Das Elektronenmikroskop
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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