Техника - молодёжи 1983-10, страница 64
ЭЛЕКТРОН В РОЛИ ИССЛЕДОВАТЕЛЯ К 4-й стр. обложки МАРК ХАЦЕРНОВ, кандидат физико-математических наук «Глядя на мир, нельзя не удивляться», — сказал Козьма Прутков, и он, безусловно, прав: познавая окружающий нас мир, мы не перестаем поражаться его великому разнообразию. Сегодня в этом познании нам помогают современные приборы, среди которых электронный микроскоп занимает особое место. Он стал необходимым инструментом в исследовательской практике металлурга и медика, химика и биолога, археолога и физика, геолога и криминалиста. Современный электронный микроскоп — это целая физико-химическая лаборатория с широким диапазоном решаемых задач и обширным кругом исследуемых материалов. С его помощью можно не только разглядеть мельчайшие внешние детали объекта (прибор увеличивает их в сотнй тысяч раз), но и выявить особенности его внутреннего строения, определить его кристаллическую структуру и химический состав. Как же работает электронный микроскоп? Каждый электрон, как известно, это не только мельчайшая заряженная частица, но и порция (квант) коротковолнового электромагнитного излучения. Именно малой длиной волны и объясняется высокая разрешающая способность электронного микроскопа (расстояние между наиболее близко расположенными точками объекта, которые различаются, называется разрешением прибора), а следовательно, возможность достижения более высоких увеличений. Благодаря тому, что электроны имеют электрический заряд, их пучки можно фокусировать с помощью электростатических или электромагнитных линз. По аналогии со световой оптикой на основе таких линз формируется электронная оптика. Если в световом микроскопе основным условием получения изображения является различие во взаимодействии света с образцом и окружающей средой или с разными участками одного и того же образца, то в электронном его формирование обусловлено различными взаимодействиями с образцом множества одновременно падающих на него первичных электронов. У каждого из них это происходит каким-то одним способом, ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПЕРВИЧНОГО ЭЛЕКТРОНА С АТОМОМ ОБРАЗЦА При бомбардировке образца электрон может просто пролететь сквозь сильно разреженную электронную оболочку атома и под действием электростатического поля ядра отклониться от первоначальной траектории, а затем покинуть пределы атома без потери энергии. Такое упругое рассеяние электронов происходит во все стороны; например, в направлении первичного пучна (проходящие электроны) и в противоположном ему направлении (отраженные электроны). Если же первичный электрон попадает в один из элентронов атома образца, то, разлетаясь, как шары в бильярде, они оба покинут пределы атома. Выбитый с одной из оболочек атома электрон называется вторичным, или фотоэлектроном. Ионизированный в результате этого атом, получив избыток энергии,, переходит в неустойчивое возбужденное состояние, первичный же электрон теряет часть энергии, его называют неупруго рассеянным. Возбужденный атом практически мгновенно возвращается в обычное устойчивое состояние, так как место выбитого электрона занимает другой. Но поскольку он с более высокой энергией, то ее избыток испускается в виде кванта рентгеновского излучения. Энергия кванта, а соответственно и длина волны, специфичны для каждого химического элемента. Определив один из этих параметров излучения, можно установить, каким элементом оно испускается. Однако возникший . при электронном переходе рентгеновский нвант не всегда покидает пределы атома. Встретив на своем пути электрон на внешней оболочне, он может отдать ему свою энергию и . оторвать его от атома. По имени первооткрывателя этого эффекта, французского ученого П. Оже, он назван оже-электрон-ной эмиссией. Каи и в случае рентгеновского излучения, энергия оже-электрона также является .характерной для каждого испускающего его элемента. Бомбардировка элентрона-ми некоторых полупроводниковых и диэлектрических материалов сопровождается их свечением в местах попадания электронного пучка — катодолюминесценцией. Буквами и цифрами обозначены: А — траектория падающего электрона (1), Б — столкновение падающего электрона (1) с электроном (2) атома и выбивание его за пределы атома, В — внутриатомный переход электрона (3) и испускание рентгеновского кванта (4), Г — выбивание рентгеновским квантом (4) оже-электрона (5). но благодаря огромному числу электронов мы можем в любой момент зарегистрировать любой из возможных эффектов такого взаимодействия. Глубина проникновения первичного пучка в образец очень мала и зависит в основном от энергии электронов. В пределах этой глубины они рассеиваются хаотически, образуя каплевидную зону рассеивания. Во всей этой зоне возникают различные эффекты взаимодействия электронов с образцом, но основная часть возникших при этом электронов и фотонов оказывается поглощенной в нем. Поэтому уловить их можно с глубины, характерной для каждого способа взаимодействия. Если толщина образца меньше предельной глубины проникновения электронного пучка, то первичные электроны пройдут сквозь него СХЕМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЕРВИЧНОГО ПУЧК>Г ЭЛЕКТРОНА С МАТЕРИАЛОМ ОБРАЗЦА Падающие на образец электроны рассеиваются в материале, образуя каплевидную зону рассеяния. Во всей этой зоне возникают все эффекты взаимодействия электронов с образцом, но основная доля продуктов этих взаимодействий оказывается поглощенной в нем. Сильнее всего поглощаются низкоэнергетические оже-электроны, поэтому покинуть пределы образца они могут из самого приповерхностного слоя. Обладающие большей энергией вторичные электроны достигают поверхности из более толстого слоя. Еще с большей глубины регистрируются упруго рассеянные (отраженные) первичные электроны, и, наконец, из всего объема «капли» (около 1 мм3) выходят рентгеновские лучи. вторичны** электрон отРлмггтш О эштюн рёнтгено-ш кое излучение 1/UKM 60 |
