透射电子显微镜的构造原理与组成成分

透射电子显微镜为一竖直的圆柱体结构,如图2.2.1所示。它主要可以分为三大部分:电子光学部分、真空部分和电子学控制部分。

图2.2.1　透射电子显微镜基本结构图

1.电子光学部分

电子光学部分由照明系统、成像系统和观察记录系统组成。其中,照明系统包括电子枪、聚光镜和一些平移对中、倾斜调节装置,为成像系统提供一个高亮度、小尺寸的照明光斑。电子枪是透射电子显微镜的电子源,常用的是热阴极三极电子枪,如图2.2.2(a)所示。其由发夹形钨丝阴极、栅极帽和阳极组成。聚光镜的作用是汇聚电子枪发射出的电子束,调节照明强度、孔径角和束斑的大小,一般采用双聚光镜系统甚至三聚光镜系统。图2.2.2(b)所示为双聚光镜系统示意。成像系统一般由物镜、中间镜和投影镜三个透镜组成。其中,物镜是最重要的部分,电镜的分辨率主要由物镜性能决定,其余两个透镜的作用是把物镜形成的一次放大像进一步放大。在投影镜以下的是观察和记录系统,主要包括荧光屏和照相机构。

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图2.2.2　热阴极三极电子枪和双聚光镜系统示意图

(a)热阴极三极电子枪示意图　(b)双聚光镜系统示意图　

2.真空部分

在电子显微镜中,凡是电子运行的区域都要求有尽可能高的真空度,以防止高速电子与气体分子碰撞产生散射可能导致的像的衬度降低、电子束流不稳或缩短电镜使用寿命等问题。真空系统是保证电镜真空度的系统,一般采用两级串联方式连接。前级用机械泵从大气压抽到10-2 Pa的低真空,再用油扩散泵抽到约10-4 Pa的高真空。

3.电子学控制部分

电器控制部分主要包含两个独立的电源系统。一个电源系统是供电子束加速用的小电流高压电源;另一个是供电子束聚焦和成像用的大电流低压磁透镜电源。工作时需要保证这两个电源的稳定性,在照相底片曝光时间内,透镜电流波动引起的分辨率下降,需小于物镜的极限分辨率。