Условие задачи

Что выступает в роли аналога света в сканирующем микроскопе? Каков принцип действия этого микроскопа?

Решение

Дисциплина, к которой относится данная задача, ­­– физика микроскопии (в частности, микроскопия с использованием электронного пучка, то есть сканирующий электронный микроскоп).

Ниже приводится подробное решение задачи.

1. Аналог света в сканирующем микроскопе

В традиционном оптическом микроскопе для освещения образца используется свет (фотонный поток). В сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) «светом» является пучок ускоренных электронов. Другими словами, аналогом света выступает сфокусированный пучок электронов, который создаётся с помощью электронного эмиссионного источника (термолевого или холодного источника) и фокусируется магнитными линзами.

2. Принцип действия сканирующего микроскопа

Принцип работы сканирующего электронного микроскопа можно описать следующим образом:

➊ Электронный пучок, ускоренный до энергии в диапазоне нескольких килоэлектронвольт (кэВ), фокусируется с помощью магнитных линз в тонкий пучок.

➋ Полученный сжатый электронный пучок последовательно (точка за точкой) сканирует поверхность исследуемого образца.

➌ При столкновениях электронов с атомами поверхности происходят взаимодействия, в результате которых из образца выделяются различные сигналы: вторичные электроны, задиспергированные (обратные) электроны, а также характерное рентгеновское излучение.

➍ Детекторы, расположенные вокруг образца, регистрируют интенсивность и энергию этих сигналов. Именно распределение вторичных электронов позволяет получить высококонтрастное изображение рельефа поверхности с разрешением, которое может достигать нескольких нанометров.

Таким образом, сканирующий электронный микроскоп создаёт изображение объекта путём сканирования его поверхности узким пучком электронов, а «аналогом света» в нём является сам электронный пучок.

Ответ: В сканирующем микроскопе аналог света – это пучок ускоренных (и сфокусированных) электронов, а принцип его действия заключается в последовательном сканировании поверхности образца этим пучком и регистрации возникающих при взаимодействии сигналов (в первую очередь – вторичных электронов), что позволяет восстановить топографию и структурные особенности поверхности.