Энергетика. электронного микроскопа Техника для исследования структуры материи

Новая страничка в истории исследования структуры вещества началась с сотворения в 1930 г. электронного микроскопа. Впервые для прямого исследования не видимых глазом объектов были применены не световые волны. Подготовили же изобретение этого устройства открытия, сделанные физиками ещё в XIX в. Свет имеет волновую природу, и длина его волны ограничивает разрешающую способность микроскопов. Световая волна «не замечает» предметов, размеры которых меньше ее длины, потому узреть их не удаётся. В 1895 г. В. Рентген во время опытов с разрежёнными газами обнаружил некоторое излучение, возникающее в вакуумной трубке с 2-мя электродами (лучи шли от катода к аноду). Природа и свойства неизвестных лучей были неясны. В 1897 г. британский физик Дж. Томсон доказал, что катодные лучи представляют собой поток мелких заряженных частиц — электронов. Это открытие отдалило создание электронного микроскопа на несколько десятилетий: ведь если катодные лучи — поток частиц, то «осветить» ими объект и получить его изображение нельзя. Но в 1924 г. французский учёный Луи де Бройль (1892—1987) показал, что все частички имеют двоякую природу — ведут себя одновременно и как частички, и как волны. При всем этом существует закономерность: чем больше энергия частички, тем меньше длина её волны, а энергия частички тем больше, чем выше ее скорость. Следовательно, сильно разогнав электроны, можно получить волны в 100 тыс. раз короче световых и, означает, узреть в 100 тыс. раз более маленькие объекты, чем в световой микроскоп. Прототипом современного электронного микроскопа стал устройство, который создали в 1931 г. немецкие учёные М. Кнолль и Э. Руска. Он состоял из источника пучка электронов (раскалённого электрическим током катода), 2-ух магнитных линз, фокусирующих этот пучок, и экрана в фокусе 2-ой линзы. Первым получилось изображение самого катода — железной нити, испускающей электроны. Сейчас есть несколько разновидностей электронных микроскопов; все они позволяют созидать объекты размером в тысячные и миллионные доли миллиметра. Эти неописуемо малые величины измеряются в микронах, либо микрометрах (1 мкм =10" мм), и нанометрах (1 нм = 10" мм).

Микроскоп, изобретённый в 1673 г. голландским натуралистом Антони ван Левенгуком, сделал реальную революцию в науке. Благодаря этому устройству стало возможным исследование структур столь малых, что невооружённым глазом рассмотреть их нельзя. Первые микроскопы давали увеличение в сотни раз, позволяя узреть «конструкцию» древесины, металлов, строение живой клеточки. Позднее появились более сложные и совершенные приборы, однако принцип работы со времён Левенгука фактически не изменился. Хоть какой оптический микроскоп употребляет световые волны и состоит из трёх основных частей: объектива, окуляра и конденсора. Конденсор (от лат. condenso — «сгущаю», «уплотняю») концентрирует световой поток, и тот ярко освещает объект исследования. 1-ое увеличенное изображение создаётся объективом, а второе — окуляром (от лат. ocularis — «глазной»). Полное увеличение оптического микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра и добивается 3 тыс. раз. Узреть в таковой прибор можно частичку размером около 0,4 микрометра (0,0004 мм). Этот предел именуется разрешающей способностью; объекты меньшего размера световые волны «не замечают». Световой микроскоп дозволяет учить только поверхность непрозрачных веществ, а их внутреннее строение остаётся скрытым от глаз. В XX столетии были сделаны приборы, которые смогли «заглянуть» вовнутрь вещества. Рентгеновские лучи принесли сведения о том, как расположены в кристаллах атомы. Исследование спектров излучения (набор электромагнитных волн, испускаемых нагретым веществом) отдало возможность не только выяснить состав давно известных соединений, однако и открыть новейшие элементы. Когда выяснилось, что атом не есть «неделимая» (так переводится с греческого языка это слово) частица материи, начали строить новейшие физические приборы для исследования структуры атома — ускорители заряженных частиц. Сейчас научно-исследовательские лаборатории располагают разнообразной техникой для исследования параметров материи. Это осциллографы, которые служат для записи сложных электрических сигналов; генераторы, вырабатывающие импульсы либо непрерывные колебания разных частот, установки для химического анализа и почти все остальные сложные приборы. Написать здесь обо всей схожей технике нереально: одно лишь её перечисление займёт несколько страничек, а подробный рассказ о работе — вообщем целый том. Мы остановимся на научных приборах лишь 2-ух типов: во-первых, на электронных микроскопах, которые владеют рекордной разрешающей способностью, и, во-вторых, на ускорителях, позволивших насколько может быть «забраться» вглубь материи.