्ष पर इलेक्ट्रॉन प्रक्षेपवक्र को मोड़ने के लिए लेंस बैरल की धुरी के सममित स्थानिक विद्युत क्षेत्र या चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है, जो प्रकाश किरण पर ध्यान केंद्रित करने के लिए ग्लास उत्तल लेंस के समान है, इसलिए इसे कहा जाता है इलेक्ट्रॉन लेंस. अधिकांश आधुनिक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी विद्युत चुम्बकीय लेंस का उपयोग करते हैं, और पोल शूज़ के साथ एक कुंडल से गुजरने वाली एक बहुत ही स्थिर डीसी उत्तेजना धारा द्वारा उत्पन्न मजबूत चुंबकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को केंद्रित करता है।
एक इलेक्ट्रॉन गन एक घटक है जिसमें टंगस्टन फिलामेंट हॉट कैथोड, एक ग्रिड और एक कैथोड होता है। यह एक समान गति के साथ एक इलेक्ट्रॉन किरण का उत्सर्जन और निर्माण कर सकता है, इसलिए त्वरित वोल्टेज की स्थिरता एक दस हजारवें से कम नहीं होनी चाहिए।
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप को संरचना और उपयोग के अनुसार ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप, प्रतिबिंब इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप और उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में विभाजित किया जा सकता है। ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (टीईएम) का उपयोग अक्सर बारीक सामग्री संरचना का निरीक्षण करने के लिए किया जाता है जिसे साधारण माइक्रोस्कोप द्वारा अलग नहीं किया जा सकता है। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) का उपयोग मुख्य रूप से ठोस सतह की आकृति विज्ञान का निरीक्षण करने के लिए किया जाता है, और इसे एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर या इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रोमीटर के साथ भी जोड़ा जा सकता है। इलेक्ट्रॉन माइक्रो का निर्माण नमूने के परमाणुओं द्वारा इलेक्ट्रॉन किरण के प्रकीर्णन से होता है। नमूने के पतले या कम घनत्व वाले हिस्से में, इलेक्ट्रॉन किरण कम बिखरती है, इसलिए अधिक इलेक्ट्रॉन वस्तुनिष्ठ डायाफ्राम से गुजरते हैं और इमेजिंग में भाग लेते हैं, जिससे वे छवि में उज्जवल दिखाई देते हैं। इसके विपरीत, नमूने का मोटा या सघन भाग छवि में गहरा दिखाई देता है। यदि नमूना बहुत मोटा या बहुत घना है, तो छवि का कंट्रास्ट खराब हो जाएगा और इलेक्ट्रॉन किरण की ऊर्जा को अवशोषित करके क्षतिग्रस्त या नष्ट भी हो जाएगा।
ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के लेंस बैरल का शीर्ष एक इलेक्ट्रॉन गन है। इलेक्ट्रॉनों को टंगस्टन फिलामेंट हॉट कैथोड द्वारा उत्सर्जित किया जाता है और पहले और दूसरे कंडेनसर लेंस द्वारा केंद्रित किया जाता है। इलेक्ट्रॉन किरण नमूने से गुजरने के बाद, इसे वस्तुनिष्ठ लेंस द्वारा मध्यवर्ती दर्पण पर चित्रित किया जाता है, और फिर मध्यवर्ती दर्पण और प्रक्षेपण दर्पण द्वारा चरण दर चरण बढ़ाया जाता है, और फ्लोरोसेंट स्क्रीन या फोटोग्राफिक प्लेट पर चित्रित किया जाता है।
उत्तेजना धारा को समायोजित करके मध्यवर्ती दर्पण के आवर्धन को लगातार कई दस गुना से कई लाख गुना तक बदला जा सकता है। मध्यवर्ती दर्पण की फोकल लंबाई को बदलकर, एक ही नमूने के छोटे हिस्से पर इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म छवि और इलेक्ट्रॉन विवर्तन छवि प्राप्त की जा सकती है। मोटी धातु के टुकड़े के नमूनों का अध्ययन करने के लिए, फ्रांस के डुलोस में इलेक्ट्रॉन ऑप्टिक्स प्रयोगशाला द्वारा 3500 केवी के त्वरित वोल्टेज वाला एक अल्ट्रा-हाई वोल्टेज इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप विकसित किया गया था।
स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की इलेक्ट्रॉन किरण नमूने से होकर नहीं गुजरती है, बल्कि द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए नमूने की सतह पर ही स्कैन करती है। नमूने के बगल में रखा जगमगाहट क्रिस्टल इन माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है और प्रवर्धन के बाद पिक्चर ट्यूब की इलेक्ट्रॉन बीम तीव्रता को नियंत्रित करता है, इस प्रकार पिक्चर ट्यूब की स्क्रीन पर चमक बदल जाती है। पिक्चर ट्यूब का विक्षेपण कुंडल नमूना सतह पर इलेक्ट्रॉन बीम के साथ समकालिक स्कैनिंग रखता है, जिससे पिक्चर ट्यूब की फ्लोरोसेंट स्क्रीन नमूना सतह की रूपात्मक छवि दिखाती है, जो औद्योगिक टीवी सेट के कार्य सिद्धांत के समान है।
स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का रिज़ॉल्यूशन मुख्य रूप से नमूना सतह पर इलेक्ट्रॉन बीम के व्यास पर निर्भर करता है। आवर्धन चित्र ट्यूब पर स्कैनिंग आयाम और नमूने पर स्कैनिंग आयाम का अनुपात है, जिसे लगातार दर्जनों से सैकड़ों हजारों बार बदला जा सकता है। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप को बहुत पतले नमूनों की आवश्यकता नहीं होती है; छवि में एक मजबूत त्रि-आयामी भावना है; पदार्थ की संरचना का विश्लेषण इलेक्ट्रॉन किरण और पदार्थ के बीच परस्पर क्रिया से उत्पन्न द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों, अवशोषित इलेक्ट्रॉनों और एक्स-रे की जानकारी का उपयोग करके किया जा सकता है।
स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की इलेक्ट्रॉन गन और कंडेनसर लगभग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के समान ही होते हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉन बीम को पतला बनाने के लिए, कंडेनसर के नीचे एक ऑब्जेक्टिव लेंस और एक दृष्टिवैषम्य डिफ्यूज़र जोड़ा जाता है, और स्कैनिंग के दो सेट होते हैं ऑब्जेक्टिव लेंस में एक दूसरे के लंबवत कुंडलियाँ भी स्थापित की जाती हैं। ऑब्जेक्टिव लेंस के नीचे नमूना कक्ष में एक नमूना तालिका स्थापित की जाती है जो घूम सकती है, घूम सकती है और झुक सकती है।
