Elektronová mikroskopie pro biology < Jana Nebesářová >

Zdroj elektronů

Jestliže zahřejeme jakýkoliv materiál na vysokou teplotu, dodáme elektronům dostatečnou energii, aby překonaly přirozenou energetickou bariéru, která jim brání v úniku. Úniková energie elektronu, označovaná jako výstupní práce, a její vztah k únikové rychlosti určuje následující rovnice:
Rovnice1

[1.]

kde v je úniková rychlost elektronu, e je jeho náboj a m hmotnost, E je výstupní energie specifická pro daný kov (pro wolfram je rovna 4,52 V). Z daného vztahu např. pro wolfram vyplývá úniková rychlost 1,26 x 106 m/s. K zahřátí a následné termoemisi může dojít při průchodu elektrického proudu vláknem a pravděpodobnost úniku elektronů může být ještě zvýšena jeho vytvarováním do tvaru písmene V (obr. 1), kdy porušení ultrastruktury v místě ohybu usnadní uvolnění elektronů . Nejčastěji se v termoemisních tryskách používá právě wolframové vlákno díky nízké výstupní energii ( W = 4,5 V, Ni = 2,6 V, LaB6 = 1,0 V), vysokému bodu tání (W = 3653 K, Ni = 1000 K, LaB6 = 2000 K) a nízké hodnotě vakua, kterou vyžaduje pro svůj provoz. Vynikajícím termoemisním zdrojem elektronů jsou katody z LaB6 (obr. 2), které však vyžadují mnohem lepší vakuum v prostoru elektronové trysky.
V praxi od elektronového zdroje vyžadujeme, aby poskytoval koherentní svazek elektronů, což znamená, že by elektrony měly vycházet z bodového zdroje, měly by mít stejnou energii a dokonce by se měla jejich průvodní vlna nacházet ve stejné fázi. Z těchto důvodů je konstrukce elektronové trysky složitější, jak ukazuje (obr. 3). Trysku tvoří katoda emitující elektrony a anoda s kruhovým otvorem ve svém středu, která je přitahuje a dává jim dostatečné zrychlení na průlet tubusem mikroskopu. Vlákno katody je vystředěno do otvoru tzv. Wehneltova válce, který má záporné předpětí a díky jehož působení se okolo emitujícího hrotu katody vytvoří mrak elektronů (obr. 4). Ty jsou potom postupně odsávány z otvoru Wehneltova válce k anodě a ty které mají správný směr získají dostatečnou rychlost, aby jí prolétly dále do tubusu (obr. 5). Tímto jednoduchým způsobem, kdy Wehneltův válec funguje v podstatě jako první elektrostatická čočka mikroskopu, je zajištěna dostatečná zásoba elektronů s přibližně stejnou počáteční energií, tak aby elektronový paprsek měl výše zmíněné vlastnosti.
Na (obr. 6) je závislost emisního proudu na žhavicím proudu katody. Z grafu je zřejmé, že má smysl zvyšovat žhavicí proud do hodnoty I , kdy dosáhneme maximálního emisního proudu. Při dalším zvyšování žhavicího proudu se jíž emisní proud mění nepatrně, ale katoda se v důsledku přežhavení rychleji opotřebovává a snižuje se její životnost (obr. 7). Na (obr. 8) je obrázek katody v podžhaveném stavu, tzv. dutý paprsek, který je používán k vycentrování elektronové trysky a k nastavení stigmátoru osvětlovací soustavy čoček.
Výkonnějším zdrojem elektronů s neomezenou životností je autoemisní tryska, kdy elektrony emituje studené wolframové vlákno odleptané do hrotu s poloměrem 60 až 200 nm (obr. 9). Proti hrotu je umístěna elektroda s kladným napětím 5 kV. Kolem hrotu potom vzniká elektrické pole s intenzitou 108 V/cm, které je schopno vytrhovat velké množství elektronů z povrchu wolframového hrotu. Nevýhodou autoemisní trysky je vysoká hodnota vakua (10-6 až 10-8 Pa). Přehled parametrů jednotlivých elektronových zdrojů uvádí {tab. 1}.

Předchozí

Další

Literatura
Obrázky
	Obr.1 - Katoda z wolframového vlákna
	Zpět
	Obr.2 - Katoda z LaB6
	Zpět
	Obr.3 - Konstrukce termoemisní trysky:K-wolframová katoda,W-Wehneltův válec,A-anoda
	Zpět
	Obr.4 - Funkce termoemisní trysky
	Zpět
	Obr.5 - Vliv předpětí na Wehneltově válci na emisní proud
	Zpět
	Obr.6 - Závislost emisního proudu na žhavícím proudu katody
	Zpět
	Obr.7 - Nová a použitá wolframová katoda
	Zpět
	Obr.8 - Dutý paprsek neboli obraz wolframového vlákna,jeho obraz v nevycentrovaném stavu a v provozním stavu
	Zpět
	Obr.9 - Termoemisní katoda
	Zpět

Tabulky
Tab.1 - Parametry jednotlivých elektronových zdrojů
Vlastnosti	žhavená wolframová katoda	žhavená LaB₆ katoda	autoemisní tryska
průměr hrotu	200 µm	20 µm	0,1 µm
provozní teplota	2859 K	1850 K	okolí
proud svazku	5x10^{-12 A}	8x10^{-11 A}	10^{-8 A}
průměr svazku	9 mm	5 mm	<1-2 nm/td>
požadované vakuum	10^{-5 mm Hg}	10^{-7 mm Hg}	10^{-10 mm Hg}
životnost	35 h	250 h	neomezená
Zpět

Desing by NebeNet