徕卡显微镜——电子显微镜的产生基础

徕卡显微镜的科研团队为了开发具有更高分辨能力的仪器，必须寻找更短波长6t照明物质以及能对它实现焦焦、控制的“透镜”。以电子光学为作用原理的电子显微镜就是这样一种仪器。所谓电子光学是指研究和利用电子流的偏转、聚焦和成象规律的一门学科。它的基础是下列三项发现；

（一）．J．J．Thomson（1872）证明了电子的存在；

（二）．L．deBroglie（1923）关于物质的微粒、波动二象性的推论‘

（三）.H.Busch（1926）发现了轴对称分布的电、磁场对带电粒子的透镜作用。

首先来讨论徕卡电子显微镜中的照明物质一—电子流。根据上述（一）（二）两项，我们可以把运动着的电子流看作一个电子波，它向电子运动的方向以匀速并随时间作正弦变化的方式前进。1927年D9v比on和Germer发现的电子衍射现象更确定无疑地用实验证实了电子的波动性，并进而测定验证了关系式，为了推算电子波长，我们假设质量为M、电荷为（一‘）的电子所具有的韧速为零。当其通过一个电势从o变到Yo的区域后，速度便变为?。因此电子的动量严和动能x分别为：zui后可以得出电子波长的表达式为：应该指出，对于高速运动的电子，其质量将随速度的增加而增加。例如加速电压yo＝lookV时，电子质量特发生5％的改变。为此必须考虑电子质量的相对论修正。修正后的公式为：式中电子波长A的单位为M，相对论修正电压vL的单位持）。下面举例表示电子波长与加速电压的关系

V0（KV） VR（KV） Α（NM）

50              52.5           0.0053

80             86.5            0.0042

100           110             0.0037

120           134             0.0033

160           185             0.0029

200           239             0.0025

300           388             0.0020

从表中的数量级可以看出，徕卡显微镜电子波的确是一种比光波短得多的可用照明物质。

电子显微镜的另一必要部件就是能将电子束聚焦的透镜一电子透镜。为了定性说明其工作原理，可以采用一个员简单的例子，即由螺旋线圈绕制成的长空心圆柱，也称长螺线管。当这种线圈中通有电流时，就会在其中心轴附近产生近似均匀的磁场。根据有手定则可知，这种磁场是在沿抽（Z）方向的。当高速运动的电子（一‘）进入此场区后，就会受到磁场的kren檀力（歹）作用。它正比于电子速度与磁场强度的叉乘值，即万＝一Mx万。进入磁场区的电子初速；。可分成二部分来讨论州＝入席l。平行于磁场方向的速度分星办即5z，它与磁场的作用力为零，所以电子沿轴方向的速度不会发生变化。垂直于磁场方向的速度分量5L受到的磁场作用力，既垂直于此韧速分量的方向，又垂直于磁场的方向，因此它是一种均匀的向心作用力。zui终的效果是电子在沿韧前进的同时，还绕中心轴作匀速圆周运动，其空间轨迹是一条螺旋线（见图1—2）。

徕卡显微镜可以证明由同一物点（产）发出的初速不同的电子，经一定距离后都将会聚在同一像点（Pf）。这就是磁透镜的雏型。应该强调指出的是碰透镜对高速运动的电子具有使其旋转并会聚（成像）的作用。团1—2均匀磁场中的电子轨迹（十一物6，夕一相应的傻点）。

电子显微镜中的电子透镜可以是静电式或（电）磁式的。为由多电极组成的静电透镜，对屏蔽及真空系统的要求较高，目前大多采用（电）磁透镜。只是根据不同部位处的不同要求透镜的设计和构造可有所不同。