На фото — очень редкий (на 1989г. было выпущено 56 штук) сканирующий электронный микроскоп производства компании TESLA, выставленный в техническом музее г. Брно. Сверхвысоковакуумная колонна, катод с холодной полевой эмиссией позволили достичь гарантированного разрешения в 5нм и увеличения 500000x.
Мне удалось заполучить в свой гараж точно такой же микроскоп, пролежавший с 1990 года в нераспакованном виде. Обзор и все подробности процесса распаковки — под катом.
Скорее всего, «виной» тому, что микроскоп сохранился до сих пор явилась сложная геополитическая ситуация 1989-1993 гг. Микроскоп отправили из Чехословакии в СССР (наверное поездом, судя по обильным следам вибрации), и почти что в пути обе страны закончили своё существование. В СССР/новой России было как-то не до науки, а в Чехословакии/Чехии — не до пусконаладочных работ, национальная компания TESLA в 1990 была реформирована.
После этого каким-то чудесным образом ящики с микроскопом простояли на просторах нашей Родины до 2018 года, прежде, чем попасть ко мне.
Привёз, разгрузил в гараж (в другой, не в тот, в котором JEOL и станки), сразу сделал фото.
Пульт управления:
Высоковакуумная колонна:
И ещё три деревянных ящика. Так выглядит самый большой из них с открытой крышкой:
В нём куча коробочек, подписанных по-чешски или просто пронумерованных:
Если сравнить с фото из начала статьи, то видно, что пульт управления очень похож, колонна тоже похожа, но некоторых деталей не хватает, соединительных проводов вообще нет.
Ненадолго отвлечёмся от распаковки, чтобы иметь представление, что же это за штуковина.
Технические характеристики
На сайте radiohistoria.sk нашлась отсканированная бумажка с подробным перечислением технических характеристик микроскопа. Вкратце:
- Диаметр сканирующего пятна — 25 Å (2.5 нм). Диапазон увеличений — 100x — 500 000x.
- Вес колонны 250кг, пульта управления 200кг.
- Микроскоп комплектуется двумя насосами типа «Орбитрон» (про них сниму отдельное видео и/или напишу статью) и одним ионным насосом для достижения сверхвысокого вакуума в области пушки.
- Для предварительной откачки используется криосорбционный насос.
- Автоэмиссионный катод
Все сложности со сверхвысоким вакуумом нужны именно из-за применения автоэмиссионного катода.
В чём же его преимущества?
Общаясь с представителями современной индустрии микроскопостроения я задавал всем этот вопрос, и ответ на него звучал примерно так: «он гораздо лучше, но намного дороже».
Попробовал разобраться в теме чуть по-глубже, и оказалось, что всё достаточно очевидно.
Полевая эмиссия
В чём-то полевой катод и термоэмиссионный можно сравнить, как лазер с лампочкой накаливания.
В сканирующем электронном микроскопе изображение формируется путём воздействие пучка электронов на образец точка-за-точкой, сканированием. Чем тоньше пятно этого луча, тем более высокое разрешение можно достичь. А чем ярче это пятно, тем больше соотношение сигнал/шум, и тем быстрее можно получить качественное изображение.
Поэтому основная задача — «уменьшить» размер электронного луча до как можно более тонкого, но при этом не растеряв его энергию. Это делается с помощью системы электромагнитных линз (те самые один или два конденсора, объективная линза).
Размер источника излучения полевого катода составляет около 100нм (по другим данным вообще около 5нм виртуальный размер), термоэмиссионного катода — 30 000 нм. Понятно, что в случае с термоэмиссионным катодом нам нужно уменьшить его в тысячи раз, а полевой — в десятки.
Ещё одним преимуществом полевого катода является высокая монохроматичность излучения, т.е. меньший разброс энергий излучаемого пучка электронов. Это важно потому, что электроны с разными энергиями отклоняются линзами по-разному (хроматические аберрации, по аналогии с оптическими системами).
Здорово? Да, но есть и недостатки. Во-первых, для автоэмиссии обязательно нужен сверхвысокий вакуум, чем глубже — тем лучше. Иначе катод будет работать нестабильно или вообще не будет работать. Во-вторых, и самое главное, самостоятельно такой катод не сделать. Это кристалл вольфрама со специальной ориентацией (310), в форме иглы.
Что произошло в этой колонне за 30 лет, есть ли там какой-никакой вакуум (врядли), и сможем ли мы её когда-либо запустить — вопросы открытые. Но попытаться очень хочется!
Распаковка и обзор
В продолжение истории предлагаю посмотреть видео
Стараюсь документировать все действия с ним, всё-таки достаточно уникальный экземпляр.
P.S.
Для другого интересного проекта нужен небольшой лиофилизатор или хотя бы роторный испаритель. Быть может у кого есть старый/ненужный? Напишите пожалуйста на aleksey@reactos.org или в личные сообщения здесь. Спасибо!
Источник
