Optische Abbildungen mit Elektronen
Grundlagen:
Durchfliegen Elekktronen ein magnetisches Feld wirkt auf sie die Lorentzkraft.
Sie steht senkrecht auf der Bewegungsrichtung der Elektronen und den
magnetischen Feldlinien. Es gilt die "Linke-Hand-Regel".
| Überlegung 1: Schraubenbahnen Ein Elektron starte von einem Punkt im homogenen magnetischen Feld eines Helmholtz-Spulenpaares. Konstruieren Sie für mehrere Startwinkel die dabei entstehende Bahn . Überlegen sie für die entstehende Schraubenbahn, wovon der Abstand zwischen dem Startpunkt und dem Wiederauftreffen auf der Mittelachse abhängt. |
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| Überlegung 2: Sammellinse für Elektronen Ein Elektron starte von einem Punkt im inhomogenen magnetischen Feld einer kurzen Spule. Konstruieren Sie für mehrere Startwinkel die dabei entstehende Bahn. Überlegen Sie, ob das Elektron wieder zur Mittelachse zurückkehren wird. |
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| Überlegung 3: Bildentstehung Alle von einem Punkt ausgehenden Elektronen treffen sich in einem Punkt auf der anderen Seite der Spule. Dadurch entsteht ein Bild der Elektronenquelle, das je nach Stärke des Magnetfeldes und Abstand von der Spule auch vergrößert sein kann. Informieren Sie sich über die Bildkonstruktion bei einer Sammellinse. Vollziehen Sie die zwei möglichen Konstruktionen (Gegenstand vor oder hinter dem Brennpunkt) nach. |
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| Prinzip 1: Rasterelektronenmikroskop Eine Spule bündelt ein von einer kleinen Quelle ausgehendes Elektronenbündel auf einen kleinen Punkt auf einer Probe. Über zwei Paare von Ablenkelektroden kann dieser Punkt über die Probe geführt werden, so dass er auf jeden beliebigen Punkt trifft. Die auftreffenden Elektronen erzeugen zum Einen Röntgenstrahlen und zum Anderen schlagen sie weitere Elektronen aus der Probe heraus (Sekundärelektronen). Über Detektoren sammelt man nun für jeden Punkt der Probe nacheinander Informationen, die in einem Computer gesammelt und zu einem Bild verarbeitet werden. Es entstehen scharfe dreidimensional wirkende Bilder des Objektes. Es sind sehr hohe Auflösungen mit erstaunlichen Bildqualitäten möglich. |
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| Prinzip 2: Transmissionsmikroskop Die von einer kleinen Quelle ausgehenden Elektronen werden über eine Kondensorspule möglichst gleichmäßig auf dem Objekt gebündelt. Hinter dem Objekt befinden sich vergleichbar mit dem Lichtmikroskop zwei Abbildungsspulen, die ein vergrößertes Bild erzeugen. Beim Elektronenmikroskop kann wegen der kleinen Wellenlängen der Elektronen noch ein Beugungsbild erzeugt werden, das Informationen über die molekulare und atomare Struktur des Objektes liefert. Mit diesem Verfahren werden u.a. Kristalle auf ihre Zusammensetzung untersucht. Die Kristalle können auch aus komplexen Molekülen wie der DNA bestehen. |
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