Электрондық линзалар және электронды микроскоп

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 20 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының білім жӘне ғылым министрлігі
М.Х. Дулати атындағы Тараз өңірлік университеті

Ұстаз факультетіинституты

Физика және IT кафедрасы

КУРСТЫҚ Жұмыс

Оптика пәні бойынша

Тақырыбы: Электрондық линзалар және электронды микроскоп

Білімгерлер: Набиева Қаракөз Еркенбекызы Тобы Ф21-3
Несіпбай Досымжан Нұрайұлы Тобы Ф21-3
Тұрғанова Гүлбала Амирханқызы Тобы Ф21-3

Жетекші Оқытушы Сембиева А.С.
қызметі аты-жөні

Қорғауға жіберілді ____________________20____ж. __ ___________________
қолы

Жұмыс қорғалды __________________20__ж. бағасы ________________
жазбаша
Комиссия мүшелері: _________________________ __ ______________________
аты-жөні қолы

__________________________ ______________________
аты-жөні қолы

__________________________ ______________________
аты-жөні қолы
__________________________ ______________________
аты-жөні қолы

Тараз 2022 жыл

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
М.Х. Дулати атындағы Тараз өңірлік университеті

Физика және IT кафедрасы

Ф21-3 тобының білімгерлеріне Набиева Қаракөз Еркенбекқызы
Несіпбай Досымжан Нұрайұлы
Тұрғанова Гүлбала Амирханқызы курстық
аты-жөні
жоба (жұмыс) Оптика пәні бойынша

ТАПСЫРМА

1. Тақырыбы: Электрондық линзалар және электронды микроскоп
2. Тапсырманың арнайы нұсқауы

3. Есепке-түсініктеме жазбаларының негізгі тараулары (жұмыстары)
Орындау кестесі

Көлемі, %
Орындау уақыты
1) Электрондық линзалар
50%

2) Электронды микроскоп
50%

Барлығы
100%

4. Графикалық материалдарының тізімі (сызулардың масштабы келтіріледі)

5. Жобаның (жұмысты) жинақтау мерзімі

6. Қорғау

Кафедра мәжілісінде бекітілген ___________________20___ ж. хаттама № ______
Жетекшісі:

Оқытушы _____________________ Сембиева А.С.
қызметі қолы аты-жөні

Тапсырманы орындауға қабылдадым _______________20___ж. _____ _______ ________
білімгердің қолы

МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

1 ЭЛЕКТРОНДЫҚ ЛИНЗАЛАР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1. Электрондық линзалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.2. Электрондық линзалардың түрлері және оларға сипаттама ... ... ... ... ...

2 ЭЛЕКТРОНДЫ МИКРОСКОП ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.1. Электронды микроскоптың даму тарихы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... .
2.2. Электронды микроскоптың құрылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.3. Электрондық микроскопты қолдану мүмкіндіктері мен шектеулері..
2.4. Зертханалық жұмыс ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ...

КІРІСПЕ
Зерттеу өзектілігі: Электрондық оптика - бұл магниттік және электрлік өрістерде зарядталған бөлшектердің, атап айтқанда электрондардың шоқтарын қалыптастыру, фокустау және тасымалдау мәселелерін қалыптастыратын оптика бөлімі.
Электрондық оптика зарядталған бөлшектердің сәулелерімен жұмыс істейтін құрылғыларды, ең алдымен үдеткіштерді, сәулені тасымалдау арналарын және т.б. жұмыс істейтін құрылғыларды есептеу, жобалау және пайдалану үшін қолданылады.
Электрондық оптика - электрон немесе иондық сәулелердің түзілу, таралу және фокусталу жағдайлары мен заңдылықтарын зерттеуге арналған физиканың бөлімі.
Электрондық оптика электронды-оптикалық құрылғыларды есептеу мен жобалаудың теориялық негізі болып табылады: электронды микроскоптар, электронды дифракциялық өлшеуіштер, масс-спектрометрлер, жіберуші және қабылдаушы теледидар түтіктері және т.б.
Зерттеудің мақсаты: Электрондық оптика құрылғыларымен танысу және оның қолданылу аясымен таныстыру.
Зерттеудің міндеттері:
- Электронды линзалардың қолданудағы мүмкіншіліктерін анықтау;
- Электронды линзалардың артықшылықтары мен кемшіліктерін салыстыру;
- Электрондық микроскоптың қолдану мүмкіндіктерін анықтау;
- Электрондық микроскоптың

1 ЭЛЕКТРОНДЫҚ ЛИНЗАЛАР
2.1. Электрондық линзалар
Электрондық линзалар - бұл электронды сәулелерді қалыптастыруға, олардың фокусталуына және олардың көмегімен объектілердің электронды-оптикалық кескіндерін және заттардың бөлшектерін алуға арналған құрылғылар.

1.2. Электрондық линзалардың түрлері және оларға сипаттама
Иондық сәулелерде бірдей әрекеттерді орындайтын құрылғылар иондық линзалар деп аталады. Электрондық линзалар мен иондық линзалардағы электронды (иондық) сәулелерге электр немесе магнит өрістері әсер етеді; бұл линзалар сәйкесінше электростатикалық немесе магниттік деп аталады. Электрондық линзалар өрісінің симметрия түріне және оның басқа да сипаттамалық белгілеріне қарай жіктеледі. Электрондық линзаларды сипаттау үшін қолданылатын терминология бірқатар жағдайларда жарық сәулелерінің классикалық оптикасынан алынған, бұл соңғы және электрондық (иондық) оптика арасындағы терең ұқсастықпен түсіндіріледі, сондай-ақ анықтық пен ыңғайлылық себептерімен түсіндіріледі.
Сурет. 1. Дөңгелек тесігі бар диафрагма (жинау): 1 - электрод-диафрагма; 2 - фигураның жазықтығы бойынша электростатикалық өрістің эквипотенциалдық беттерінің қималары; 3 - электронды траектория; F - линзаның фокусы. Біркелкі өріс сол жақтағы диафрагмаға жабылады. Эквипотенциалдарда сәйкес потенциал мәндері ерікті бірліктерде беріледі және бөлшектердің жылдамдығы нөлге тең болғанда потенциал нөлге тең деп есептеледі; V = 30 - электродтық потенциал. Электр өрісінің Е күшінің бойлық құраушысы E z электрондарды баяулатады, көлденең құраушы Er оларды бекітеді.
Ең қарапайым осьтік симметриялы электростатикалық электронды линза - бұл дөңгелек тесігі бар диафрагма, оның өрісі бір немесе екі жағынан біркелкі электр өрістерімен шектеседі.(1-сурет) Потенциалды бөлуге байланысты ол жинақтаушы (зарядталған бөлшектер шоғыры) немесе диверсиялық линза қызметін атқара алады. Егер осьтік симметриялы электростатикалық электронды линзаның екі жағында өріс болмаса, яғни V1 және V2 тұрақты потенциалдары бар кеңістік аймақтары онымен түйіссе, ал бұл потенциалдар әртүрлі болса, электронды линза деп аталады. (2-сурет); бірдей потенциалдарда линза көк, бірақ түн (мұндай линза 3 немесе одан да көп электродтардан тұрады). Электрондардың иммерациялық линза арқылы өтуі нәтижесінде олардың жылдамдықтары өзгереді, бір линзалар бұл жылдамдықтарды өзгеріссіз қалдырады.
Сурет 2. Екі диафрагмадан (а) және екі цилиндрден (b) тұратын иммерсиялық электронды линзалар: жұқа сызықтар эквипотенциалдық беттердің сызу жазықтығы бойынша кесінділері; көрсеткілері бар қисықтар зарядталған бөлшектердің траекториялары болып табылады; V1 және V2 электродтық потенциалдар.
Иммерсионды және жалғыз линзалар әрқашан біріктіріледі. Кейбір электростатикалық электрондық линзаларда электродтардың бірі электрондарды шығаратын катод болып табылады. Бұл түрдегі линза катод шығаратын электрондарды жылдамдатады және олардан электронды сәулені құрайды. Тек екі электродтан - катод пен анодтан тұратын катодты электронды линза электронды сәулені фокустай алмайды, осы мақсатта линзаның конструкциясына қосымша электрод енгізіледі, ол фокустау деп аталады (3-сурет)
Сурет 3. Катодты электронды линза: 1 - катод; 2 - фокустау электроды; 3 - анод; жіңішке сызықтар - алдыңғы суреттердегідей эквипотенциалдық беттердің бірдей қималары. Потенциалды мәндер жоғарғы шкалада белгіленеді (катодта потенциал нөлге тең деп есептеледі); О - катодтың электрондарды шығаратын нүктелерінің бірі; көлеңкелі кеңістік - электрон ағыны алып жатқан аймақтың бөлімі.
Осьтік симметриялық магниттік линзалар линзаның магнит өрісін күшейту және шоғырландыру үшін әдетте темір қабықпен қоршалған оқшауланған сымның катушкасы түрінде жасалады. Фокустық қашықтығы өте аз линзаларды жасау үшін өрістің көлемін мүмкіндігінше азайту керек; осы мақсат үшін тірек бөліктері пайдаланылады (Cурет 4). Магниттік линзаның өрісі тұрақты магнитпен де қозғалуы мүмкін.
Сурет 4. Полюс бөліктері бар магниттік линза: 1 - қоздыру катушкасы; 2 - қабық; 3 - кеңестер. Қабық магниттік тізбек ретінде қызмет етеді. Полюс бөліктері магнит өрісін линзаның оптикалық z осіне жақын шағын аймаққа шоғырландырады.
Цилиндрлік электростатикалық электронды линзалар деп аталатын электродтар әдетте линзалардың медианалық жазықтығына қатысты симметриялы түрде орналасқан саңылаулары немесе пластиналары бар саңылаулар болып табылады (5-сурет). Цилиндрлік атауы мұндай электронды линзалар зарядталған бөлшектердің шоқтарына цилиндрлік оптикалық линзалар сияқты жарық сәулелерінде әсер етіп, оларды тек бір бағытта фокустайтынын көрсетеді. Цилиндрлік электронды линзалардың классификациясы осьтік симметриялық электронды линзалар үшін берілгенге ұқсас (батыру, бір, катод және басқа цилиндрлік электронды линзалар бар) (6-сурет). Магниттік электронды линзалар (әдетте темір қабығы бар) цилиндрлік болуы мүмкін.
Сурет 5. Электростатикалық цилиндрлік линзалар: а - тілігі бар диафрагма; b -- екі жұп пластинадан тұратын батыру линзасы. Зарядталған бөлшектер өтетін аймақта линзалардың өрістері диафрагма саңылауларына немесе көрші электродтардың пластиналарының арасындағы саңылауларға параллель бағытта өзгермейді.

Сурет 6. Орташа жазықтыққа перпендикуляр z осі арқылы өтетін жазықтығы бар электростатикалық цилиндрлік линзалар электродтарының көлденең қималары: а - цилиндрлік (жарық) диафрагма; b -- батыру цилиндрлік линза; c -- бір цилиндрлік линза; d - катодты цилиндрлік линза; V1, V2 - сәйкес электродтардың потенциалдары.
Трансаксиалды электростатикалық электрон линзаларының өрістері (7-сурет) z жүйесінің оптикалық осіне перпендикуляр орналасқан оське (суреттегі x осі) қатысты айналмалы симметриялы. Мұндай линзаның yz медиана жазықтығына параллель кесінділерде эквипотенциалдық беттер шеңбер түрінде болады немесе өріс шектеулі болса, кәдімгі жарық-оптикалық линзалардың сфералық беттерінің жазықтықтары сияқты олардың бөліктері болады. Демек, трансаксиалды линзаның медианалық жазықтыққа параллель бағыттағы аберрациялары шамалары бойынша жеңіл оптикалық линзалардың аберрацияларымен салыстыруға болады, яғни олар өте аз. Нүктенің немесе орташа жазықтыққа перпендикуляр түзу сызықты объектінің B¹ сызықты жақсарту кескіні іс жүзінде аберрационалды кеңеюге ұшырамайды.
Сурет 7. Екі коаксиалды цилиндр түріндегі электродтары бар және бөлшектер сәулесін өткізуге арналған сақиналы саңылаулары бар электростатикалық трансаксиалды линзалар: 1 - цилиндрлік электродтар; 2 - зарядталған бөлшектердің траекториялары; V1 және V2 электродтық потенциалдар. Объектінің А нүктесінен шығатын сәуле линза өрісінен өткеннен кейін астигматикалық болады және екі сызықтық В және В' кескінін құрайды. Параметрлердің белгілі бір таңдауымен линза стигматикалық (нүктеден нүктеге) кескін бере алады.
Электрондық линзалардың арнайы класы төрт полюсті электростатикалық және магнитті электронды линзалар арқылы қалыптасады. Олардың өрістерінің екі симметрия жазықтығы бар, ал зарядталған бөлшектердің қозғалыс аймағындағы өріс күштерінің векторлары олардың жылдамдықтарына дерлік перпендикуляр (8-сурет). Мұндай линзалар сәулені бір бағытта фокустайды және оны біріншіге перпендикуляр басқа бағытта шашыратады, нүктелік объектінің сызықтық бейнесін жасайды. Бірінен соң бірі орнатылған екі төрт полюсті электронды линзаларды (9-сурет), олардың жалпы оптикалық осінің айналасында өрістері екіншісіне қатысты 90 ° бұрылады, сәулені екіге жинайтын жүйені алуға болады. Параметрлердің сәйкес таңдауы бар сәулеге өзара перпендикуляр бағыттар электронды линзалар стигматикалық кескін (нүкте ретінде көрсетіледі).
Сурет 8. Зарядталған бөлшектер шоғының қозғалыс бағытына перпендикуляр төртполюсті электростатикалық (а) және магниттік (б) электронды линзалардың көлденең қималары: 1 - электродтар; 2 - күш өрістерінің сызықтары.

Сурет 9. Өрістері жүйенің z оптикалық осінің айналасында, біреуі екіншісіне қатысты 90° бұрышпен бұрылатын екі төрт полюсті электростатикалық линзаның дублеті.
Төрт полюсті электронды линзалар зарядталған бөлшектердің сәулелеріне әлдеқайда жоғары энергиямен әсер ете алады, ал магниттік линзалар жағдайында, тіпті симметриялық емес электронды линзаларға қарағанда үлкен массалармен.[ ]

1.3 Электрондық линзалардың технологияда қолданылуы

2.ЭЛЕКТРОНДЫ МИКРОСКОП
2.1 Электронды микроскоп және оның даму тарихы
Электрондық микроскоп - терең вакуумда жоғары энергияға дейін үдетілген жарық сәулелерінің орнына электронды сәулелер қолданылатын заттардың бірнеше еселенген (10⁶ есеге дейін) үлкейтілген кескінін бақылауға және суретке түсіруге арналған құрылғы. Корпускулярлы-сәулелік оптикалық құрылғылардың физикалық негіздерін 1834 жылы В.Р.Гэмильтон қалады, ол оптикалық біртекті емес ортада жарық сәулелерінің өтуі мен күш өрістеріндегі бөлшектердің траекториялары арасындағы ұқсастықты анықтады. [ ]
Электронды микроскоп микрообъектінің суретіндегі ұсақ бөлшектерді ажыратуға мүмкіндік береді, оны кез келген басқа құрылғы анықтай алмайды. Ғалымдар суреттің өлшемі мен пішінінен гөрі микрообъектінің құрылымына көбірек қызығушылық танытқан, себебі электронды микроскоптар микрообъект бөліктерінің құрылымы мен химиялық құрамының ақауларын анықтай алады . Сол себепті электронды микроскоптың қолдану аясы үнемі кеңею үстінде.
1931 жылы Р.Руденберг трансмиссиялық электронды микроскопқа патент алды, ал 1932 жылы М.Нолл мен Э.Руска заманауи құрылғының алғашқы прототипін құрастырды. Е.Русканың бұл жұмысы 1986 жылы физика бойынша Нобель сыйлығымен марапатталды, оған және сканерлеуші зонды микроскоптың өнертапқыштары Герд Карл Бинниг пен Генрих Рорер марапатталды. Ғылыми зерттеулер үшін трансмиссиялық электронды микроскопты пайдалану 1930 жылдардың аяғында басталды, сонымен қатар Siemens құрастырған алғашқы коммерциялық құрал пайда болды. 1930 жылдардың соңы мен 1940 жылдардың басында шағын секциялы электронды зондты объектінің үстінен дәйекті жылжыту арқылы объектінің бейнесін құрайтын алғашқы сканерлеуші электрондық микроскоптар пайда болды. Бұл құрылғыларды ғылыми зерттеулерде жаппай қолдану 1960 жылдары, олар айтарлықтай техникалық жетілуге жеткен кезде басталды. Дамудағы маңызды секіріс (1970 жылдары) Шоттки катодтары мен термиондық катодтардың орнына суық өріс эмиссиясы бар катодтарды пайдалану болды, бірақ оларды қолдану әлдеқайда үлкен вакуумды қажет етеді. ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.