• Путь микроскопии 3
• Предел микроскопии 5
• Невидимые излучения 7
• Электроны и электронная оптика 9
• Электроны — волны!? 12
• Устройство электронного микроскопа 13
• Объекты электронной микроскопии 15
• Виды электронных микроскопов 17
• Особенности работы с электронным микроскопом 21
• Пути преодоления дифракционного предела электронной микроскопии 23
• Список литературы 27
• Рисунки 28

Êîãäà íà ïîðîãå XVII ñòîëåòèÿ áûë ñîçäàí ïåðâûé ìèêðîñêîï, âðÿä ëè êòî-ëèáî (è äàæå åãî èçîáðåòàòåëü) ìîã ïðåäñòàâèòü áóäóùèå óñïåõè è ìíîãî÷èñëåííûå îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ ìèêðîñêîïèè. Îãëÿäûâàÿñü íàçàä, ìû óáåæäàåìñÿ, ÷òî ýòî èçîáðåòåíèå çíàìåíîâàëî ñîáîé íå÷òî áîëüøåå, ÷åì ñîçäàíèå íîâîãî óñòðîéñòâà: âïåðâûå ÷åëîâåê ïîëó÷èë âîçìîæíîñòü óâèäåòü ðàíåå íåâèäèìîå.

Ïðèìåðíî ê ýòîìó æå âðåìåíè îòíîñèòñÿ åùå îäíî ñîáûòèå ¾ èçîáðåòåíèå òåëåñêîïà, ïîçâîëèâøåå óâèäåòü íåâèäèìîå â ìèðå ïëàíåò è çâåçä. Èçîáðåòåíèå ìèêðîñêîïà è òåëåñêîïà ïðåäñòàâëÿëî ñîáîé ðåâîëþöèþ íå òîëüêî â ñïîñîáàõ èçó÷åíèÿ ïðèðîäû, íî è â ñàìîì ìåòîäå èññëåäîâàíèÿ.

Äåéñòâèòåëüíî, íàòóðôèëîñîôû äðåâíîñòè íàáëþäàëè ïðèðîäó, óçíàâàÿ î íåé òîëüêî òî, ÷òî âèäåë ãëàç, ÷óâñòâîâàëà êîæà, ñëûøàëî óõî. Ìîæíî ëèøü óäèâëÿòüñÿ òîìó, êàê ìíîãî ïðàâèëüíûõ ñâåäåíèé îá îêðóæàþùåì ìèðå ïîëó÷èëè îíè, ïîëüçóÿñü “íåâîîðóæåííûìè” îðãàíàìè ÷óâñòâ è íå ñòàâÿ ñïåöèàëüíûõ ýêñïåðèìåíòîâ, êàê ýòî äåëàþò ñåé÷àñ. Âìåñòå ñ òåì íàðÿäó ñ òî÷íûìè ôàêòàìè è ãåíèàëüíûìè äîãàäêàìè êàê ìíîãî ëîæíûõ “íàáëþäåíèé”, óòâåðæäåíèé è âûâîäîâ îñòàâèëè íàì ó÷åíûå äðåâíîñòè è ñðåäíèõ âåêîâ!

Ëèøü çíà÷èòåëüíî ïîçäíåå áûë íàéäåí ìåòîä èçó÷åíèÿ ïðèðîäû, çàêëþ÷àþùèéñÿ â ïîñòàíîâêå ñîçíàòåëüíî ïëàíèðóåìûõ ýêñïåðèìåíòîâ, öåëüþ êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ ïðîâåðêà ïðåäïîëîæåíèé è ÷åòêî ñôîðìóëèðîâàííûõ ãèïîòåç. Îñîáåííîñòè ýòîãî ìåòîäà èññëåäîâàíèÿ Ôðýíñèñ Áýêîí - îäèí èç åãî ñîçäàòåëåé - âûðàçèë â ñëåäóþùèõ, ñòàâøèõ çíàìåíèòûìè, ñëîâàõ: “Ñòàâèòü ýêñïåðèìåíò - ýòî ó÷èíÿòü äîïðîñ ïðèðîäå”.Ñàìûå ïåðâûå øàãè ýêñïåðèìåíòàëüíîãî ìåòîäà ïî ñîâðåìåííûì ïðåäñòàâëåíèÿì áûëè ñêðîìíû, è â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ýêñïåðèìåíòàòîðû òîãî âðåìåíè îáõîäèëèñü áåç êàêèõ-ëèáî óñòðîéñòâ, “óñèëèâàþùèõ” îðãàíû ÷óâñòâ. Èçîáðåòåíèå ìèêðîñêîïà è òåëåñêîïà ïðåäñòàâëÿëî ñîáîé êîëîññàëüíîå ðàñøèðåíèå âîçìîæíîñòåé íàáëþäåíèÿ è ýêñïåðèìåíòà.

Óæå ïåðâûå íàáëþäåíèÿ, ïðîâåä¸ííûå ñ ïîìîùüþ ñàìîé ïðîñòîé è íåñîâåðøåííîé ïî ñîâðåìåííûì ïðåäñòàâëåíèÿì òåõíèêè, îòêðûëè “öåëûé ìèð â êàïëå âîäû”. Îêàçàëîñü, ÷òî çíàêîìûå ïðåäìåòû âûãëÿäÿò ñîâñåì ïî-èíîìó, åñëè èõ ðàññìàòðèâàòü â ìèêðîñêîï: ãëàäêèå íà âçãëÿä è îùóïü ïîâåðõíîñòè îêàçûâàþòñÿ â äåéñòâèòåëüíîñòè øåðîõîâàòûìè, â “÷èñòîé” âîäå äâèæóòñÿ ìèðèàäû ìåëü÷àéøèõ îðãàíèçìîâ. Òî÷íî òàê æå ïåðâûå àñòðîíîìè÷åñêèå íàáëþäåíèÿ ñ ïîìîùüþ òåëåñêîïîâ äàëè âîçìîæíîñòü ÷åëîâåêó ïî-íîâîìó óâèäåòü ïðèâû÷íûé ìèð ïëàíåò è çâ¸çä: íàïðèìåð, ïîâåðõíîñòü Ëóíû, âîñïåòîé ïîýòàìè âñåõ ïîêîëåíèé, îêàçàëàñü ãîðèñòîé è èñïåùð¸ííîé ìíîãî÷èñëåííûìè êðàòåðàìè, à ó Âåíåðû áûëà îáíàðóæåíà ñìåíà ôàç, êàê è ó Ëóíû.

 äàëüíåéøåì ýòè ïðîñòåéøèå íàáëþäåíèÿ äàäóò æèçíü ñàìîñòîÿòåëüíûì îáëàñòÿì íàóêè ¾ ìèêðîñêîïèè è íàáëþäàòåëüíîé àñòðîíîìèè. Ïðîéäóò ãîäû, è êàæäàÿ èç ýòèõ îáëàñòåé ðàçîâüåòñÿ â ìíîãî÷èñëåííûå ðàçâåòâëåíèÿ, âûðàæàþùèåñÿ â öåëîì ðÿäå ñàìûõ ðàçëè÷íûõ ïðèìåíåíèé â áèîëîãèè, ìåäèöèíå, òåõíèêå, õèìèè, ôèçèêå, íàâèãàöèè.

Ñîâðåìåííûå ìèêðîñêîïû, êîòîðûå â îòëè÷èå îò ýëåêòðîííûõ ìû áóäåì íàçûâàòü îïòè÷åñêèìè, ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ñîâåðøåííûå ïðèáîðû, ïîçâîëÿþùèå ïîëó÷àòü áîëüøèå óâåëè÷åíèÿ ñ âûñîêîé ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòüþ. Ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü îïðåäåëÿåòñÿ ðàññòîÿíèåì, íà êîòîðîì äâà ñîñåäíèõ ýëåìåíòà ñòðóêòóðû ìîãóò áûòü åù¸ âèäèìû ðàçäåëüíî. Îäíàêî, êàê ïîêàçàëè èññëåäîâàíèÿ, îïòè÷åñêàÿ ìèêðîñêîïèÿ ïðàêòè÷åñêè äîñòèãëà ïðèíöèïèàëüíîãî ïðåäåëà ñâîèõ âîçìîæíîñòåé èç-çà äèôðàêöèè è èíòåðôåðåíöèè ¾ ÿâëåíèé, îáóñëîâëåííûõ âîëíîâîé ïðèðîäîé ñâåòà.

Ñòåïåíü ìîíîõðîìàòè÷íîñòè è êîãåðåíòíîñòè ÿâëÿåòñÿ âàæíîé õàðàêòåðèñòèêîé âîëí ëþáîé ïðèðîäû (ýëåêòðîìàãíèòíûõ, çâóêîâûõ è äð.). Ìîíîõðîìàòè÷åñêèå êîëåáàíèÿ ¾ ýòî êîëåáàíèÿ, ñîñòîÿùèå èç ñèíóñîèäàëüíûõ âîëí îäíîé îïðåäåë¸ííîé ÷àñòîòû. Êîãäà ìû ïðåäñòàâëÿåì êîëåáàíèÿ â âèäå ïðîñòîé ñèíóñîèäû ñîîòâåòñòâåííî ñ ïîñòîÿííûìè àìïëèòóäîé, ÷àñòîòîé è ôàçîé, òî ýòî ÿâëÿåòñÿ îïðåäåë¸ííîé èäåàëèçàöèåé, òàê êàê, ñòðîãî ãîâîðÿ, â ïðèðîäå íå ñóùåñòâóåò êîëåáàíèé è âîëí, àáñîëþòíî òî÷íî îïèñûâàåìûõ ñèíóñîèäîé. Îäíàêî, êàê ïîêàçàëè èññëåäîâàíèÿ, ðåàëüíûå êîëåáàíèÿ è âîëíû ìîãóò ñ áîëüøåé èëè ìåíüøåé ñòåïåíüþ òî÷íîñòè ïðèáëèæàòüñÿ ê èäåàëüíîé ñèíóñîèäå (îáëàäàòü áîëüøåé èëè ìåíüøåé ñòåïåíüþ ìîíîõðîìàòè÷íîñòè). Êîëåáàíèÿ è âîëíû ñëîæíîé ôîðìû ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå íàáîðà ñèíóñîèäàëüíûõ êîëåáàíèé è âîëí. Ïî ñóòè äåëà, ýòó ìàòåìàòè÷åñêóþ îïåðàöèþ îñóùåñòâëÿåò ïðèçìà, ðàçëàãàþùàÿ â öâåòíîé ñïåêòð ñîëíå÷íûé ñâåò.

Ìîíîõðîìàòè÷åñêèå âîëíû, â òîì ÷èñëå è ñâåòîâûå, îäíîé è òîé æå ÷àñòîòû (ïðè îïðåäåë¸ííûõ óñëîâèÿõ!) ìîãóò âçàèìîäåéñòâîâàòü ìåæäó ñîáîé òàêèì îáðàçîì, ÷òî â ðåçóëüòàòå “ñâåò ïðåâðàòèòñÿ â òåìíîòó” èëè, êàê ãîâîðÿò, âîëíû ìîãóò èíòåðôåðèðîâàòü. Ïðè èíòåðôåðåíöèè ïðîèñõîäÿò ìåñòíûå “óñèëåíèÿ è ïîäàâëåíèÿ” âîëí äðóã äðóãîì. Äëÿ òîãî ÷òîáû êàðòèíà èíòåðôåðåíöèè âîëí îñòàâàëàñü íåèçìåííîé ñ òå÷åíèåì âðåìåíè (íàïðèìåð, ïðè ðàññìàòðèâàíèè å¸ ãëàçîì èëè ôîòîãðàôèðîâàíèè), íåîáõîäèìî, ÷òîáû âîëíû áûëè ìåæäó ñîáîé êîãåðåíòíû (äâå âîëíû êîãåðåíòíû ìåæäó ñîáîé, åñëè îíè äàþò óñòîé÷èâóþ êàðòèíó èíòåðôåðåíöèè, ÷åìó ñîîòâåòñòâóþò ðàâåíñòâà èõ ÷àñòîò è íåèçìåííûé ñäâèã ôàç).

Åñëè íà ïóòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëí ïîìåñòèòü ïðåïÿòñòâèÿ, òî îíè áóäóò ñóùåñòâåííî âëèÿòü íà íàïðàâëåíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýòèõ âîëí. Òàêèìè ïðåïÿòñòâèÿìè ìîãóò áûòü êðàÿ îòâåðñòèé â ýêðàíàõ, íåïðîçðà÷íûå ïðåäìåòû, à òàêæå ëþáûå äðóãèå âèäû íåîäíîðîäíîñòåé íà ïóòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëí.  ÷àñòíîñòè, íåîäíîðîäíîñòÿìè ìîãóò áûòü òàêæå è ïðîçðà÷íûå (äëÿ äàííîãî èçëó÷åíèÿ) ïðåäìåòû, íî îòëè÷àþùèåñÿ ïî êîýôôèöèåíòó ïðåëîìëåíèÿ, à çíà÷èò, è ïî ñêîðîñòè ïðîõîæäåíèÿ âîëí âíóòðè íèõ. ßâëåíèå èçìåíåíèÿ íàïðàâëåíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëí ïðè ïðîõîæäåíèè èõ âáëèçè ïðåïÿòñòâèé íàçûâàþò äèôðàêöèåé. Îáû÷íî äèôðàêöèÿ ñîïðîâîæäàåòñÿ èíòåðôåðåíöèîííûìè ÿâëåíèÿìè.

Èçîáðàæåíèå, ïîëó÷àåìîå ïðè ïîìîùè ëþáîé îïòè÷åñêîé ñèñòåìû, åñòü ðåçóëüòàò èíòåðôåðåíöèè ðàçëè÷íûõ ÷àñòåé ñâåòîâîé âîëíû, ïðîøåäøåé ÷åðåç ýòó ñèñòåìó.  ÷àñòíîñòè, èçâåñòíî, ÷òî îãðàíè÷åíèå ñâåòîâîé âîëíû âõîäíûì çðà÷êîì ñèñòåìû (êðàÿìè ëèíç, çåðêàë è äèàôðàãì, ñîñòàâëÿþùèõ îïòè÷åñêóþ ñèñòåìó) è ñâÿçàííîå ñ íèì ÿâëåíèå äèôðàêöèè ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ñâåòÿùàÿñÿ òî÷êà áóäåò èçîáðàæåíà â âèäå äèôðàêöèîííîãî êðóæêà. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî îãðàíè÷èâàåò âîçìîæíîñòü ðàçëè÷àòü ìåëêèå äåòàëè èçîáðàæåíèÿ, ôîðìèðóåìîãî îïòè÷åñêîé ñèñòåìîé. Èçîáðàæåíèå, íàïðèìåð, áåñêîíå÷íî óäàë¸ííîãî èñòî÷íèêà ñâåòà (çâåçäû) â ðåçóëüòàòå äèôðàêöèè íà êðóãëîì çðà÷êå (îïðàâå çðèòåëüíîé òðóáû), ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äîâîëüíî ñëîæíóþ êàðòèíó (ñì. ðèñ. 1). Íà ýòîé êàðòèíå ìîæíî óâèäåòü íàáîð êîíöåíòðè÷åñêèõ ñâåòëûõ è ò¸ìíûõ êîëåö. Ðàñïðåäåëåíèå îñâåù¸ííîñòåé, êîòîðîå ìîæíî çàôèêñèðîâàòü, åñëè äâèãàòüñÿ îò öåíòðà êàðòèíû ê å¸ êðàÿì, îïèñûâàåòñÿ äîâîëüíî ñëîæíûìè ôîðìóëàìè, êîòîðûå ïðèâîäÿòñÿ â êóðñàõ îïòèêè. Îäíàêî çàêîíîìåðíîñòè, ñâîéñòâåííûå ïîëîæåíèþ ïåðâîãî (îò öåíòðà êàðòèíû) ò¸ìíîãî êîëüöà, âûãëÿäÿò ïðîñòî. Îáîçíà÷èì ÷åðåç D äèàìåòð âõîäíîãî çðà÷êà îïòè÷åñêîé ñèñòåìû è ÷åðåç l äëèíó âîëíû ñâåòà, ïîñûëàåìîãî áåñêîíå÷íî óäàë¸ííûì èñòî÷íèêîì.

Åñëè îáîçíà÷èòü ÷åðåç j óãîë, ïîä êîòîðûì âèäåí ðàäèóñ ïåðâîãî ò¸ìíîãî êîëüöà, òî êàê äîêàçûâàåòñÿ â îïòèêå

sin j» 1,22*(l/D).

Òàêèì îáðàçîì, â ðåçóëüòàòå îãðàíè÷åíèÿ âîëíîâîãî ôðîíòà êðàÿìè îïòè÷åñêîé ñèñòåìû (âõîäíûì çðà÷êîì) âìåñòî èçîáðàæåíèÿ ñâåòÿùåéñÿ òî÷êè, ñîîòâåòñòâóþùåé áåñêîíå÷íî óäàëåííîìó îáúåêòó, ìû ïîëó÷àåì íàáîð äèôðàêöèîííûõ êîëåö. Åñòåñòâåííî, ÷òî ýòî ÿâëåíèå îãðàíè÷èâàåò âîçìîæíîñòü ðàçëè÷åíèÿ äâóõ áëèçêî ðàñïîëîæåííûõ òî÷å÷íûõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà. Äåéñòâèòåëüíî, â ñëó÷àå äâóõ óäàëåííûõ èñòî÷íèêîâ, íàïðèìåð äâóõ çâåçä, ðàñïîëîæåííûõ î÷åíü áëèçêî äðóã ê äðóãó íà íåáåñíîì ñâîäå, â ïëîñêîñòè íàáëþäåíèÿ îáðàçóþòñÿ äâå ñèñòåìû êîíöåíòðè÷åñêèõ êîëåö. Ïðè îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ îíè ìîãóò ïåðåêðûâàòüñÿ, è ðàçëè÷åíèå èñòî÷íèêîâ ñòàíîâèòñÿ íåâîçìîæíûì. Íå ñëó÷àéíî ïîýòîìó â ñîîòâåòñòâèè ñ “ðåêîìåíäàöèåé” ôîðìóëû, ïðèâåäåííîé âûøå, ñòðåìÿòñÿ ñòðîèòü àñòðîíîìè÷åñêèå òåëåñêîïû ñ áîëüøèìè ðàçìåðàìè âõîäíîãî çðà÷êà. Ïðåäåë ðàçðåøåíèÿ, ïðè êîòîðîì ìîãóò íàáëþäàòüñÿ äâà áëèçêî ðàñïîëîæåííûõ èñòî÷íèêà ñâåòà, îïðåäåëÿþò ñëåäóþùèì îáðàçîì: äëÿ îïðåäåëåííîñòè â êà÷åñòâå ïðåäåëà ðàçðåøåíèÿ ïðèíèìàþò òàêîå ïîëîæåíèå äèôðàêöèîííûõ èçîáðàæåíèé äâóõ òî÷å÷íûõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà, ïðè êîòîðîì ïåðâîå ò¸ìíîå êîëüöî, ñîçäàâàåìîå îäíèì èç èñòî÷íèêîâ, ñîâïàäàåò ñ öåíòðîì ñâåòëîãî ïÿòíà, ñîçäàâàåìîãî äðóãèì èñòî÷íèêîì.

Íà ðèñ. 2 ïðèâåä¸í ãðàôèê, õàðàêòåðèçóþùèé ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè ñâåòà ïðè íàëîæåíèè äèôðàêöèîííûõ êàðòèí äâóõ áëèçêî ðàñïîëîæåííûõ òî÷å÷íûõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà äëÿ ñëó÷àÿ, ñîîòâåòñòâóþùåãî êðèòåðèþ Ðåëåÿ. Ïî îñè àáñöèññ îòëîæåíà âåëè÷èíà, ïðîïîðöèîíàëüíàÿ ðàññòîÿíèþ îò öåíòðà (ñì. ðèñ. 1). Ñïëîøíàÿ òîíêàÿ êðèâà õàðàêòåðèçóåò ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè ñâåòà, ñîçäàâàåìîå ïåðâûì èñòî÷íèêîì; ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ îòíîñèòñÿ êî âòîðîìó èç ðàçðåøàåìûõ èñòî÷íèêîâ. Ïåðâûå ìàêñèìóìû ïî âûñîòå (ò.å. èíòåíñèâíîñòè) çàìåòíî âûøå ïîñëåäóþùèõ, ñîîòâåòñòâóþùèõ èíòåíñèâíîñòè ñâåòà â êîëüöàõ, óäàë¸ííûõ îò öåíòðà (ñì. ðèñ. 1). Ñïëîøíàÿ òîëñòàÿ êðèâàÿ õàðàêòåðèçóåò ñóììàðíîå ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè ñâåòà.

Òåîðèÿ ïîêàçûâàåò, ÷òî â ñëó÷àå ðàçðåøåíèÿ ïî êðèòåðèþ Ðåëåÿ óãîë q, ïîä êîòîðûì âèäíû äâà èññëåäóåìûõ èñòî÷íèêà ñâåòà, ðàâåí:

q» 0,61*(l/D). ×àñòî èñïîëüçóåòñÿ âåëè÷èíà À, îáðàòíàÿ ïðåäåëüíîìó óãëó q:

À=(1/q)=D/(0,61*l),

íîñÿùàÿ íàçâàíèå ðàçðåøàþùåé ñèëû îïòè÷åñêîé ñèñòåìû.

Ïðèâåä¸ííûå îñíîâíûå çàêîíîìåðíîñòè îáóñëîâëåíû âîëíîâîé ïðèðîäîé ñâåòà è îãðàíè÷èâàþò âîçìîæíîñòü ðàçðåøåíèÿ èñòî÷íèêîâ ñ ïîìîùüþ ëþáûõ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì, â òîì ÷èñëå â àñòðîíîìèè è ìèêðîñêîïèè. Ñëåäóåò ïîä÷åðêíóòü, ÷òî ïðèâåä¸ííàÿ ôîðìóëà ñîîòâåòñòâóåò ñëó÷àþ ñàìîñâåòÿùèõñÿ îáúåêòîâ, ïîñûëàþùèõ íåêîãåðåíòíûå âîëíû. Êàê èçâåñòíî, ñ ïîìîùüþ ìèêðîñêîïîâ ÷àñòî ðàññìàòðèâàþò îáúåêòû, îñâåùàåìûå ïîñòîðîííèì èñòî÷íèêîì; ýòî çíà÷èò, ÷òî îòäåëüíûå òî÷êè îáúåêòà ðàññåèâàþò ñâåòîâûå âîëíû, èñõîäÿùèå èç îäíîé è òîé æå òî÷êè èñòî÷íèêà, è ñâåò, èäóùèé îò ðàçíûõ òî÷åê îáúåêòà, îêàçûâàåòñÿ ïîýòîìó â çíà÷èòåëüíîé ìåðå êîãåðåíòíûì. Îïðåäåëåíèå ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ìèêðîñêîïà â ñëó÷àå êîãåðåíòíîãî îñâåùåíèÿ, ïðîâîäèìîå ïî ìåòîäó Àááå, ïðèâîäèò ê àíàëîãè÷íîìó ðåçóëüòàòó (íåêîòîðîå ðàçëè÷èå â ÷èñëåííûõ êîýôôèöèåíòàõ íåñóùåñòâåííî, ïîñêîëüêó âîîáùå ïîíÿòèå ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè íåñêîëüêî óñëîâíî).

Ïðåäåëüíóþ ðàçðåøàþùóþ ñïîñîáíîñòü ìèêðîñêîïà ÷àñòî íàçûâàþò äèôðàêöèîííûì ïðåäåëîì, ïîñêîëüêó îíà îïðåäåëÿåòñÿ ÿâëåíèÿìè äèôðàêöèè íà âõîäíîì çðà÷êå. Ïðàâäà, ðÿä îñòðîóìíûõ óõèùðåíèé ïîçâîëèë “çàãëÿíóòü” íåñêîëüêî äàëüøå ýòîãî ïðåäåëà. Çäåñü ñëåäóåò óïîìÿíóòü ìåòîä, îñíîâàííûé íà ïðèìåíåíèè èììåðñèîííûõ ñèñòåì (â êîòîðîì ïðîñòðàíñòâî ìåæäó ïðåäìåòîì è îáúåêòèâîì çàïîëíÿåòñÿ ñïåöèàëüíûìè ñðåäàìè) è ïîçâîëÿþùèé ïîâûñèòü ðàçðåøàþùóþ ñïîñîáíîñòü ïðèìåðíî â 1,5 ðàçà; ìåòîä ò¸ìíîãî ïîëÿ, îñíîâàííûé íà ÿâëåíèè ðàññåÿíèÿ ñâåòà íà ìàëûõ ÷àñòèöàõ è ïîçâîëÿþùèé ðåãèñòðèðîâàòü íàëè÷èå ñâåðõìàëûõ ÷àñòèö, êîãäà èõ ðàçìåðû ëåæàò çà ïðåäåëîì ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ìèêðîñêîïà; ìåòîä ôàçîâîãî êîíòðàñòà, ïðè ïîìîùè êîòîðîãî ìîæíî èçó÷àòü ïîëíîñòüþ ïðîçðà÷íûå îáúåêòû.

Ïîëüçóÿñü ñîâðåìåííûì ÿçûêîì òåîðèè èíôîðìàöèè, ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî çà ïîïûòêó ïðîíèêíóòü çà äèôðàêöèîííûé ïðåäåë ïðèõîäèòñÿ ïëàòèòü öåíîé ïîòåðè èíôîðìàöèè î äåòàëÿõ èçó÷àåìîãî îáúåêòà. Äåéñòâèòåëüíî, ìåòîäû ñóáìèêðîñêîïèè ïîçâîëÿþò ëèøü ñóäèòü î íàëè÷èè ìèêðîîáúåêòîâ â ïîëå çðåíèÿ ìèêðîñêîïà, íî íå îá èõ ôîðìå è äðóãèõ äåòàëÿõ.

Âåñüìà çàìåòíûé êà÷åñòâåííûé ñêà÷îê â ìåòîäàõ ìèêðîñêîïèè áûë ñäåëàí ôèçèêàìè, êîòîðûå ñòàëè èñïîëüçîâàòü â ìèêðîñêîïèè èíôðàêðàñíîå, óëüòðàôèîëåòîâîå è äðóãèå íåâèäèìûå ãëàçîì èçëó÷åíèÿ. Ïðèìåíåíèå ýòèõ èçëó÷åíèé äëÿ îñâåùåíèÿ îáúåêòîâ íàáëþäåíèÿ áûëî ñâÿçàíî ñ èõ ñïîñîáíîñòüþ ïîãëîùàòü, îòðàæàòü, ïðîïóñêàòü è ïðåëîìëÿòü ïàäàþùåå íà íèõ èçëó÷åíèå. Ïîýòîìó, âîîáùå ãîâîðÿ, ïðè èñïîëüçîâàíèè èçëó÷åíèé ðàçëè÷íûõ ó÷àñòêîâ ñïåêòðà ýòè îáúåêòû âûãëÿäÿò ïî-ðàçíîìó. Ñëåäîâàòåëüíî, ïîäáèðàÿ ñîîòâåòñòâóþùåå îñâåùåíèå, ìîæíî ïîëó÷èòü íîâóþ èíôîðìàöèþ î ïðåäìåòå, òàê êàê õàðàêòåðèñòèêè ïîãëîùåíèÿ, îòðàæåíèÿ, ïðîïóñêàíèÿ è ïðåëîìëåíèÿ ðåàëüíûõ íåîðãàíè÷åñêèõ è îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ çàâèñÿò îò äëèíû âîëíû.

Íàðÿäó ñ ýòèì ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî èñïîëüçîâàíèå â ìèêðîñêîïèè óëüòðàôèîëåòîâîãî èçëó÷åíèÿ (áîëåå êîðîòêîâîëíîâîãî ïî ñðàâíåíèþ ñ âèäèìûì) ïîçâîëèëî ïîâûñèòü ïðåäåë ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ìèêðîñêîïà. Ýòî ëåãêî ïîíÿòü, åñëè âñïîìíèòü, ÷òî òåîðåòè÷åñêèé ïðåäåë ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ïðîïîðöèîíàëåí äëèíå âîëíû èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ. Åñëè ïðè l» 5200 ¾ 5800 A° (æ¸ëòî-çåë¸íàÿ îáëàñòü, ãäå ãëàç îáëàäàåò íàèáîëüøåé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ) òåîðåòè÷åñêèé ïðåäåë ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ïðè n=1 (ãäå n - ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ) ñîñòàâëÿåò îêîëî 2000 A°, òî ïðè èñïîëüçîâàíèè óëüòðàôèîëåòîâîãî èçëó÷åíèÿ (l» 3000 A°) òåîðåòè÷åñêèé ïðåäåë ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè äîñòèãàåò ïðèìåðíî 1200A°. ßñíî, ÷òî â òàêèõ óëüòðàôèîëåòîâûõ ìèêðîñêîïàõ èñïîëüçóþòñÿ ñïåöèàëüíûå îïòè÷åñêèå ýëåìåíòû.

Âñå ïðèáîðû, èñïîëüçóþùèå íåâèäèìûå ãëàçîì èçëó÷åíèÿ, ñîñòîÿò èç îñâåòèòåëÿ (èñòî÷íèêà îñâåùåíèÿ), îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ (ëèíç, çåðêàë, ïðèçì è ò. ï.), ïðèãîäíûõ äëÿ ðàáîò â äàííîì ó÷àñòêå ñïåêòðà, è ýëåìåíòîâ, ïðåîáðàçóþùèõ “íåâèäèìîå èçîáðàæåíèå” â âèäèìîå.  ïîñëåäíåå âðåìÿ ñòàëè óñïåøíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ïîëó÷åíèÿ èíôîðìàöèè î ñòðîåíèè îáúåêòîâ ðàäèîèçëó÷åíèå (ìèëëèìåòðîâîãî è ñóáìèëëèìåòðîâîãî), äëèíû âîëí êîòîðîãî çíà÷èòåëüíî áîëüøå äëèí âîëí âèäèìîãî èçëó÷åíèÿ.

Îñòàíîâèìñÿ íåñêîëüêî ïîäðîáíåå íà íåêîòîðûõ îáùèõ ôèçè÷åñêèõ çàêîíîìåðíîñòÿõ, ñâîéñòâåííûõ ïîëó÷åíèþ èçîáðàæåíèÿ â ìèêðîñêîïèè.

Ïîëó÷åíèå áîëüøîãî óâåëè÷åíèÿ â ïðèíöèïå îñóùåñòâèìî ïóò¸ì èñïîëüçîâàíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ. Îäíàêî åñëè ïðåäåë ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ïðèáîðà óæå äîñòèãíóò è äåòàëè èçîáðàæåíèÿ íåëüçÿ ðàçëè÷èòü, òî äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå èññëåäóåìîãî ïðåäìåòà òåðÿåò ïðàêòè÷åñêèé ñìûñë. Ïîýòîìó ñóùåñòâóåò òåðìèí “ïîëåçíîå óâåëè÷åíèå ìèêðîñêîïà”. Ñ âîïðîñîì óâåëè÷åíèÿ ñâÿçàí òàêæå è âîïðîñ îá èñêàæåíèÿõ â ìèêðîñêîïå (êàê è â äðóãèõ îïòè÷åñêèõ ïðèáîðàõ). Ýòè èñêàæåíèÿ âîçíèêàþò èç-çà îòêëîíåíèÿ îïòè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé ýëåìåíòîâ (ëèíç è ò. ï.) îò èäåàëüíîé ôîðìû, íåòî÷íîãî ðàñïîëîæåíèÿ ýëåìåíòîâ è ò. ï. Êðîìå ýòîãî, èñêàæåíèÿ (õðîìàòè÷åñêàÿ àáåððàöèÿ) âîçíèêàþò è èç-çà çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ïðåëîìëåíèÿ ìàòåðèàëîâ, èç êîòîðûõ èçãîòàâëèâàþòñÿ îïòè÷åñêèå ýëåìåíòû, îò äëèíû âîëíû ñâåòà (äèñïåðñèè ñâåòà â ìàòåðèàëàõ). Òàêèì îáðàçîì, ìû âèäèì, ÷òî “ïðîíèêíóòü ãëóáæå” â ìèð ìàëûõ îáúåêòîâ ïóò¸ì èñïîëüçîâàíèÿ áîëüøèõ óâåëè÷åíèé íåëüçÿ. È òîëüêî èñïîëüçîâàíèå áîëåå êîðîòêîâîëíîâûõ èçëó÷åíèé, ò. å. èçëó÷åíèé ñ ìåíüøèìè äëèíàìè âîëí, ÷åì ó âèäèìîãî ñâåòà, äîëæíî â ïðèíöèïå ïðèâåñòè ê ïîâûøåíèþ ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè. Òåì ñàìûì ïðåñëîâóòûé äèôðàêöèîííûé ïðåäåë ìîæåò áûòü “îòîäâèíóò”, è îòêðûâàåòñÿ âîçìîæíîñòü íàáëþäåíèÿ è èññëåäîâàíèÿ íîâûõ êëàññîâ íåâèäèìûõ îáúåêòîâ è íîâûõ äåòàëåé óæå èçâåñòíûõ îáúåêòîâ.

Áîëüøèå íàäåæäû âîçëàãàëèñü è âîçëàãàþòñÿ íà äèàïàçîí ðåíòãåíîâñêèõ ëó÷åé (íåêîãäà òàèíñòâåííûõ X- ëó÷åé). Íàïîìíèì, ÷òî ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå, ñîçäàâàåìîå â ðåíòãåíîâñêèõ òðóáêàõ ïóòåì ðàçãîíà ýëåêòðîíîâ ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì è èõ ïîñëåäóþùåãî òîðìîæåíèÿ íà ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííîì ýëåêòðîäå (àíòèêàòîäå), òàê æå êàê è âèäèìûé ñâåò, ÿâëÿåòñÿ ýëåêòðîìàãíèòíûì èçëó÷åíèåì. Îíî õàðàêòåðèçóåòñÿ äëèíàìè âîëí íà ÷åòûðå-ïÿòü ïîðÿäêîâ ìåíüøèìè, ÷åì ó âèäèìîãî ñâåòà. Íàïðèìåð, â ìåäèöèíñêîé äèàãíîñòèêå ïðèìåíÿåòñÿ ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå ñ l»0,17 ¾ 0,10A°, à ïðè ïðîñâå÷èâàíèè ìàòåðèàëîâ (òîëñòûå ñòàëüíûå è äðóãèå èçäåëèÿ) ¾ ñ l» 0,05 A°. Îòñþäà âèäíî, ÷òî èñïîëüçîâàíèå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ â îáû÷íîì îïòè÷åñêîì ìèêðîñêîïå âìåñòî âèäèìîãî ìîãëî áû äàòü ñîîòâåòñòâóþùåå, ëåãêî îöåíèâàåìîå òåîðåòè÷åñêè ïîâûøåíèå ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ïðèáîðà.

Âîñïîëüçóåìñÿ ôîðìóëîé äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïðåäåëà ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ïðèáîðà d»(0,61*l)/(n*sinj). Äëÿ ðåíòãåíîâñêèõ ëó÷åé êîýôôèöèåíò ïðåëîìëåíèÿ n ñðåäû î÷åíü áëèçîê ê åäèíèöå. Ïîýòîìó, åñëè âîñïîëüçîâàòüñÿ ðåíòãåíîâñêèì èçëó÷åíèåì ñ l» 0,1A° (ýòî ñîîòâåòñòâóåò óñêîðÿþùåìó íàïðÿæåíèþ îêîëî 120 êâ.), òî äèôðàêöèîííûé ïðåäåë ñîñòàâèò ïðèáëèçèòåëüíî 0,05A°. Îäíàêî íà ïóòè ðåàëèçàöèè òàêîé çàìàí÷èâîé âîçìîæíîñòè ñóùåñòâóþò ïðèíöèïèàëüíûå òðóäíîñòè, ñâÿçàííûå ñ îñîáåííîñòÿìè ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ è åãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñ âåùåñòâîì. Ïåðâàÿ è íàèáîëåå ñóùåñòâåííàÿ òðóäíîñòü çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ðåíòãåíîâñêèå ëó÷è ïðàêòè÷åñêè íåâîçìîæíî ôîêóñèðîâàòü, ïîëó÷àòü èõ çåðêàëüíîå îòðàæåíèå, à òàêæå äðóãèå ÿâëåíèÿ, ëåæàùèå â îñíîâå ïðîöåññà ôîðìèðîâàíèÿ èçîáðàæåíèé â îïòè÷åñêîé ìèêðîñêîïèè. Äëÿ ñîçäàíèÿ ëèíç, ïðèçì è äðóãèõ ïîäîáíûõ îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ â ýòîì ñëó÷àå íóæíû ìàòåðèàëû ñ êîýôôèöèåíòîì ïðåëîìëåíèÿ, áîëüøèì åäèíèöû. Èç-çà îñîáåííîñòåé âçàèìîäåéñòâèÿ ðåíòãåíîâñêèõ ëó÷åé ñ âåùåñòâîì (ìû çäåñü íå áóäåì êàñàòüñÿ ïîäðîáíîñòåé ýòîãî âîïðîñà) êîýôôèöèåíò ïðåëîìëåíèÿ èõ ïðàêòè÷åñêè âî âñåõ ìàòåðèàëàõ áëèçîê ê åäèíèöå, à òî÷íåå - íåñêîëüêî ìåíüøå åäèíèöû. Äàæå ëó÷øèå ïîëèðîâàííûå ïîâåðõíîñòè íå ìîãóò îáåñïå÷èòü çåðêàëüíîãî îòðàæåíèÿ ðåíòãåíîâñêèõ ëó÷åé (äëèíû âîëí ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ ïðàêòè÷åñêè âñåãäà ìåíüøå ñðåäíèõ ðàçìåðîâ íåîäíîðîäíîñòåé ïîâåðõíîñòè). Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ïðåïÿòñòâóåò ñîçäàíèþ çåðêàëüíîãî ðåíòãåíîâñêîãî ìèêðîñêîïà.

Íåñìîòðÿ íà ïåðå÷èñëåííûå çàòðóäíåíèÿ, â ÑÑÑÐ è çà ãðàíèöåé áûëè óñïåøíî ïðîâåäåíû ýêñïåðèìåíòû â îáëàñòè ðåíòãåíîâñêîé ìèêðîñêîïèè, èñïîëüçóÿ íåêîòîðûå ñïåöèàëüíûå ïðèåìû. Ïðàâäà, ðåçóëüòàòû ýòèõ ðàáîò ïîêà íå ïîëó÷èëè òåõíè÷åñêîé ðåàëèçàöèè. Êðîìå òîãî, îíè â íàñòîÿùåå âðåìÿ íå äàþò âîçìîæíîñòè íàäåÿòüñÿ íà êàêîå-ëèáî ïðîäâèæåíèå â ñòîðîíó äèôðàêöèîííîãî ïðåäåëà, ñîîòâåòñòâóþùåãî äèàïàçîíó ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ. Âìåñòå ñ òåì ïðîáëåìà ðåíòãåíîâñêîé ìèêðîñêîïèè ÿâëÿåòñÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ íàñòîëüêî àêòóàëüíîé, ÷òî â òåõíèêå ïîëó÷èëè ðàçâèòèå íåêîòîðûå “îáõîäíûå” ïðèåìû, îñíîâûâàþùèåñÿ íà ñî÷åòàíèè ìåòîäîâ ðåíòãåíîâñêîé ïðîåêöèè ñ ðàäèîòåõíè÷åñêèìè (â òîì ÷èñëå òåëåâèçèîííûìè) óñòðîéñòâàìè, ïîçâîëÿþùèìè ïîëó÷èòü äîïîëíèòåëüíîå óâåëè÷åíèå (10¸30*) è ïðèåìëåìîå ðàçðåøåíèå (ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ ìèêðîí). È õîòÿ ýòî ÷ðåçâû÷àéíî äàëåêî îò ïîòåíöèàëüíûõ âîçìîæíîñòåé ðåíòãåíîâñêîé ìèêðîñêîïèè, ïîäîáíûå óñòðîéñòâà íàõîäÿò ïðèìåíåíèå â íàóêå è òåõíèêå.

Ïîäëèííàÿ ðåâîëþöèÿ â ìèêðîñêîïèè ïðîèçîøëà â 20-õ ãîäàõ íàøåãî âåêà, êîãäà âîçíèêëà èäåÿ èñïîëüçîâàòü â íåé ïîòîêè ÷àñòèö - ýëåêòðîíîâ. Íà îñíîâå ýòîé èäåè âîçíèêëà è áûñòðî ðàçâèëàñü íîâàÿ îáëàñòü íàóêè ? ýëåêòðîííàÿ ìèêðîñêîïèÿ, ïîçâîëèâøàÿ îñóùåñòâèòü íàèáîëåå ãëóáîêèé ïðîðûâ â îáëàñòè âèäåíèÿ è èçó÷åíèÿ ñâåðõìàëûõ îáúåêòîâ.

Ìû ïðèâûêëè ê òîìó, ÷òî âèäåíèå îáúåêòà, ôîðìèðîâàíèå åãî èçîáðàæåíèÿ ñâÿçàíû ñ ïîñòóïëåíèåì â ïðèáîð (à â êîíå÷íîì ñ÷¸òå â ãëàç) ñâåòîâûõ âîëí îò ýòîãî ïðåäìåòà, òîãî, ÷òî ìû íàçûâàåì èçëó÷åíèåì. Êàê æå ìîæíî ïîëó÷èòü èçîáðàæåíèå îáúåêòà, ïðè÷¸ì äàæå ñ ãîðàçäî áîëåå âûñîêîé ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòüþ, èñïîëüçóÿ íå ñâåòîâîå èçëó÷åíèå, à ïîòîê ýëåêòðîíîâ? Äðóãèìè ñëîâàìè, êàê âîçìîæíî âèäåíèå ïðåäìåòîâ íà îñíîâå èñïîëüçîâàíèÿ íå âîëí, à ÷àñòèö?

Çàáåãàÿ íåñêîëüêî âïåðåä, ñêàæåì, ÷òî ýëåêòðîíû ïðîÿâëÿþò âîëíîâûå ñâîéñòâà îòíþäü íå â ìåíüøåé ìåðå, ÷åì “íàñòîÿùèå”, ïðèâû÷íûå âîëíû, íàïðèìåð, ðàäèî èëè ñâåòîâûå. Íî îá ýòîì íèæå... Âìåñòå ñ òåì ýëåêòðîíû âåäóò ñåáÿ êàê íàñòîÿùèå ÷àñòèöû, îáëàäàþùèå ìàññîé, òðàåêòîðèåé äâèæåíèÿ, ýíåðãèåé è äðóãèìè ñâîéñòâàìè, ïðèñóùèìè ðàçëè÷íûì ïðåäìåòàì. Òàê â ïåðâóþ î÷åðåäü âåäóò ñåáÿ ýëåêòðîíû âî ìíîãèõ ïðèáîðàõ è óñòðîéñòâàõ, øèðîêî ïðèìåíÿþùèõñÿ íå òîëüêî â íàóêå è òåõíèêå, íî è â áûòó ¾ â ýëåêòðîííûõ ëàìïàõ, êèíåñêîïàõ è äðóãèõ ýëåêòðîííûõ ïðèáîðàõ ðàäèîïðè¸ìíèêîâ è òåëåâèçîðîâ.

Ñîâðåìåííàÿ ôèçèêà âåñüìà ïîäðîáíî çíàåò “àíêåòíûå äàííûå” ýëåêòðîíà. Ýòî îòðèöàòåëüíî çàðÿæåííàÿ ÷àñòèöà (e=4,8e-10 CGSE) ñ ìàññîé 9,1e-28 ã, íî ôèçèêè òùàòåëüíî îáõîäÿò âîïðîñû, êîòîðûå èíîãäà õî÷åòñÿ çàäàòü ÷ðåçìåðíî ëþáîïûòíûì, íàïðèìåð î ôîðìå ýëåêòðîíà, à î åãî ðàçìåðàõ îáû÷íî ãîâîðÿò ñ îãîâîðêàìè. Çâó÷èò ýòà îãîâîðêà ïðèìåðíî òàê: “êëàññè÷åñêèé ðàäèóñ ýëåêòðîíà ñîñòàâëÿåò ~ 10­-13 ñì, à â ðàìêàõ ðåëÿòèâèñòñêîé òåîðèè ýòî âîîáùå òî÷å÷íàÿ ÷àñòèöà”. Åñëè íå êàñàòüñÿ îïðåäåë¸ííîé ãðóïïû ñèòóàöèé, â êîòîðûõ ýëåêòðîíû âåäóò ñåáÿ íå ïî ïðàâèëàì “çäðàâîãî ñìûñëà” (îá ýòîì íèæå), òî ýòî ÷àñòèöû, ïîâåäåíèå êîòîðûõ ìîæíî îïèñàòü è âåñüìà òî÷íî ðàññ÷èòàòü ïî çàêîíàì ìåõàíèêè è òåîðèè ýëåêòðîìàãíåòèçìà, êàê è ëþáîãî äðóãîãî îáúåêòà. Ïðàâäà, â ýòèõ ñëó÷àÿõ, ò. å. òîãäà, êîãäà åù¸ íå ïðîÿâëÿþòñÿ çàêîíîìåðíîñòè òàê íàçûâàåìîé êâàíòîâîé ìåõàíèêè, ïðèõîäèòñÿ ó÷èòûâàòü ïðîÿâëåíèå ýôôåêòîâ òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè (ðåëÿòèâèñòñêèõ ýôôåêòîâ) è â ïåðâóþ î÷åðåäü âîçðàñòàíèå ìàññû ýëåêòðîíà ñ ðîñòîì ñêîðîñòè åãî äâèæåíèÿ.

Âî ìíîãèõ ïðàêòè÷åñêèõ ïðèìåíåíèÿõ ýëåêòðîííûõ ïîòîêîâ, íàïðèìåð â âàêóóìíûõ ïðèáîðàõ, ýëåêòðîíû âåäóò ñåáÿ êàê âïîëíå “íîðìàëüíûå” ÷àñòèöû. Ïîä äåéñòâèåì èçâåñòíîé ñèëû, íàïðèìåð, ñîçäàâàåìîé ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì ìåæäó ýëåêòðîäàìè, ýëåêòðîí ïðèîáðåòàåò óñêîðåíèå, ïðîïîðöèîíàëüíîå ñèëå è îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíîå åãî ìàññå. Äâèæóùèåñÿ ïîòîêè ýëåêòðîíîâ ýêâèâàëåíòíû ýëåêòðè÷åñêèì òîêàì, ïîýòîìó ìîãóò ýôôåêòèâíî âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ âíåøíèìè ìàãíèòíûìè ïîëÿìè. Òàêèì îáðàçîì, ýëåêòðè÷åñêèå è ìàãíèòíûå ïîëÿ ìîãóò ñóùåñòâåííî âëèÿòü íà òðàåêòîðèè è ñêîðîñòè ýëåêòðîííûõ ïîòîêîâ, è ñ ïîìîùüþ òàêèõ ïîëåé ìîæíî óïðàâëÿòü äâèæåíèåì ýëåêòðîíîâ. Íàóêà, çàíèìàþùàÿñÿ íàõîæäåíèåì òðàåêòîðèé äâèæåíèÿ ýëåêòðîíîâ â ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ïîëÿõ, à òàêæå ðàñ÷¸òîì ýëåìåíòîâ è óñòðîéñòâ, ñïîñîáíûõ ôîðìèðîâàòü íóæíûå ïîëÿ, íàçûâàåòñÿ ýëåêòðîííîé îïòèêîé (îáðàòèòå âíèìàíèå ¾ ýëåêòðîííîé îïòèêîé ).

Áîëåå ïîäðîáíûé àíàëèç àíêåòíûõ äàííûõ ýëåêòðîíà îáíàðóæèâàåò íåîáû÷íîñòü ðÿäà åãî ñâîéñòâ. Äåéñòâèòåëüíî, åñëè ïîäõîäèòü ê ýëåêòðîíó ñ îáû÷íûìè ìåðêàìè è ñ÷èòàòü, ÷òî îí çàíèìàåò îáú¸ì V è îáëàäàåò ìàññîé m, òî “ïëîòíîñòü âåùåñòâà â ýëåêòðîíå” r»(m/V)=(9,1e-28)/(4/3*p*r­3)»10­11 ã/ñì­3 (!). Çäåñü ìû ñ÷èòàåì ýëåêòðîí øàðèêîì ñ ðàäèóñîì r ïîðÿäêà 10­-13 ñì. Ìàññà, çàðÿä è íåêîòîðûå äðóãèå ïîñòîÿííûå, õàðàêòåðèçóþùèå ýëåêòðîíû, èçâåñòíû óæå ñ âåñüìà âûñîêîé òî÷íîñòüþ. Âîïðîñ î òîì, êàêèì îáðàçîì ýëåêòðîí óäåðæèâàåòñÿ êàê öåëîå è íå ðàçëåòàåòñÿ ïîä äåéñòâèåì ñèë ðàñòàëêèâàíèÿ, âûõîäèò äàëåêî çà ðàìêè ýòîãî ðåôåðàòà¼

Åñëè ïðåäìåòàì, ñ êîòîðûìè ìû èìååì äåëî â ïîâñåäíåâíîé æèçíè, äîñòàòî÷íî òðóäíî ñîîáùèòü áîëüøóþ ñêîðîñòü (íàïðèìåð, ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ êèëîìåòðîâ â ñåêóíäó), òî ýëåêòðîí äàæå â ïîëå ñ U=1 ïðèîáðåòàåò ñêîðîñòü V=(2*e/m*U)­0,5»6e7 ñì/ñåê. Òàêèì îáðàçîì, ýëåêòðîíû ëåã÷å ðàçîãíàòü äî áîëüøèõ ñêîðîñòåé, ÷åì “îñòàíîâèòü”, ò. å. çàñòàâèòü íàõîäèòüñÿ â ïîêîå. Ýëåêòðîíû â îáû÷íîé ìåäèöèíñêîé ðåíòãåíîâñêîé òðóáêå òîðìîçÿòñÿ â ïîâåðõíîñòíîì ñëîå àíòèêàòîäà, ïðîõîäÿ ïðè ýòîì ïóòü â íåñêîëüêî àíãñòðåì. Îòðèöàòåëüíîå óñêîðåíèå íà ïóòè s (íàïðèìåð, ïðè U»100 êâ.) ïðè ýòîì áóäåò âåñüìà âåëèêî:

w»(v­2)/(2*s)»10­23 ñì/ñåê­2 (!).

Íàêîíåö, óêàæåì, ÷òî, êàê ïðàâèëî, â íàøèõ ïðèáîðàõ äëÿ èõ íîðìàëüíîé ðàáîòû íåîáõîäèì ýëåêòðîííûé ïîòîê, ñîäåðæàùèé âíóøèòåëüíîå ÷èñëî ÷àñòèö (íàïðèìåð, ýëåêòðîííîìó òîêó â 1A ñîîòâåòñòâóåò ïîòîê ýëåêòðîíîâ â 10­19 ÷àñòèö â ñåêóíäó!).

Èòàê, ïîëîæåíèå ñ ýëåêòðîíàìè âûãëÿäèò ñâîåîáðàçíî:

1. åñòü îáúåêò, êîòîðûì ìû óìååì óïðàâëÿòü è ñâîéñòâà êîòîðîãî íàó÷èëèñü èñïîëüçîâàòü;
2. ìû äîñòàòî÷íî õîðîøî çíàåì ñâîéñòâà ýòîãî îáúåêòà è íàó÷èëèñü ïðîâîäèòü èçìåðåíèå äàæå òî÷íåå, ÷åì äëÿ ìíîãèõ äðóãèõ îáúåêòîâ, ñ êîòîðûìè âñòðå÷àåìñÿ â ïîâñåäíåâíîé æèçíè è êîòîðûå ìîæåì âèäåòü íåâîîðóæ¸ííûì ãëàçîì;
3. íèêòî íèêîãäà íå âèäåë ýëåêòðîíîâ, íî âñå çíàêîìû ñ ðåçóëüòàòàìè åãî äåéñòâèé;
4. ñ òî÷êè çðåíèÿ “çäðàâîãî ñìûñëà” è íà îñíîâå ñîïîñòàâëåíèÿ ðåçóëüòàòîâ î÷åíü õîðîøî ïîñòàâëåííûõ ýêñïåðèìåíòîâ ýëåêòðîí ÿâëÿåòñÿ äàëåêî íå òðèâèàëüíûì îáúåêòîì: ïëîòíîñòü ýëåêòðîííîãî âåùåñòâà ôàíòàñòè÷åñêè âåëèêà, îí ÿâëÿåòñÿ ñâåðõ ïðî÷íûì îáúåêòîì, ñïîñîáíûì “ïðîòèâîñòîÿòü” äåéñòâèþ ñâåðõáîëüøèõ èíåðöèàëüíûõ è ýëåêòðè÷åñêèõ (êóëîíîâñêèõ) ñèë.

Íå÷åãî óäèâëÿòüñÿ, ÷òî ñòîëü “ñòðàííàÿ ëè÷íîñòü”, êàêîé ÿâëÿåòñÿ ýëåêòðîí, âåä¸ò ñåáÿ óæå ñîâñåì íåîáû÷íî â ðÿäå ñèòóàöèé. Ýòè ñèòóàöèè ïðîÿâëÿþòñÿ, âî-ïåðâûõ, òîãäà, êîãäà ýëåêòðîíîâ ìíîãî èëè âåðíåå, êîãäà èõ ìíîãî â åäèíèöå îáú¸ìà è, âî-âòîðûõ, êîãäà ýëåêòðîíû âçàèìîäåéñòâóþò ñ àòîìàìè è ìîëåêóëàìè âåùåñòâà. Ýòè è ðÿä äðóãèõ ñèòóàöèé õàðàêòåðíû äëÿ ÿâëåíèé, ðàññìàòðèâàåìûõ êâàíòîâîé ìåõàíèêîé. Èç ýòîé óäèâèòåëüíîé îáëàñòè ìû óïîìÿíåì òîëüêî òî, ÷òî â ðÿäå ñèòóàöèé ýëåêòðîí âåä¸ò ñåáÿ êàê âîëíà. ×òî ýòî çíà÷èò?

Ìû çíàåì, ÷òî, íàïðèìåð, ñâåòîâûå âîëíû ïðè âçàèìîäåéñòâèè ñ ïðîñòðàíñòâåííîé ïåðèîäè÷åñêîé ñòðóêòóðîé ïðåòåðïåâàþò äèôðàêöèþ. Òî÷íî òàê æå ïðè ñîáëþäåíèè îïðåäåë¸ííûõ óñëîâèé âîëíû ìîãóò èíòåðôåðèðîâàòü. Àíàëîãè÷íûå ñâîéñòâà íàáëþäàþòñÿ ó ýëåêòðîíîâ. Òàê, íàïðèìåð, â îïðåäåë¸ííûõ óñëîâèÿõ ýëåêòðîííûé ïîòîê, âçàèìîäåéñòâóþùèé ñ ïåðèîäè÷åñêîé ïðîñòðàíñòâåííîé ñòðóêòóðîé êðèñòàëëà, îáðàçóåò äèôðàêöèîííóþ êàðòèíó, êîòîðóþ ìîæíî çàôèêñèðîâàòü íà ôîòîïëàñòèíêå. Èçâåñòíî áîëüøîå ÷èñëî ôàêòîâ, êîãäà ýëåêòðîíû ïðîÿâëÿþò âîëíîâûå ñâîéñòâà. Áîëåå òîãî, ñîâåòñêèå ó÷¸íûå Â. Ôàáðèêàíò, Ë. Áèáåðìàí è Í. Ñóøêèí ïðîäåìîíñòðèðîâàëè âîëíîâûå ñâîéñòâà îòäåëüíûõ ýëåêòðîíîâ!

Èòàê, àíêåòíûå äàííûå ýëåêòðîíà âûãëÿäÿò ñòðàííî è íåîáû÷íî.

Íå âäàâàÿñü â òîíêîñòè âîïðîñà î âîëíîâûõ ñâîéñòâàõ ýëåêòðîíîâ (êàê è äðóãèõ ìèêðî÷àñòèö!), ñêàæåì, ÷òî ýëåêòðîíó, äâèæóùåìóñÿ ñî ñêîðîñòüþ v(ñì/ñåê), ñîîòâåòñòâóåò äëèíà âîëíû l=h/(m*v), ãäå m ¾ ìàññà ýëåêòðîíà, à h= 6,6e-27 ýðã*ñåê ¾ çíàìåíèòàÿ êîíñòàíòà Ïëàíêà.

Òàê êàê v=(2*e/m*U), òî l=(12,25/U­0,5)A°; çäåñü U âûðàæåíî â êèëîâîëüòàõ.

Òàê, íàïðèìåð, ïðè U=100 êâ. l=0,037 A°. Òàêèì îáðàçîì, åñëè èñïîëüçîâàòü ýëåêòðîíû â ìèêðîñêîïèè, òî äèôðàêöèîííûé ïðåäåë, îáóñëîâëåííûé âîëíîâûìè ñâîéñòâàìè ýëåêòðîíîâ, ëåæèò çíà÷èòåëüíî äàëüøå, ÷åì â îïòè÷åñêîé ìèêðîñêîïèè. À òàê êàê ýëåêòðîíàìè ìîæíî óïðàâëÿòü ñ ïîìîùüþ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ïîëåé, òî ýëåêòðîííàÿ îïòèêà ïîçâîëÿåò íàì çàðàíåå ðàññ÷èòûâàòü òàêèå ñèñòåìû ôîðìèðîâàíèÿ ýòèõ ïîëåé, êîòîðûå ñïîñîáíû ôîêóñèðîâàòü ïîòîêè ýëåêòðîíîâ, óïðàâëÿòü ýëåêòðîííûìè ëó÷àìè è ñîâåðøàòü äðóãèå íåîáõîäèìûå äåéñòâèÿ.

 íàøåì ðàñïîðÿæåíèè òàêæå èìåþòñÿ ëþìèíåñöåíòíûå ýêðàíû, êîòîðûå ñâåòÿòñÿ ïðè ïîïàäàíèè íà èõ ïîâåðõíîñòü ýëåêòðîíîâ (âñïîìíèì ðàáîòó êèíåñêîïà â òåëåâèçîðå!); ïðè ïîïàäàíèè ýëåêòðîíîâ íà ôîòîïëàñòèíêó ïðîèñõîäèò ôîòîëèòè÷åñêîå ïî÷åðíåíèå. Ñóùåñòâóþò è äðóãèå ñïîñîáû ðåãèñòðàöèè ýëåêòðîíîâ. Íàïîìíèì, ÷òî ýëåêòðîíû ñïîñîáíû, êðîìå òîãî, ïðîíèêàòü ñêâîçü òîíêèå ñëîè ìàòåðèàëîâ, îòðàæàòüñÿ è ðàññåèâàòüñÿ ìàòåðèàëàìè. Ýòè ñâîéñòâà ýëåêòðîíîâ è èõ âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ïîëÿìè è èññëåäóåìûì âåùåñòâîì ëåæàò â îñíîâå ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè. Ðàññìîòðèì ñõåìû è îñîáåííîñòè óñòðîéñòâà ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïîâ.

Êàê æå óñòðîåí ýëåêòðîííûé ìèêðîñêîï?  ÷¸ì åãî îòëè÷èå îò îïòè÷åñêîãî ìèêðîñêîïà, ñóùåñòâóåò ëè ìåæäó íèìè êàêàÿ-íèáóäü àíàëîãèÿ?

 îñíîâå ðàáîòû ýëåêòðîííîãî ìèêðîñêîïà (îáùèé âèä åãî ïðèâåä¸í íà ðèñ. 3) ëåæèò ñâîéñòâî íåîäíîðîäíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ïîëåé, îáëàäàþùèõ âðàùàòåëüíîé ñèììåòðèåé, îêàçûâàòü íà ýëåêòðîííûå ïó÷êè ôîêóñèðóþùåå äåéñòâèå. Òàêèì îáðàçîì, ðîëü ëèíç â ýëåêòðîííîì ìèêðîñêîïå èãðàåò ñîâîêóïíîñòü ñîîòâåòñòâóþùèì îáðàçîì ðàññ÷èòàííûõ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ïîëåé; ñîîòâåòñòâóþùèå óñòðîéñòâà, ñîçäàþùèå ýòè ïîëÿ, íàçûâàþò “ýëåêòðîííûìè ëèíçàìè”.  çàâèñèìîñòè îò âèäà ýëåêòðîííûõ ëèíç ýëåêòðîííûå ìèêðîñêîïû äåëÿòñÿ íà ìàãíèòíûå, ýëåêòðîñòàòè÷åñêèå è êîìáèíèðîâàííûå.

Êàêîãî æå òèïà îáúåêòû ìîãóò áûòü èññëåäîâàíû ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîííîãî ìèêðîñêîïà? Òàê æå êàê è â ñëó÷àå îïòè÷åñêîãî ìèêðîñêîïà îáúåêòû, âî-ïåðâûõ, ìîãóò áûòü “ñàìîñâåòÿùèìèñÿ”, ò. å. ñëóæèòü èñòî÷íèêîì ýëåêòðîíîâ. Ýòî, íàïðèìåð, íàêàëåííûé êàòîä èëè îñâåùàåìûé ôîòîýëåêòðîííûé êàòîä. Âî-âòîðûõ, ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû îáúåêòû, “ïðîçðà÷íûå” äëÿ ýëåêòðîíîâ, îáëàäàþùèõ îïðåäåë¸ííîé ñêîðîñòüþ. Èíûìè ñëîâàìè, ïðè ðàáîòå íà ïðîñâåò îáúåêòû äîëæíû áûòü äîñòàòî÷íî òîíêèìè, à ýëåêòðîíû äîñòàòî÷íî áûñòðûìè, ÷òîáû îíè ïðîõîäèëè ñêâîçü îáúåêòû è ïîñòóïàëè â ñèñòåìó ýëåêòðîííûõ ëèíç. Êðîìå òîãî, ïóò¸ì èñïîëüçîâàíèÿ îòðàæ¸ííûõ ýëåêòðîííûõ ëó÷åé ìîãóò áûòü èçó÷åíû ïîâåðõíîñòè ìàññèâíûõ îáúåêòîâ (â îñíîâíîì ìåòàëëîâ è ìåòàëëèçèðîâàííûõ îáðàçöîâ). Òàêîé ñïîñîá íàáëþäåíèÿ àíàëîãè÷åí ìåòîäàì îòðàæàòåëüíîé îïòè÷åñêîé ìèêðîñêîïèè.

Ïî õàðàêòåðó èññëåäîâàíèÿ îáúåêòîâ ýëåêòðîííûå ìèêðîñêîïû ðàçäåëÿþò íà ïðîñâå÷èâàþùèå, îòðàæàòåëüíûå, ýìèññèîííûå, ðàñòðîâûå, òåíåâûå è çåðêàëüíûå.

Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàí¸ííûìè â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿþòñÿ ýëåêòðîìàãíèòíûå ìèêðîñêîïû ïðîñâå÷èâàþùåãî òèïà, â êîòîðûõ èçîáðàæåíèå ñîçäà¸òñÿ ýëåêòðîíàìè, ïðîõîäÿùèìè ñêâîçü îáúåêò íàáëþäåíèÿ. Óñòðîéñòâî òàêîãî ìèêðîñêîïà ïîêàçàíî íà ðèñ. 4 (ñëåâà äëÿ ñðàâíåíèÿ ïîêàçàíî óñòðîéñòâî îïòè÷åñêîãî ìèêðîñêîïà). Îí ñîñòîèò èç ñëåäóþùèõ îñíîâíûõ óçëîâ: îñâåòèòåëüíîé ñèñòåìû, êàìåðû îáúåêòà, ôîêóñèðóþùåé ñèñòåìû è áëîêà ðåãèñòðàöèè êîíå÷íîãî èçîáðàæåíèÿ, ñîñòîÿùåãî èç ôîòîêàìåðû è ôëóîðåñöèðóþùåãî ýêðàíà. Âñå ýòè óçëû ñîåäèíåíû äðóã ñ äðóãîì, îáðàçóÿ òàê íàçûâàåìóþ êîëîííó ìèêðîñêîïà, âíóòðè êîòîðîé ïîääåðæèâàåòñÿ äàâëåíèå ~10­-4 ¾ 10­-5 ìì ðò. ñò. Îñâåòèòåëüíàÿ ñèñòåìà îáû÷íî ñîñòîèò èç òð¸õýëåêòðîäíîé ýëåêòðîííîé ïóøêè (êàòîä, ôîêóñèðóþùèé ýëåêòðîä, àíîä) è êîíäåíñîðíîé ëèíçû (çäåñü è äàëåå ðå÷ü èä¸ò îá ýëåêòðîííûõ ëèíçàõ). Îíà ôîðìèðóåò ïó÷îê áûñòðûõ ýëåêòðîíîâ íóæíîãî ñå÷åíèÿ è èíòåíñèâíîñòè è íàïðàâëÿåò åãî íà èññëåäóåìûé îáúåêò, íàõîäÿùèéñÿ â êàìåðå îáúåêòîâ. Ïó÷îê ýëåêòðîíîâ, ïðîøåäøèé ñêâîçü îáúåêò, ïîñòóïàåò â ôîêóñèðóþùóþ (ïðîåêöèîííóþ) ñèñòåìó, ñîñòîÿùóþ èç îáúåêòèâíîé ëèíçû è îäíîé èëè íåñêîëüêèõ ïðîåêöèîííûõ ëèíç.

Îáúåêòèâíàÿ ëèíçà ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ïîëó÷åíèÿ óâåëè÷åííîãî ýëåêòðîííîãî èçîáðàæåíèÿ (îáû÷íî óâåëè÷åíèå~100*). ×àñòî ýòî óâåëè÷åííîå èçîáðàæåíèå íàçûâàþò ïðîìåæóòî÷íûì. Äëÿ åãî íàáëþäåíèÿ â ïëîñêîñòè èçîáðàæåíèé îáúåêòèâíîé ëèíçû ðàñïîëàãàþò ñïåöèàëüíûé ýêðàí. Ýòîò ýêðàí, ïîêðûòûé ëþìèíåñöèðóþùèì âåùåñòâîì (ëþìèíîôîðîì), àíàëîãè÷åí ýêðàíó â êèíåñêîïàõ, ïðåâðàùàåò ýëåêòðîííîå èçîáðàæåíèå â âèäèìîå.

×àñòü ýëåêòðîíîâ èç ÷èñëà ïîïàäàþùèõ íà ýêðàí íåîáõîäèìî íàïðàâëÿòü â ïðîåêöèîííóþ ëèíçó äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ êîíå÷íîãî ýëåêòðîííîãî èçîáðàæåíèÿ; ñ ýòîé öåëüþ â öåíòðå ýêðàíà ñäåëàíî êðóãëîå îòâåðñòèå. Ïîòîê ýëåêòðîíîâ, ïðîøåäøèõ ñêâîçü îòâåðñòèå, ïåðåä ïîñòóïëåíèåì â ïðîåêöèîííóþ ëèíçó äèàôðàãìèðóåòñÿ.  áîëåå ñëîæíûõ ìèêðîñêîïàõ èñïîëüçóþòñÿ äâå ýëåêòðîííûå ëèíçû.  ýòèõ ñëó÷àÿõ ïåðâóþ èç ëèíç íàçûâàþò ïðîìåæóòî÷íîé; îíà ôîðìèðóåò âòîðîå ïðîìåæóòî÷íîå èçîáðàæåíèå. Âòîðàÿ æå ïðîåêöèîííàÿ ëèíçà ôîðìèðóåò êîíå÷íîå ýëåêòðîííîå èçîáðàæåíèå, êîòîðîå ôèêñèðóåòñÿ â áëîêå ðåãèñòðàöèè. Ðåçóëüòàò ýëåêòðîííî-ìèêðîñêîïè÷åñêîãî èññëåäîâàíèÿ ìîæåò áûòü ïîëó÷åí ëèáî â âèäå ðàñïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòåé ïî÷åðíåíèÿ ôîòîãðàôè÷åñêîé ïëàñòèíêè, ëèáî â âèäå ðàñïðåäåëåíèÿ ÿðêîñòåé ñâå÷åíèÿ ëþìèíåñöåíòíîãî ýêðàíà.

Îáðàçîâàíèå èçîáðàæåíèÿ â ïðîñâå÷èâàþùåì ýëåêòðîííîì ìèêðîñêîïå ñâÿçàíî ãëàâíûì îáðàçîì ñ ðàçëè÷íîé ñòåïåíüþ ðàññåÿíèÿ ýëåêòðîíîâ ðàçëè÷íûìè ó÷àñòêàìè èññëåäóåìîãî îáðàçöà è â ìåíüøåé ìåðå ñ ðàçëè÷èåì â ïîãëîùåíèè ýëåêòðîíîâ ýòèìè ó÷àñòêàìè.  çàâèñèìîñòè îò ñòåïåíè ðàññåÿíèÿ ýëåêòðîíîâ ó÷àñòêàìè îáðàçöà ÷åðåç òàê íàçûâàåìóþ àïåðòóðíóþ äèàôðàãìó, ïîìåù¸ííóþ ïåðåä îáúåêòèâíîé ëèíçîé, ïðîõîäèò áîëüøåå èëè ìåíüøåå ÷èñëî ýëåêòðîíîâ (äèàôðàãìà ïðîïóñêàåò ëèøü òå ýëåêòðîíû, óãëû ðàññåÿíèÿ êîòîðûõ íå î÷åíü âåëèêè). Êîíòðàñòíîñòü ïîëó÷àåìîãî èçîáðàæåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ îòíîøåíèåì ÷èñëà ïðîøåäøèõ ÷åðåç äèàôðàãìó ýëåêòðîíîâ ê îáùåìó ÷èñëó ýëåêòðîíîâ, ðàññåÿííûõ äàííûì ìèêðîó÷àñòêîì îáðàçöà.

Ìàêñèìàëüíîå óâåëè÷åíèå òàêîãî ìèêðîñêîïà îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíàìè ôîêóñíûõ ðàññòîÿíèé îáúåêòèâíîé è ïðîåêöèîííîé ëèíç è ðàññòîÿíèåì ìåæäó îáúåêòîì íàáëþäåíèÿ è ïëîñêîñòüþ êîíå÷íîãî èçîáðàæåíèÿ. Äëÿ ïðîñâå÷èâàþùåãî ìèêðîñêîïà ñ îäíîé ïðîåêöèîííîé ëèíçîé ýòà çàâèñèìîñòü âûðàæàåòñÿ ñëåäóþùåé ïðîñòîé ôîðìóëîé:

M=L­2/(4*f1*f2),

ãäå L ¾ ðàññòîÿíèå ìåæäó îáúåêòîì è ïëîñêîñòüþ èçîáðàæåíèÿ; f1 è f2 ¾ ñîîòâåòñòâåííî ôîêóñíûå ðàññòîÿíèÿ îáúåêòèâíîé è ïðîåêöèîííîé ëèíç.

Èç ôîðìóëû âèäíî, ÷òî äëÿ äîñòèæåíèÿ áîëüøèõ óâåëè÷åíèé öåëåñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü êîðîòêîôîêóñíûå ëèíçû è ðàñïîëàãàòü èõ íà áîëüøîì ðàññòîÿíèè äðóã îò äðóãà, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò áîëüøîìó çíà÷åíèþ âåëè÷èíû L. Çàìåòèì, ÷òî â ýòîì îòíîøåíèè ýëåêòðîííûé ìèêðîñêîï àíàëîãè÷åí îïòè÷åñêîìó.

Ðåàëüíî â ñîâðåìåííûõ ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïàõ L íå ïðåâûøàåò 1¾ 2 ì, à âåëè÷èíû f1 è f2 ñîñòàâëÿþò ïîðÿäêà 1,5 ¾ 2 ìì. Íåòðóäíî ïîäñ÷èòàòü, ÷òî â ýòîì ñëó÷àå Mìàêñ=20000¸40000. Îäíàêî äëÿ ýëåêòðîííîãî ìèêðîñêîïà åñòü ñìûñë äîáèâàòüñÿ äàëüíåéøåãî ïîâûøåíèÿ óâåëè÷åíèÿ åù¸ íà ïîðÿäîê, ïîñêîëüêó ìàêñèìàëüíîå ïîëåçíîå óâåëè÷åíèå åãî, îïðåäåëÿåìîå îòíîøåíèåì ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ÷åëîâå÷åñêîãî ãëàçà (~0,2 ìì) íà ðàññòîÿíèè íàèëó÷øåãî çðåíèÿ ê ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ýëåêòðîííîãî ìèêðîñêîïà, ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 400000.

Õîòÿ, êàê ìû âèäåëè, òåîðåòè÷åñêàÿ ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü â ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè, îãðàíè÷èâàåìàÿ äèôðàêöèîííûì ïðåäåëîì, ïðè èñïîëüçîâàíèè óñêîðÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ ïîðÿäêà 100 êâ ñîñòàâëÿåò 0,037À°, ðåàëüíî äîñòèæèìîå ðàçðåøåíèå â ñèëó ðÿäà ïðè÷èí, î êîòîðûõ ðå÷ü ïîéä¸ò íèæå, îêàçûâàåòñÿ ñóùåñòâåííî ìåíüøå ýòîé âåëè÷èíû.  ñîâðåìåííûõ ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïàõ ãàðàíòèðóåìîå ðàçðåøåíèå ñîñòàâëÿåò 4,5 ¾ 5,0À°. Âåëè÷èíà ìàêñèìàëüíîãî ïîëåçíîãî óâåëè÷åíèÿ (400000*) ñîîòâåòñòâóåò ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè â 5,0À°. Äëÿ äîñòèæåíèÿ ñòîëü áîëüøîãî óâåëè÷åíèÿ â ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïàõ îáû÷íî èñïîëüçóþòñÿ ïðîìåæóòî÷íûå ëèíçû íåáîëüøîãî óâåëè÷åíèÿ.

Òåïåðü ïîñìîòðèì, êàêèå îáúåêòû ìîæåì ìû íàáëþäàòü è èññëåäîâàòü ñ ïîìîùüþ, îáëàäàþùåãî ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòüþ ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ àíãñòðåì, ò. å. ïîðÿäêà 10­-10 ì. Î÷åíü íåìíîãî ãîâîðèò ýòà öèôðà, òàê êàê ÷èñëî ñ äåñÿòüþ íóëÿìè ïðåäñòàâèòü íå î÷åíü ïðîñòî. Ïî÷åìó ýòó âåëè÷èíó ñëåäóåò ñ÷èòàòü ìàëîé è äàæå ñâåðõìàëîé? Ïî ñðàâíåíèþ ñ ÷åì?  ñòàðîì ó÷åáíèêå ôèçèêè Öèíãåðà áûëà ôðàçà, ñìûñë êîòîðîé ñâîäèëñÿ ê ñëåäóþùåìó: “Åñëè ïîðòíîé îøèá¸òñÿ â äëèíå âàøåãî ïëàòüÿ íà îäèí ñàíòèìåòð, âû âðÿä ëè ýòî çàìåòèòå, íî åñëè íàáîðùèê ñìåñòèò áóêâû íà îäèí ñàíòèìåòð ¾ ýòî êàæäûé ñðàçó çàìåòèò”. Âåëè÷èíà 10­-10 ì î÷åíü ìàëàÿ, åñëè å¸ ñðàâíèâàòü ñ ðàçìåðàìè ïðåäìåòîâ â íàøåé êîìíàòå. Ýòî òàêæå î÷åíü ìàëàÿ âåëè÷èíà ïî ñðàâíåíèþ ñ ðàçìåðàìè òåõ âåùåé, òåõ îáúåêòîâ, êîòîðûå ìû ìîæåì âçÿòü ðóêàìè, ìîæåì ïîòðîãàòü. Âñå ýòè ïðåäìåòû ñîñòîÿò èç ãðîìàäíîãî ÷èñëà àòîìîâ è ìîëåêóë. Âåëè÷èíà æå 10­-10 ì ñðàâíèìà ñ ðàçìåðàìè îòäåëüíûõ àòîìîâ è ìîëåêóë. Òàêèì îáðàçîì, íàó÷èâøèñü âèäåòü è îáùàòüñÿ ñ òàêèìè âåëè÷èíàìè, ìû ïðèîáðåòàåì âîçìîæíîñòü “ðàáîòàòü” ñ îòäåëüíûìè àòîìàìè è ìîëåêóëàìè âåùåñòâà èëè ïî êðàéíåé ìåðå ñ îáúåêòàìè, â êîòîðûõ íå î÷åíü ìíîãî àòîìîâ. Ñîâðåìåííûå ýëåêòðîííûå ìèêðîñêîïû ïîçâîëÿþò íàáëþäàòü è èçó÷àòü áîëüøèå îðãàíè÷åñêèå ìîëåêóëû.

Èòàê, ñîâåðøèâ “ïðîðûâ” â ñðåäñòâàõ íàáëþäåíèÿ â îáëàñòü ðàçìåðîâ ïîðÿäêà 10­-9¸10­-10 ì, ìû ïî ñðàâíåíèþ ñ ìåòðîì ¾ âåëè÷èíîé, ñðàâíèìîé ñ äëèíîé øàãà, ñîâåðøàåì ñêà÷îê â ìèëëèàðäû (10­9) ðàç. Îáðàòèì âíèìàíèå, ÷òî ðàññòîÿíèå îò Çåìëè äî îêðàèííûõ îáúåêòîâ Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû ~6e9 êì, êîòîðîå ñâåò(åãî ñêîðîñòü 300000 êì/ñåê) ïðîõîäèò ïðèìåðíî çà 6 ÷, ïî ñðàâíåíèþ ñ ëèíåéíûìè ðàçìåðàìè ãîðîäà (~10 êì), îêàçûâàåòñÿ áîëüøå â 6e8 ðàç.

Íî õîðîøî, ÷òî æå ìîæíî óçíàòü íîâîãî, ïðîíèêíóâ â îáëàñòü ñâåðõ ìàëûõ ðàçìåðîâ, îòêðûâàåìûõ ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèåé? Íå ïðåäñòàâëÿåò ëè ñîáîé ýòîò ìèð àòîìîâ è ìîëåêóë íå÷òî, â êîòîðîì îòñóòñòâóþò íå òîëüêî êðàñêè è çâóêè, íî è âîîáùå êàêèå-ëèáî ïðèçíàêè ðàçíîîáðàçèÿ, æèçíè è êðàñîòû? Îêàçûâàåòñÿ íå íóæíî äàæå îáëàäàòü áîãàòûì âîîáðàæåíèåì, ÷òîáû óâèäåòü ñâîåîáðàçíóþ êðàñîòó ìèðà ñâåðõ ìàëûõ îáúåêòîâ è óâëå÷üñÿ åþ. Ïîñìîòðèòå íà ðèñ. 5, è âû â ýòîì óáåäèòåñü.

Ðèñ. 5. Êðèñòàëë K2PtCl4, âûðàæåííûé íà ïëåíêå èç âîäíîãî ðàñòâîðà.

Íà óðîâíå ðàçìåðîâ, ðàçðåøàåìîé ñîâðåìåííîé ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèåé, ðàçâîðà÷èâàþòñÿ ñîáûòèÿ, èãðàþùèå â êîíå÷íîì èòîãå èñêëþ÷èòåëüíî âàæíóþ ðîëü â æèçíè ÷åëîâåêà, ïðèðîäå è òåõíèêå. Ïðåæäå âñåãî áèîëîãèÿ. Æèâûå êëåòêè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ñëîæíûå ñòðóêòóðíûå îáðàçîâàíèÿ; â íèõ ïðîòåêàþò ñëîæíåéøèå, èçó÷åííûå ëèøü ÷àñòè÷íî áèîõèìè÷åñêèå ïðîöåññû. Õîä ýòèõ ïðîöåññîâ îïðåäåëÿåò æèçíåäåÿòåëüíîñòü êëåòîê, èõ âçàèìîñâÿçü è â êîíå÷íîì èòîãå æèçíåäåÿòåëüíîñòü îðãàíèçìîâ.

 ýòîì ìèðå íàøåìó âçîðó îòêðûâàþòñÿ ðàíåå íå èçâåñòíûå íàì íàñåëÿþùèå åãî “æèòåëè”, èõ äåéñòâèÿ è ïðèâû÷êè, âçàèìîîòíîøåíèÿ ìåæäó ñîáîé, èõ äðóæáà è ìàëåíüêèå òðàãåäèè, êîòîðûå â êîíå÷íîì èòîãå ïðèâîäÿò ê ñîáûòèÿì, èãðàþùèì âàæíåéøóþ ðîëü â ìàñøòàáàõ ïðèðîäû è ÷åëîâå÷åñòâà. Çäåñü íà ìîëåêóëÿðíîì óðîâíå õðàíèòñÿ âåëè÷àéøàÿ òàéíà ¾ òàéíà æèçíè, åå âå÷íîãî âîñïðîèçâåäåíèÿ è ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ. Çäåñü æå ñïðÿòàíû òàêèå ôàêòîðû, êàê ïðè÷èíû áîëåçíåé è ñìåðòè, ëèáî ïðåðûâàþùèå æèçíü, ëèáî äåëàþùèå åå òðàãè÷åñêîé; âèðóñû ìíîãèõ ãðîçíûõ áîëåçíåé “ëåãêèõ”, òàêèõ, êàê ãðèïï, è ñòðàøíûõ - òàêèõ, êàê ÷óìà; ñëîæíûå ìîëåêóëÿðíûå ñòðóêòóðû ¾ ìîëåêóëû ÄÍÊ, ÐÍÊ, õðàíÿùèå âåêîâå÷íûé êîä æèçíè, âîñïðîèçâîäÿùèå è îñóùåñòâëÿþùèå ýòó æèçíü, ¾ ïðèíàäëåæàò ê ýòîìó ìèðó.

Ìíîãèå ñâîéñòâà ìàòåðèàëîâ, ÿâëÿþùèõñÿ îñíîâîé ñîâðåìåííîé òåõíèêè è èñïîëüçóþùèõñÿ â ïîâñåäíåâíîé æèçíè ÷åëîâåêà è îáùåñòâà â öåëîì, îïðåäåëÿþòñÿ ñâîéñòâàìè ìèêðîñòðóêòóð âåùåñòâà, òàêæå îòíîñÿùèõñÿ ê ýòîìó ìèðó.

Òàêèì îáðàçîì, ìèð, êîòîðûé îòêðûâàþò íàì ìåòîäû ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè, íå òîëüêî ìíîãîîáðàçåí è ïî ñâîåìó êðàñî÷åí, íî è èãðàåò ÷ðåçâû÷àéíî âàæíóþ ðîëü â æèçíè ïðèðîäû è ÷åëîâå÷åñòâà.

Ìíîãîîáðàçèå ÿâëåíèé, òðåáóþùèõ èçó÷åíèÿ ïðè ïîìîùè ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè, îïðåäåëÿåò ðàçíîîáðàçèå è ñïåöèôèêó åå ìåòîäîâ è ñîîòâåòñòâóþùèõ óñòðîéñòâ. Ìû óæå çíàêîìû ñ ïðèíöèïîì äåéñòâèÿ ïðîñâå÷èâàþùåãî ýëåêòðîííîãî ìèêðîñêîïà. Ñ åãî ïîìîùüþ ìîæíî èññëåäîâàòü òîíêèå îáðàçöû, ïðîïóñêàþùèå ïàäàþùèé íà íèõ ïó÷îê ýëåêòðîíîâ.

 ðÿäå ñëó÷àåâ è â ïåðâóþ î÷åðåäü äëÿ èññëåäîâàíèÿ ìàññèâíûõ îáúåêòîâ ïðèìåíÿþòñÿ ýëåêòðîííûå ìèêðîñêîïû äðóãèõ òèïîâ.

Ýìèññèîííûé ýëåêòðîííûé ìèêðîñêîï ôîðìèðóåò èçîáðàæåíèå ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîíîâ, èñïóñêàåìûõ ñàìèì îáúåêòîì. Òàêîå èñïóñêàíèå äîñòèãàåòñÿ ïóòåì íàãðåâàíèÿ îáúåêòà (òåðìîýëåêòðîííàÿ ýìèññèÿ), îñâåùåíèÿ åãî (ôîòîýëåêòðîííàÿ ýìèññèÿ), áîìáàðäèðîâêè ýëåêòðîíàìè èëè èîíàìè (âòîðè÷íàÿ ýëåêòðîííàÿ ýìèññèÿ), à òàêæå ïîìåùåíèåì åãî â ñèëüíîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå (àâòîýëåêòðîííàÿ ýìèññèÿ). Óâåëè÷åííîå èçîáðàæåíèå ôîðìèðóåòñÿ ïîäîáíî òîìó, êàê ýòî äåëàåòñÿ â ìèêðîñêîïå ïðîñâå÷èâàþùåãî òèïà. Îáðàçîâàíèå èçîáðàæåíèÿ â ýìèññèîííîì ýëåêòðîííîì ìèêðîñêîïå ïðîèñõîäèò â îñíîâíîì çà ñ÷åò ðàçëè÷íîãî èñïóñêàíèÿ ýëåêòðîíîâ ìèêðîó÷àñòêàìè îáúåêòà. Ïðè ýìèññèîííûõ èññëåäîâàíèÿõ îáúåêòîâ ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü ìèêðîñêîïîâ ñîñòàâëÿåò ~300À°.

Ýìèññèîííàÿ ýëåêòðîííàÿ ìèêðîñêîïèÿ íàøëà øèðîêîå ïðèìåíåíèå â èññëåäîâàíèÿõ è ðàçðàáîòêàõ êàòîäîâ ýëåêòðîâàêóóìíûõ ïðèáîðîâ ðàçëè÷íîãî, â òîì ÷èñëå ðàäèîëîêàöèîííîãî ïðèìåíåíèÿ, à òàêæå â ôèçè÷åñêèõ èññëåäîâàíèÿõ ìåòàëëîâ è ïîëóïðîâîäíèêîâ.

 îòðàæàòåëüíîì ýëåêòðîííîì ìèêðîñêîïå èçîáðàæåíèå ñîçäàåòñÿ ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîíîâ, îòðàæåííûõ (ðàññåÿííûõ) ïîâåðõíîñòíûì ñëîåì îáúåêòà. Îáðàçîâàíèå èçîáðàæåíèÿ â íåì îáóñëîâëåíî ðàçëè÷èåì ðàññåÿíèÿ ýëåêòðîíîâ â ðàçíûõ òî÷êàõ îáúåêòà â çàâèñèìîñòè îò ìàòåðèàëà è ìèêðîðåëüåôà. Îáû÷íî îáðàçöû ïîëó÷àþòñÿ ïîä ìàëûì óãëîì (ïðèáëèçèòåëüíî íåñêîëüêî ãðàäóñîâ) ê ïîâåðõíîñòè. Ïðàêòè÷åñêè íà ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïàõ òàêîãî òèïà äîñòèãíóòî ðàçðåøåíèå ïîðÿäêà 100 àíãñòðåì.

Îäíà èç îñîáåííîñòåé îòðàæàòåëüíîãî ýëåêòðîííîãî ìèêðîñêîïà — ðàçëè÷èå óâåëè÷åíèé â ðàçëè÷íûõ íàïðàâëåíèÿ âäîëü ïëîñêîñòè îáúåêòà ñâÿçàíî ñ íàêëîííûì ïîëîæåíèåì îáúåêòà ïî îòíîøåíèþ ê îïòè÷åñêîé îñè ìèêðîñêîïà. Ïîýòîìó óâåëè÷åíèå òàêîãî ìèêðîñêîïà õàðàêòåðèçóþò îáû÷íî äâóìÿ âåëè÷èíàìè: óâåëè÷åíèåì â ïëîñêîñòè ïàäåíèÿ ïó÷êà ýëåêòðîíîâ è óâåëè÷åíèåì â ïëîñêîñòè, ïåðïåíäèêóëÿðíîé ïëîñêîñòè ïàäåíèÿ.

Ðàñòðîâûé ýëåêòðîííûé ìèêðîñêîï îñíîâàí íà èñïîëüçîâàíèè ïðåäâàðèòåëüíî ñôîðìèðîâàííîãî òîíêîãî ýëåêòðîííîãî ëó÷à (çîíäà), ïîëîæåíèåì êîòîðîãî óïðàâëÿþò ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîëåé. Ýòî óïðàâëåíèå (ñêàíèðîâàíèå) âî ìíîãîì àíàëîãè÷íî ïðîöåññó ðàçâåðòêè â òåëåâèçèîííûõ êèíåñêîïàõ. Ýëåêòðîííûé çîíä ïîñëåäîâàòåëüíî ïðîõîäèò ïî ïîâåðõíîñòè èññëåäóåìîãî îáðàçöà. Ïîä âîçäåéñòâèåì ýëåêòðîíîâ ïó÷êà ïðîèñõîäèò ðÿä ïðîöåññîâ, õàðàêòåðíûõ äëÿ äàííîãî ìàòåðèàëà è åãî ñòðóêòóðû. Ê èõ ÷èñëó îòíîñÿòñÿ ðàññåÿíèå ïåðâè÷íûõ ýëåêòðîíîâ, èñïóñêàíèå (ýìèññèÿ) âòîðè÷íûõ ýëåêòðîíîâ, ïîÿâëåíèå ýëåêòðîíîâ, ïðîøåäøèõ ñêâîçü îáúåêò (â ñëó÷àå òîíêèõ îáúåêòîâ), âîçíèêíîâåíèå ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ.  ðÿäå ñïåöèàëüíûõ ñëó÷àåâ (ëþìèíåñöèðóþùèå ìàòåðèàëû, ïîëóïðîâîäíèêè) âîçíèêàåò òàêæå ñâåòîâîå èçëó÷åíèå. Ðåãèñòðàöèÿ ýëåêòðîíîâ, âûõîäÿùèõ èç îáúåêòà, à òàêæå äðóãèõ âèäîâ èçëó÷åíèÿ (ðåíòãåíîâñêîãî, ñâåòîâîãî) äàåò èíôîðìàöèþ î ðàçëè÷íûõ ñâîéñòâàõ ìèêðîó÷àñòêîâ èçó÷àåìîãî îáúåêòà. Ñîîòâåòñòâåííî ýòîìó ñèñòåìû èíäèêàöèè è äðóãèå ýëåìåíòû ðàñòðîâûõ ìèêðîñêîïîâ ðàçëè÷àþòñÿ â çàâèñèìîñòè îò âèäà ðåãèñòðèðóåìîãî èçëó÷åíèÿ.

Ñèíõðîííî ñ ðàçâåðòêîé ýëåêòðîííîãî çîíäà îñóùåñòâëÿåòñÿ ðàçâåðòêà ëó÷à áîëüøîãî êèíåñêîïà. Ðàññìîòðèì ðàáîòó ðàñòðîâîãî ýëåêòðîííîãî ìèêðîñêîïà â ðåæèìå èíäèêàöèè òîêà âòîðè÷íûõ ýëåêòðîíîâ.  ýòîì ñëó÷àå âåëè÷èíà âòîðè÷íîãî ýëåêòðîííîãî òîêà îïðåäåëÿåò ãëóáèíó ìîäóëÿöèè ÿðêîñòè íà ýêðàíå êèíåñêîïà. Ðàñòðîâûé ýëåêòðîííûé ìèêðîñêîï òàêîãî òèïà ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü óâåëè÷åíèå 100 ¸ 100 000 ïðè äîñòàòî÷íîé êîíòðàñòíîñòè èçîáðàæåíèÿ. Ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü ðàñòðîâûõ ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïîâ îïðåäåëÿåòñÿ äèàìåòðîì ýëåêòðîííîãî çîíäà è â ñëó÷àå ïîëó÷åíèÿ èçîáðàæåíèÿ â ýëåêòðîííûõ ëó÷àõ ñîñòàâëÿåò ~300À°. Ðàñòðîâûå ýëåêòðîííûå ìèêðîñêîïû ïîçâîëÿþò èçó÷àòü, íàïðèìåð, òàê íàçûâàåìûå p-n ïåðåõîäû â ïîëóïðîâîäíèêàõ.

Èç ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïîâ óïîìÿíåì çåðêàëüíûé ýëåêòðîííûé ìèêðîñêîï, îñíîâíîé îñîáåííîñòüþ êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê ìèêðîñêîïè÷åñêèì ýëåêòðè÷åñêèì è ìàãíèòíûì ïîëÿì íà îòðàæàþùåì ìàññèâíîì îáúåêòå. Ïðè ýòîì äîñòèãàåòñÿ ðàçðåøåíèå äåòàëåé ïîðÿäêà 1000À° è óâåëè÷åíèå ïî÷òè â 2000*. Ðàáîòà òàêîãî ìèêðîñêîïà îñíîâàíà íà äåéñòâèè ìèêðîñêîïè÷åñêèõ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ïîëåé íà ýëåêòðîííûé ïîòîê. Çåðêàëüíûé ýëåêòðîííûé ìèêðîñêîï ïîçâîëÿåò èçó÷àòü, íàïðèìåð, äîìåííóþ ñòðóêòóðó ôåððîìàãíèòíûõ ìàòåðèàëîâ, ñòðóêòóðó ñåãíåòîýëåêòðèêîâ.

 òåíåâîì ýëåêòðîííîì ìèêðîñêîïå, òàê æå êàê è â ðàñòðîâîì, ôîðìèðóåòñÿ ýëåêòðîííûé çîíä, îäíàêî ïîëîæåíèå åãî îñòàåòñÿ íåèçìåííûì. Ýëåêòðîííûå ëó÷è çîíäà ñëóæàò äëÿ ïîëó÷åíèÿ óâåëè÷åííîãî òåíåâîãî èçîáðàæåíèÿ îáúåêòà, ïîìåùåííîãî â íåïîñðåäñòâåííîé áëèçîñòè îò çîíäà. Îáðàçîâàíèå èçîáðàæåíèÿ îáóñëîâëåíî ðàññåÿíèåì è ïîãëîùåíèåì ýëåêòðîíîâ ðàçëè÷íûìè ó÷àñòêàìè îáúåêòà. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî èíòåíñèâíîñòü êîíå÷íîãî èçîáðàæåíèÿ â òåíåâîì ýëåêòðîííîì ìèêðîñêîïå íåçíà÷èòåëüíà, ïîýòîìó îáû÷íî â íèõ èñïîëüçóþòñÿ óñèëèòåëè ñâåòà òèïà ýëåêòðîííî-îïòè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé.

Âàæíîé ðàçíîâèäíîñòüþ ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïîâ ðàñòðîâîãî òèïà ÿâëÿåòñÿ ìèêðîðåíòãåíîñïåêòðàëüíûé àíàëèçàòîð. Ïðèáîð îñíîâàí íà âîçáóæäåíèè òàê íàçûâàåìîãî õàðàêòåðèñòè÷åñêîãî ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ àòîìîâ ìàëîãî ó÷àñòêà ïîâåðõíîñòè - îáðàçöà ñ ïîìîùüþ òîíêîãî âûñîêîñêîðîñòíîãî ýëåêòðîííîãî çîíäà. Ýëåêòðîííûé çîíä ñ ïîìîùüþ ñèñòåìû ðàçâåðòêè îáåãàåò èññëåäóåìóþ ïîâåðõíîñòü. Ïðè òîðìîæåíèè ýëåêòðîíîâ íà ïîâåðõíîñòè âîçíèêàåò íàðÿäó ñ òàê íàçûâàåìûì òîðìîçíûì èçëó÷åíèåì õàðàêòåðèñòè÷åñêîå ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå, ñâîéñòâà êîòîðîãî ñóùåñòâåííî îïðåäåëÿþòñÿ ñòðîåíèåì ýëåêòðîííûõ îáîëî÷åê â àòîìàõ âåùåñòâà. Ýòî èçëó÷åíèå îáÿçàíî ñâîèì âîçíèêíîâåíèåì ýíåðãåòè÷åñêèì ïåðåõîäîì ìåæäó ãëóáîêèìè ýíåðãåòè÷åñêèìè óðîâíÿìè àòîìîâ.

Âîçíèêàþùåå õàðàêòåðèñòè÷åñêîå èçëó÷åíèå ðåãèñòðèðóåòñÿ ñ ïîìîùüþ ðåíòãåíîñïåêòðàëüíîé àïïàðàòóðû. Äèàìåòð ýëåêòðîííîãî çîíäà ìîæåò èçìåíÿòüñÿ îò 360 äî 0,5 ìêì, à ðàçìåð ïðîñìàòðèâàåìîé ïëîùàäêè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êâàäðàò ñî ñòîðîíîé 360, 180, 90 èëè 45 ìêì.  îäíîì èç ïðèáîðîâ òàêîãî òèïà ñêîðîñòü àíàëèçà ïî îäíîìó õèìè÷åñêîìó ýëåìåíòó ñîîòâåòñòâóåò äâèæåíèþ çîíäà 8 èëè 96 ìêì/ìèí (ïðè ìåõàíè÷åñêîì ïåðåìåùåíèè îáúåêòà). Àíàëèçèðîâàòü ìîæíî âñå ýëåìåíòû ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû ýëåìåíòîâ Ìåíäåëååâà, ëåãêèõ (îò àòîìíîãî íîìåðà 11 - íàòðèÿ).ìèíèìàëüíûé îáúåì âåùåñòâà, ïîääàþùåãîñÿ êîëè÷åñòâåííîìó àíàëèçó, ñîñòàâëÿåò 0,1 ìêã. Ñ ïîìîùüþ ìèêðîðåíòãåíîâñêîãî àíàëèçàòîðà ïîëó÷àþò ðàñïðåäåëåíèå ôèçèêî-õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà âäîëü èññëåäóåìîé ïîâåðõíîñòè.

 ÑÑÑÐ ñåðèéíî âûïóñêàåòñÿ (âûïóñêàëñÿ) ìèêðîðåíòãåíîâñêèé àíàëèçàòîð òèïà ÌÀÐ-1 (äèàìåòð çîíäà îêîëî 1 ìêì, íàèìåíüøàÿ àíàëèçèðóåìàÿ ïëîùàäü 1ìêì­2). Ïðèáîðû òàêîãî âèäà íàõîäÿò ïðèìåíåíèå â ýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè è â äðóãèõ îáëàñòÿõ íàóêè è òåõíèêè.

×èòàòåëü, âèäèìî, îáðàòèë âíèìàíèå íà òîò ôàêò, ÷òî â ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïàõ íå äîñòèãàåòñÿ ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü, ïðåäñêàçûâàåìàÿ òåîðèåé.  ÷åì æå äåëî? Âñïîìíèì, ÷òî â ôîðìèðîâàíèè èçîáðàæåíèÿ â ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïàõ âàæíóþ ðîëü èãðàþò ýëåìåíòû ýëåêòðîííîé îïòèêè, ïîçâîëÿþùèå îñóùåñòâëÿòü óïðàâëåíèå ýëåêòðîííûìè ïó÷êàìè. Ýòèì ýëåìåíòàì — ýëåêòðîííûì ëèíçàì ñâîéñòâåííû ðàçëè÷íîãî ðîäà îòêëîíåíèÿ îò èäåàëüíîãî (òðåáóåìîãî ðàñ÷åòîì) ðàñïðåäåëåíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ïîëåé. Ïîëîæåíèå çäåñü âî ìíîãîì àíàëîãè÷íî îãðàíè÷åíèÿì â îïòè÷åñêîé ìèêðîñêîïèè, ñâÿçàííûì ñ íåòî÷íîñòüþ èçãîòîâëåíèÿ îïòè÷åñêèõ ëèíç, çåðêàë è äðóãèõ ýëåìåíòîâ. Êðîìå òîãî, ðÿä òðóäíîñòåé ñâÿçàí ñ îñîáåííîñòÿìè èçãîòîâëåíèÿ è ðàáîòû èñòî÷íèêîâ ýëåêòðîííûõ ïîòîêîâ (êàòîäîâ), à òàêæå ñ ïðîáëåìîé ñîçäàíèÿ ïîòîêîâ, â êîòîðûõ ýëåêòðîíû ìàëî îòëè÷àþòñÿ ïî ñêîðîñòÿì.  ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèìè ôàêòàìè, äåéñòâóþùèìè â ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ, ðàçëè÷àþò îïðåäåë¸ííûå âèäû èñêàæåíèé â ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïàõ, èñïîëüçóÿ ïðè ýòîì òåðìèíîëîãèþ, çàèìñòâîâàííóþ èç ñâåòîâîé îïòèêè.

Îñíîâíûìè âèäàìè èñêàæåíèé ýëåêòðîííûõ ëèíç â ïðîñâå÷èâàþùèõ ìèêðîñêîïàõ ÿâëÿþòñÿ ñôåðè÷åñêàÿ è õðîìàòè÷åñêàÿ àáåððàöèè, à òàêæå äèôðàêöèÿ è ïðèîñåâîé àñòèãìàòèçì. Íå îñòàíàâëèâàÿñü íà ïðîèñõîæäåíèè ðàçëè÷íûõ âèäîâ èñêàæåíèé, ñâÿçàííûõ ñ íàðóøåíèÿìè ñèììåòðèè ïîëåé è âçàèìíûì ðàñïîëîæåíèåì ýëåìåíòîâ ýëåêòðîííîé îïòèêè, óïîìÿíåì ëèøü î õðîìàòè÷åñêîé àáåððàöèè. Ïîñëåäíèé âèä èñêàæåíèé àíàëîãè÷åí âîçíèêíîâåíèþ îêðàøåííûõ èçîáðàæåíèé â ïðîñòûõ áèíîêëÿõ è ëóïàõ. Èñïîëüçîâàíèå ñïåêòðàëüíî ÷èñòîãî ìîíîõðîìàòè÷åñêîãî ñâåòà â îïòèêå (âìåñòî áåëîãî) óñòðàíÿåò ýòîò âèä èñêàæåíèé. Àíàëîãè÷íî ýòîìó â ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè èñïîëüçóþò ïî âîçìîæíîñòè ïó÷êè ýëåêòðîíîâ, ñêîðîñòè êîòîðûõ îòëè÷àþòñÿ ìàëî (âñïîìíèì ñîîòíîøåíèå l=h/(m*v) äëÿ ýëåêòðîíà!). Ýòîãî äîñòèãàþò ïðèìåíåíèåì âûñîêîñòàáèëüíûõ èñòî÷íèêîâ ýëåêòðè÷åñêîãî ïèòàíèÿ.

Áëèçêèì “ðîäñòâåííèêîì” ýëåêòðîííîãî ìèêðîñêîïà ÿâëÿåòñÿ ýëåêòðîíîãðàô ¾ ïðèáîð, èñïîëüçóþùèé ÿâëåíèå äèôðàêöèè ýëåêòðîíîâ, òîé ñàìîé äèôðàêöèè, êîòîðàÿ â ñâî¸ âðåìÿ ïîäòâåðäèëà íàëè÷èå âîëíîâûõ ñâîéñòâ ó ýëåêòðîíîâ è ñòàâèò â íàøè äíè ïðåäåë ðàçðåøåíèÿ â ýëåêòðîííîì ìèêðîñêîïå.  ñëó÷àå ýëåêòðîíîâ îáúåêòàìè, â êîòîðûõ ìîæåò ïðîèñõîäèòü äèôðàêöèÿ íà ïåðèîäè÷åñêîé ñòðóêòóðå (àíàëîãè÷íîé îáú¸ìíîé äèôðàêöèîííîé ðåø¸òêå â îïòèêå), ñëóæàò êðèñòàëëè÷åñêèå ñòðóêòóðû. Èçâåñòíî, ÷òî â êðèñòàëëàõ àòîìû ðàñïîëîæåíû â ñòðîãîì ãåîìåòðè÷åñêîì ïîðÿäêå íà ðàññòîÿíèÿõ ïîðÿäêà åäèíèö àíãñòðåì. Îñîáåííî ïðàâèëüíî ýòî ðàñïîëîæåíèå â òàê íàçûâàåìûõ ìîíîêðèñòàëëàõ. Ïðè âçàèìîäåéñòâèè ýëåêòðîíîâ ñ òàêèìè ñòðóêòóðàìè âîçíèêàåò ðàññåÿíèå ýëåêòðîíîâ â ïðåèìóùåñòâåííûõ íàïðàâëåíèÿõ â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðåäñêàçûâàåìûìè òåîðèåé ñîîòíîøåíèÿìè. Ðåãèñòðèðóÿ ðàññåÿííûå ýëåêòðîíû (íàïðèìåð, ôîòîãðàôèðóÿ èõ), ìîæíî ïîëó÷àòü èíôîðìàöèþ îá àòîìíîé ñòðóêòóðå âåùåñòâà.  ñîâðåìåííûõ óñëîâèÿõ ýëåêòðîíîãðàôèÿ øèðîêî ïðèìåíÿåòñÿ ïðè èññëåäîâàíèÿõ íå òîëüêî òâ¸ðäûõ, íî è æèäêèõ, ãàçîîáðàçíûõ òåë. Î âèäå ïîëó÷àåìûõ ýëåêòðîíîãðàìì ìîæíî ñóäèòü ïî ôîòîãðàôèÿì (ñì. ðèñ.6).

 íàøåé ñòðàíå è çà ðóáåæîì ïðèìåíÿþòñÿ ñïåöèàëèçèðîâàííûå ýëåêòðîíîãðàôû ïðîìûøëåííîãî òèïà. Êðîìå òîãî, â íåêîòîðûõ ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïàõ ïðåäóñìîòðåíà âîçìîæíîñòü ðàáîòû â ðåæèìå ýëåêòðîíîãðàôèè.

Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ñ òî÷êè çðåíèÿ ôèçèêè ïîëó÷åíèå ýëåêòðîíîãðàìì ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîöåññ, âî ìíîãîì áëèçêèé ïðîöåññó ïîëó÷åíèþ ðåíòãåíîãðàìì â ðåíòãåíîñòðóêòóðíîì àíàëèçå. Äåéñòâèòåëüíî, åñëè â ýëåêòðîãðàôèè èñïîëüçóåòñÿ äèôðàêöèÿ ýëåêòðîíîâ, òî â ðåíòãåíîñòðóêòóðíîì àíàëèçå ïðîèñõîäèò äèôðàêöèÿ ðåíòãåíîâñêèõ ëó÷åé íà àòîìíûõ ñòðóêòóðàõ. Åñòåñòâåííî, ÷òî êàæäûé èç ýòèõ ìåòîäîâ èìååò ñâîþ îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ.

Îñòàíîâèìñÿ êðàòêî íà îñíîâíûõ ïðèåìàõ ðàáîòû â ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè. Åñòåñòâåííî, ÷òî ýòè ïðèåìû ñâîåîáðàçíû, ó÷èòûâàÿ ñâåðõìàëûå ðàçìåðû îáúåêòîâ, ïîäëåæàùèõ èññëåäîâàíèþ. Òàê, íàïðèìåð, â áèîëîãè÷åñêèõ èññëåäîâàíèÿõ íàõîäÿò ïðèìåíåíèÿ “ñâåðõòîíêèå íîæè” - ìèêðîòîìû, ïîçâîëÿþùèå ïîëó÷àòü ñðåçû áèîëîãè÷åñêèõ îáúåêòîâ òîëùèíîé ìåíåå 1 ìêì.

Ãëàâíûå îñîáåííîñòè ìåòîäèêè ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè îïðåäåëÿþòñÿ íåîáõîäèìîñòüþ ïîìåùåíèÿ îáúåêòà èññëåäîâàíèÿ âíóòðü êîëîííû ýëåêòðîííîãî ìèêðîñêîïà, ò.å. â âàêóóì è îáåñïå÷åíèÿ óñëîâèé âûñîêîé ÷èñòîòû, òàê êàê ìàëåéøèå çàãðÿçíåíèÿ ìîãóò ñóùåñòâåííî èñêàçèòü ðåçóëüòàòû. Äëÿ ïðîñâå÷èâàþùåãî ýëåêòðîííîãî ìèêðîñêîïà îáúåêò ïðèãîòîâëÿåòñÿ â âèäå òîíêèõ ïëåíîê, â êà÷åñòâå êîòîðûõ ìîãóò ñëóæèòü ðàçëè÷íîãî ðîäà ëàêè, ïëåíêè ìåòàëëîâ è ïîëóïðîâîäíèêîâ, óëüòðàòîíêèå ñðåçû áèîëîãè÷åñêèõ ïðåïàðàòîâ. Êðîìå òîãî, îáúåêòàìè èññëåäîâàíèÿ ìîãóò áûòü òîíêî èçìåëü÷åííûå (äèñïåðãèðîâàííûå) ñîâîêóïíîñòè ÷àñòèö. Îáû÷íî â ïðîñâå÷èâàþùèõ ìèêðîñêîïàõ, ðàáîòàþùèõ ïðè íàïðÿæåíèÿõ 50-100 êâ, òîëùèíà îáúåêòîâ íå ìîæåò ïðåâûøàòü 200 À°(äëÿ íåîðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ) è 1000 À° (äëÿ îðãàíè÷åñêèõ). Áèîëîãè÷åñêèå îáúåêòû â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ïðèõîäèòñÿ êîíòðàñòèðîâàòü, ò.å. “îêðàøèâàòü” (ñîëÿìè òÿæåëûõ ìåòàëëîâ), îòòåíÿòü íàïûëåíèåì ìåòàëëîâ (ïëàòèíîé, ïàëëàäèåì è äð.) è èñïîëüçîâàòü ðÿä äðóãèõ ïðèåìîâ. Íåîáõîäèìîñòü êîíòðàñòèðîâàíèÿ âûçâàíà òåì, ÷òî áîëüøèíñòâî áèîëîãè÷åñêèõ îáúåêòîâ ñîäåðæèò àòîìû ëåãêèõ ýëåìåíòîâ (ñ ìàëûì àòîìíûì íîìåðîì) - âîäîðîä, óãëåðîä, àçîò, êèñëîðîä, ôîñôîð è ò.ä. â òî æå âðåìÿ òîëùèíà îáúåêòîâ, èíòåðåñíûõ äëÿ áèîëîãèè è ìåäèöèíû, ñîñòàâëÿåò âåëè÷èíó ïîðÿäêà 50 À°. Áåç êîíòðàñòèðîâàíèÿ ïðè ýëåêòðîííî-ìèêðîñêîïè÷åñêèõ èññëåäîâàíèÿõ âèðóñîâ íàáëþäàþòñÿ áåññòðóêòóðíûå ïÿòíà, à îòäåëüíûå ìîëåêóëû íóêëåèíîâûõ êèñëîò âîîáùå íåðàçëè÷èìû. Èñïîëüçîâàíèå ìåòîäîâ êîíòðàñòèðîâàíèÿ ïîçâîëÿåò ýôôåêòèâíî ïðèìåíèòü ýëåêòðîííóþ ìèêðîñêîïèþ â áèîëîãè÷åñêèõ èññëåäîâàíèÿõ è â òîì ÷èñëå ïðè èññëåäîâàíèÿõ áîëüøèõ ìîëåêóë (ìàêðîìîëåêóë) ¾ ñì., íàïðèìåð, ðèñ. 7.

 ðÿäå ñëó÷àåâ ïðè èññëåäîâàíèè, íàïðèìåð, ìàññèâíûõ îáúåêòîâ â òåõíèêå øèðîêîå ïðèìåíåíèå íàõîäèò ìåòîä ïîëó÷åíèÿ îòïå÷àòêîâ, êîòîðûé çàêëþ÷àåòñÿ â èçãîòîâëåíèè è ïîñëåäóþùåì èññëåäîâàíèè â ìèêðîñêîïå êîïèé ïîâåðõíîñòåé îáúåêòîâ.

Èñïîëüçóþòñÿ êàê åñòåñòâåííûå îòïå÷àòêè (òîíêèå ñëîè îêèñëîâ), òàê è èñêóññòâåííûå, ïîëó÷àåìûå ïóòåì íàíåñåíèÿ (íàïûëåíèÿ, îñàæäåíèÿ) ïëåíîê êâàðöà, óãëåðîäà è äðóãèõ âåùåñòâ. Íàèáîëüøåå ðàçðåøåíèå ( ~10 À°) ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü óãîëüíûå ðåïëèêè, êîòîðûå íàõîäÿò øèðîêîå ïðèìåíåíèå êàê â òåõíèêå, òàê è â áèîëîãèè.

Ïðè íàáëþäåíèè ýëåêòðîííî-ìèêðîñêîïè÷åñêèìè ìåòîäàìè âëàæíûõ îáúåêòîâ ( â òîì ÷èñëå æèâûõ êëåòîê) èñïîëüçóþòñÿ âàêóóìíî-èçîëèðîâàííûå ãàçîâûå ìèêðîêàìåðû. Îáúåêòû èññëåäîâàíèÿ ïîìåùàþòñÿ â ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïàõ íà òîí÷àéøèå ïëåíêè - ïîäëîæêè, êîòîðûå êðåïÿòñÿ íà ñïåöèàëüíûõ ñåòêàõ, èçãîòîâëÿåìûõ îáû÷íî èç ìåäè ýëåêòðîëèòè÷åñêèì ñïîñîáîì. Ýòè ïëåíêè äîëæíû óäîâëåòâîðÿòü öåëîìó ðÿäó òðåáîâàíèé, ïîñêîëüêó îòíîñèòåëüíî áîëüøàÿ òîëùèíà èõ, à òàêæå ñèëüíîå ðàññåÿíèå èìè ýëåêòðîíîâ ïðèâîäÿò ê ðåçêîìó óõóäøåíèþ êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ îáúåêòà. Êðîìå òîãî, ìàòåðèàë òàêèõ ïëåíîê äîëæåí îáëàäàòü õîðîøåé òåïëîïðîâîäíîñòüþ è âûñîêîé ñòîéêîñòüþ ê ýëåêòðîííîé áîìáàðäèðîâêå.

Êñòàòè, îá ýëåêòðîííîé áîìáàðäèðîâêå îáúåêòà èññëåäîâàíèÿ è åå ïîñëåäñòâèÿõ. Ïðè ïîïàäàíèè ýëåêòðîíîâ íà îáúåêò îíè âûäåëÿþò ýíåðãèþ, ïðèìåðíî ðàâíóþ êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè èõ äâèæåíèÿ.  ðåçóëüòàòå ìîãóò ïðîèñõîäèòü ìåñòíûé ðàçîãðåâ è ðàçðóøåíèå ó÷àñòêîâ îáúåêòà.

Ýëåêòðîííûé ìèêðîñêîï ÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ìèêðîõèìè÷åñêîãî àíàëèçà èññëåäóåìîãî âåùåñòâà ñîãëàñíî ìåòîäó, ïðåäëîæåííîìó Ì. È. Çåìëÿíîâîé è Þ. Ì. Êóøíèðîì. Ïî ñóùåñòâó ýòîò ìåòîä àíàëîãè÷åí ìåòîäó ìèêðîõèìè÷åñêîãî àíàëèçà ñ ïîìîùüþ îïòè÷åñêîãî ìèêðîñêîïà.  äàííîì ñëó÷àå ýëåêòðîííûé ìèêðîñêîï èñïîëüçóåòñÿ â êà÷åñòâå óñòðîéñòâà, ñïîñîáíîãî îáíàðóæèòü ìàëûå êîëè÷åñòâà èñêîìîãî âåùåñòâà (ïî ôîðìå è ñòðóêòóðå êðèñòàëëîâ è ò.ï.). íà ïîâåðõíîñòü âîäíîãî ðàñòâîðà, â êîòîðîì ïðåäïîëàãàåòñÿ íàëè÷èå èñêîìûõ èîíîâ, íàíîñèòñÿ êàïëÿ 1 — 1,5% ðàñòâîðà íèòðîêëåò÷àòêè â àìèëàöåòàòå. Êàïëÿ ðàñòåêàåòñÿ ïî ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè è îáðàçóåò êîëëîäèåâóþ ïëåíêó, íà êîòîðóþ íàíîñèòñÿ êàïëÿ ðåàãåíòà. Èîíû ðåàãåíòà ïðîíèêàþò (äèôôóíäèðóþò) ñêâîçü ïëåíêó è, âçàèìîäåéñòâóÿ ñ ðàñòâîðîì, îáðàçóþò íà ïîâåðõíîñòè ïëåíêè êðèñòàëëû, êîòîðûå ñîäåðæàò èîíû, ïîäëåæàùèå îáíàðóæåíèþ. Ïîñëå ñïåöèàëüíîé î÷èñòêè êóñî÷åê ïëåíêè ñ êðèñòàëëèêàìè ïîìåùàåòñÿ â ýëåêòðîííûé ìèêðîñêîï, è íà îñíîâå èçó÷åíèÿ ýòèõ êðèñòàëëèêîâ îêàçûâàåòñÿ âîçìîæíûì äàòü îòâåò î íàëè÷èè èñêîìûõ èîíîâ, à â ðÿäå ñëó÷àåâ — è îá èõ êîíöåíòðàöèè. Òàêîé ìåòîä ìèêðîõèìè÷åñêîãî àíàëèçà õàðàêòåðèçóåòñÿ âûñîêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ (íà 2 — 3 ïîðÿäêà áîëüøåé ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè ñïîñîáàìè). Íàïðèìåð, èîíû ìàðãàíöà ìîãóò áûòü îáíàðóæåíû â ðàñòâîðå ñ êîíöåíòðàöèåé íå íèæå 10­-11 íîðìàëüíîãî ðàñòâîðà ïðè ñîäåðæàíèè èîíà 10­-11 ã (ïî äàííûì À. Ì. Ðåøåòíèêîâà).

Ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè ýëåêòðîííàÿ ìèêðîñêîïèÿ äîñòèãëà áîëüøèõ óñïåõîâ è íàøëà ìíîãî÷èñëåííûå ïðèìåíåíèÿ. Îäíàêî â ðÿäå ñëó÷àåâ, î êîòîðûõ êðàòêî áûëî ñêàçàíî âûøå, áûëî áû ÷ðåçâû÷àéíî æåëàòåëüíûì äîáèòüñÿ äàëüíåéøåãî ïðîãðåññà â ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè. Ýòî â ïåðâóþ î÷åðåäü îòíîñèòñÿ ê ïðîáëåìå äîñòèæåíèÿ áîëüøåé ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè.

Íà ïóòè ðåøåíèÿ ýòîé êðàåóãîëüíîé çàäà÷è ñòîÿò ÷ðåçâû÷àéíî ñåðüåçíûå òåõíè÷åñêèå òðóäíîñòè, ñâÿçàííûå ñ ïðîáëåìàìè ñîçäàíèÿ ýëåêòðîííûõ ëèíç, èõ âçàèìíîãî ðàñïîëîæåíèÿ ôîðìèðîâàíèÿ îäíîñêîðîñòíûõ ýëåêòðîííûõ ïîòîêîâ. Ñîâîêóïíîñòü ýòèõ ôàêòîðîâ ïðèâîäèò â êîíå÷íîì èòîãå ê ðàçëè÷íîãî ðîäà èñêàæåíèÿì, èãðàþùèì âàæíóþ ðîëü ïðè áîëüøèõ óâåëè÷åíèÿõ è ïðèâîäÿùèì ê òîìó, ÷òî ïðàêòè÷åñêè äîñòèãàåìîå ðàçðåøåíèå îêàçûâàåòñÿ õóæå ïðåäåëüíîãî.

Ïî ìåðå ïðèáëèæåíèÿ ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè ê ñâîèì ïðåäåëüíûì âîçìîæíîñòÿì âñå òðóäíåå è òðóäíåå ñòàíîâèòñÿ âíîñèòü â íåå äàëüíåéøèå óñîâåðøåíñòâîâàíèÿ.

Ñàìûå ïîñëåäíèå äîñòèæåíèÿ â ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè îñíîâàíû íà ïðèìåíåíèè íîâûõ âûñîêîâîëüòíûõ (V = 100 êâ) è ñâåðõâûñîêîâàêóóìíûõ (âàêóóì 2e-10 ìì ðò.ñò.) ïðèáîðîâ. Âûñîêîâîëüòíàÿ ýëåêòðîííàÿ ìèêðîñêîïèÿ, êàê ïîêàçûâàåò îïûò, ïîçâîëÿåò óìåíüøèòü õðîìàòè÷åñêóþ àáåððàöèþ ýëåêòðîííûõ ëèíç.  ïå÷àòè ñîîáùàåòñÿ, íàïðèìåð, î òîì, ÷òî ñ ïîìîùüþ íîâîãî ÿïîíñêîãî ìèêðîñêîïà SMH-5 ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû ôîòîãðàôèè ðåøåòîê ñ ìåæïëîñêîñòíûì ðàññòîÿíèåì ~1 À°. Ñîîáùàåòñÿ òàêæå, ÷òî íà íîâîì ýëåêòðîííîì ìèêðîñêîïå ñ óñêîðÿþùèì íàïðÿæåíèåì 750 êâ ïîëó÷åíî ðàçðåøåíèå, ðàâíîå 3 À°.

Ðàññìàòðèâàþòñÿ âîçìîæíîñòè ïðèìåíåíèÿ â ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè ëèíç èç ñâåðõïðîâîäÿùèõ ñïëàâîâ (íàïðèìåð, Hi ¾ Zn), êîòîðûå ïîçâîëÿò ïîëó÷èòü âûñîêèå îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ýëåêòðîííûõ ñèñòåì è èñêëþ÷èòåëüíóþ ñòàáèëüíîñòü ïîëåé. Îæèäàåòñÿ, ÷òî èñïîëüçîâàíèå ñïåöèàëüíûõ ëèíç-ôèëüòðîâ ïîçâîëèò ïîëó÷èòü íîâûå ðåçóëüòàòû â îòðàæàòåëüíîé ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè. Ïðè èñïîëüçîâàíèè òàêèõ ëèíç â ïðîñâå÷èâàþùåì ýëåêòðîííîì ìèêðîñêîïå óäàëîñü ñóùåñòâåííî óëó÷øèòü èõ ðàçðåøàþùóþ ñïîñîáíîñòü.

 ðàñòðîâûõ ýëåêòðîííûõ ìèêðîñêîïàõ ïðîñâå÷èâàþùåãî òèïà ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè äîñòèãíóòà ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü â 100 À°. Íîâûé ýìèññèîííûé ìèêðîñêîï ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü ðàçðåøåíèÿ äåòàëåé ñ ðàçìåðàìè îò 120 (äëÿ ôîòîýìèññèè) äî 270 À° (äëÿ âòîðè÷íîé ýìèññèè).

Âûçûâàåò èíòåðåñ ñîîáùåíèå î òîì, ÷òî ãîëëàíäñêàÿ ôèðìà Philips вносит ряд усовершенствований в микроскоп типа EM-300, которые позволят довести практическую разрешающую способность до теоретического предела (!). Правда, о существе этих усовершенствований пока не сообщается.

Важность проблемы улучшения разрешающей способности в электронной микроскопии, приближение ее к теоретическому пределу стимулировала проведение целого ряда исследований в этой области. Из многочисленных предложений и идей, зачастую остроумных и весьма перспективных, остановимся на идеях, высказанных английским физиком Габором, получивших в последние годы широкое развитие в оптике, радиофизике, акустике, особенно в связи с созданием оптических квантовых генераторов (лазеров). Речь идет о так называемой голографии, о которой известно сейчас не только специалистам, но и всем тем, кто интересуется новейшими достижениями физики. Вместе с тем не все, наверное, знают, что первые работы Габора по голографии, проведенные еще в “долазерный” период (1948-1951), были поставлены и выполнены именно в связи с задачей повышения разрешающей способности в электронной микроскопии.

Сущность предлагавшегося метода сводилась к следующему. Монохроматический поток электронов, т.е. поток, содержащий электроны с одинаковыми скоростями, освещает объект исследования (по схеме просвечивающего или теневого микроскопа). При этом происходит дифракция электронов на объекте (вспомним волновые свойства электронов!). Обычно в электронном микроскопе пучок, претерпевший дифракцию на объекте, поступает в систему электронных линз, формирующих изображение и обеспечивающих нужное большое увеличение. Однако эти же линзы, как мы уже отмечали, являются источниками трудно устранимых искажений, препятствующих достижению теоретического разрешения. В новом методе предлагалось фиксировать результат дифракции электронов фотографически в виде дифракционной картины и подвергать эту картину последующей обработке с помощью оптических методов, где получение нужных усилений может быть достигнуто с меньшими искажениями. В таком двухступенчатом процессе получения изображений основное увеличение достигается за счет перехода от “электронных” длин волн к оптическим. При этом следует отметить, что обрабатываемая оптическими методами картина дифракции практически не имеет сходства с объектом исследования. Однако с помощью светового излучения (видимого) по этой картине в несложном оптическом устройстве можно восстановить изображение исследуемого объекта. Для этого источник излучения должен посылать монохроматические когерентные волны, т.е. должен обладать теми свойствами, которые так ярко проявляются у оптических квантовых генераторов.

Заметим, что, образно говоря, в этом двухступенчатом процессе мы фиксируем, “замораживаем” фронт электронных волн и потом воспроизводим его вновь в виде фронта световой волны в значительно большем масштабе, используя при этом различие длин волн света и электронов (это соотношение, например, может быть порядка 6000А°/0,030А°» 200000).

В таком “безлинзовом”, а потому и не вносящим искажений увеличении и заключается основное достоинство метода голографии в электронной микроскопии.

К числу новых направлений следует также отнести область микроскопии, использующую вместо электронов другие виды микрочастиц, тяжелых по сравнению с электронами. В этом случае дифракционный предел, предсказываемый теорией, смещен в более далекую область малых размеров. Примером такого направления микроскопии является развивающаяся автоионная микроскопия.

В автоионных микроскопах, используемых при исследовании физики поверхностных явлений, главным образом в металлах, оказывается возможным видение отдельных атомов. Методика автоионной микроскопии весьма своеобразна; эта область претерпевает бурное развитие.

Как же далеко мы сможем еще продвинуться по пути раскрытия тайн микрообъектов? Мы видим, что за исторически короткий срок, используя новейшие достижения физики и радиоэлектроники, электронная микроскопия превратилась в мощное орудие исследования природы. Обозримое будущее этой области науки связано с реализацией дерзновенных проектов создания таких приборов, которые позволят “приблизить” и сделать зримым многообразный и красочный микромир. Далеко не всё ещё ясно на этом пути, на котором постоянно возникают всё более и более сложные научно-технические и технологические проблемы. Современные приборы микроскопии являются несравненно более сложными устройствами, чем микроскопы недавнего прошлого.

Уже сейчас мы сталкиваемся с очевидным фактом: приборы микроскопии становятся всё более сложными и громоздкими по мере проникновения в ранее недосягаемые тайны мира малых объектов. Дальнейшее усложнение этих приборов, увеличение затрат на их изготовление определяются необходимостью разрешения новых всё более сложных проблем.

Здесь уместно провести аналогию с развитием экспериментальной ядерной физики, где получение информации о свойствах микрочастиц вещества, из которых состоят ядра атомов, связано с созданием сложнейших и, как правило, чрезвычайно громоздких и дорогих приборов и установок.

Получение информации, раскрывающей тайны микромира, оплачивается высокой ценой. Однако происходящие при этом затраты интеллектуальных и материальных ресурсов, как показывает опыт истории науки, безусловно, окупаются теми возможностями, которые открываются при этом в технике, физике, химии, биологии и медицине.

• Рукман Г.И. , Клименко И.С. Электронная микроскопия. М., Знание, 1968.
• Савельев И.В. Курс физики, т.3. М., Наука, 1989.