Колонна микроскопа состоит из:

источника электронов (11);

вакуумопровада (4), (8);

анодного узла (15,17,18);

линзы электронной (19);

камеры образцов (3).

Вакуумная герметичность соединений корпусов обеспечивается резиновыми уплотнителями (5,12,14).

Источник электронов (11) может перемещаться по отношению к аноду (15) в горизонтальной плоскости в пределах 1,5 мм при помощи винтов без нарушения вакуума в колоне.

Расстояние между анодом и управляющим электродом регулируется в пределах 0,53 мм перемещением анода (15) по оси Z в разгерметизированной колонне при помощи резьбового соединения гайки (18) и анода (15).

В анодный узел входит люминесцентный экран (17) с отверстием диаметром 2 мм, выполняющим роль ограничивающей диафрагмы

Экран (17) служит для визуального контроля через окно (13) юстировки источника электронов.

Вакуумопровод (4) и (8) служит для откачки внутреннего объёма источника электронов, и конструктивно он состоит из 2-х частей. Верхний (8) подсоединяется к источнику электронов, нижний (4) к камере (3).Герметичность вакуумных соединений обеспечивается резиновыми уплотнителями (2,7,10) при помощи гайки (9) и винта (1).В конструкцию верхнего вакуумопровода (8) входит: два сильфоны, распорный винт, гайку (6).

Силофоны и распорный винт между ними образуют вакуумный компенсатор. При наличии вакуума внутри объема колонны, силы атмосферы стремятся сжать нижний сильфон, одновременно силы атмосферы сжимают также верхний сильфон. Ввиду того, что сильфоны связаны между собой распорным винтом равнодействующая сила оказывается равной нулю.

1.3.3 Источник электронов (рисунок 1.10)

Основной частью источника является катодный узел (5,6,7,8,9,10,11)

Катодный узел состоит из:

Управляющего электрода (8);

Катода (9);

Держателей катода (7);

Держателей управляющего электрода (6);

Катодом служит вольфрамовая нить ø 0,1 мм (9), приваренная к держателям (7). Управляющий электрод (8) имеет возможность перемещаться относительно катода.

1.3.4 Электронная линза

Конструктивно электронная линза (рисунок 1.11) выполнена в виде блока линз с общим наружным магнитопроводом.

Конденсорная линза работает со вставным полюсным наконечником (S=2 мм, D=4 мм). Объективная линза снабжается вставным полюсным наконечником только при работе в режиме вторичных электронов.

При работе в режиме поглощенных электронов образец вводится в середину немагнитного зазора объектива, поэтому внутренний накал имеет большой диаметр (S=12 мм, D=30 мм). Объективная линза снабжена стигматором (3).

Для развертки электронного зонда в телевизионный растр в канале объективной линзы установлена отклоняющая система (2). Конструктивно стигматор и отклоняющая система выполнены в виде цельного блочка, который крепится на вставном полюсном наконечнике конденсорной линзы.

В средней плоскости немагнитного зазора объективной линзы установлена апертурная диафрагма, которая может меняться и юстироваться под пучком без нарушения вакуума в колонне с помощью наружного механизма. Конструктивно набор апертурных диафрагм выполнена одной тонкой пластинке (10).

Размеры диафрагм следующие: 0,2;0,3:0,4 мм.

1.3.5 Наконечник полюсный с катушками (рисунок 1.12)

Конструктивно полюсный наконечник конденсорной линзы соединен блочком стигматор (3) – отклоняющая система (2) с помощью резьбового соединения. В канале полюсного наконечник установлены две ограничивающие диафрагмы

Первая ограничивающая диафрагма (5) размером 0,5мм размещена сверху, вторая ограничивающая диафрагма (4) размером 0,8 мм размещена снизу.

В нижнем торце каркаса отклоняющей системы установлена 3-я ограничивающая диафрагма (1) размером 0,5 мм.

Во внутреннем канале блочка стигматор – отклоняющая система установлен экран из материала с высоким удельным сопротивлением.

1.3.6 Камера объектов

Камера объектов (рисунок 1.13) состоит из следующих узлов:

- корпуса 12;

- столика для перемещения объекта (10);

- юстировочного устройства (19), (15);

- камеры шлюзования (14);

- сцинтилляционного коллектора (6,7,8,9);

- предварительного видеоусилителя (3).

Столик (10) предназначен для установки одного из объектодержателей (11) (рисунок 1.14,1.15) и перемещения его совместно с объектом. При помощи имеющихся механизмов объект может получить следующие движения:

перемещение вдоль осей X и Y на 5 мм при Z=0-40 мм, мм при Z более 40 мм

подъём вдоль оси Z на 50 мм

наклон относительно оси Z на +24..0..-10.

Камера шлюзования включает в себя: шток для захвата объекта и введение его в объектодержатель, заслонку для отсекания камеры шлюзования от колонны прибора, клапан для включения камеры шлюзования в форвакуумную линию.

Сцинтилляционный коллектор служит приёмником вторичных и отраженных электронов. Он установлен постоянно на левой стенке корпуса камеры в верхней части. Конструктивно он состоит из двух частей: вакуумной и не вакуумной

В вакуумном объёме камеры находится: вытягивающий электрод (сетка) (9),ускоряющий электрод (6), сцинтиллятор (8) и светопровод (7).

Вне вакуума находится фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) с делителем питания, который конструктивно входит в видеоуситель предварительный (3).

Блок предварительного видеоусителя (рисунок 1.16) крепится слева на задней скошенной стенке камеры объектов. В конструкцию блока входит фотоэлектронный умножитель ФЭУ – 68.

1.3.7 Состав электропитания

Электропитающее устройство включает:

- Щит распределительный

- Пульт управления

- Блок вакуумной блокировки

- Индикатор вакуума

- Блок питания пушки

- Стабилизатор (питания линз)

- Блок питания

- Стабилизатор (питания стигматоров)

- Стабилизатор напряжения С-0,5

Электропитающее устройство обеспечивает необходимые токи и напряжения для питания всех узлов прибора от сети переменного трёхфазного тока с фазным напряжением 220 В (линейное напряжение 380 В) частотой 50 Гц.

Блоки электропитания в основном функционально независимы. Исключение составляют щит распределительный, пульт управления и блок вакуумной блокировки, которые образуют каналы: Канал питания переменным напряжением 220 В, канал. Передние панели выдвижных блоков в совокупности образуют лицевую панель прибора. Расположение блоков в стенде прибора приведено на рисунке 1.17.

1.3.8 Контрольно-измерительные приборы

Для контроля работы блоков электропитания, проведения измерений, а также для выявления неисправностей используются приборы:

миллиамперметр М4200, 500мА;

миллиамперметр М4200, 5мА;

миллиамперметр Ц4200, 300мА;

вольтметр М4200, 75В;

комбинированный прибор Ц4341

Миллиамперметр М4200, 500мА используется для измерения тока линз. Миллиамперметр 4200, 5мА используется для измерения тока нагрузки высоковольтного выпрямителя стабилизатора ускоряющего напряжения. Миллиамперметр Ц4200,300мА используется для контроля тока накала катода источника электронов путём измерения тока первичной обмотки трансформатора накала. Вольтметр М4200,75В используется для контроля выходного напряжения источника напряжения ±50В блока питания.

1.3.9 Прибор индикатора вакуума

В качестве измерителя используется микроамперметр М24-18, напряжение полного отклонения 8,2мв, внутреннее сопротивление не более 60 Ом, класс точности 2,5. Внутри прибора имеется добавочный резистор для увеличения напряжения полного отклонения до 10мВ.

Прибор совместно со схемой позволяет контролировать ток накала ПМГ-2 и ток эмиссии ПМИ-2.

1.3.10 Видеоконтрольное устройство

Видеоконтрольное устройство (ВКУ) предназначено для формирования и воспроизведения телевизионного изображения исследуемой поверхности на экране электроннолучевой трубки (кинескопа), ВКУ выполнено на базе прикладной телевизионной установки ПТУ–29 – 1 – 2 с контурными измерениями для растрового микроскопа.

В состав ВКУ входят следующие узлы и блоки:

а) блок комбинированный;

б) блок видеконрольного устройства ВК – 23;

в) видеоусилитель предварительный;

г) блок регулировки усиления;

д) приспособлен для фотографирования.

1.3.11 Блок комбинированный

Блок комбинированный предназначен для усиления и формирования телевизионного сигнала. Он изготавливается на базе телевизионной камеры КТП – 39 от установки ПТУ 29 – 1 – 2 .

В состав блока входят следующие узлы:

а) видеоуситель УВ – 66;

б) синхрогенератор БГС – 20;

в) генератор строчной развертки ГР – 42;

г) генератор кадровой развертки ГР – 43;

д) блок фильтров БФ – 2;

е) трансформатор;

ж) узел автоматической регулировки режима АРР – 1.

Видеосигнал с предварительного видеоусилителя поступает на видеоусилитель УВ – 66, где усиливается до величины 11,5 в и формируется: в него замешиваются импульсы синхронизации разверток приёмного устройства и импульсы гашения луча приёмной трубки.

Синхрогенератор БГС – 20 вырабатывает все необходимые для нормальной работы ВКУ сигналы синхронизации, гашения и импульсы привязки.

Формирование пилообразного тока в строчных и кадровых отклоняющих катушках колонны осуществляется генераторами ГР – 42 и ГР – 43. Запуск этих генераторов производится синхроимпульсами, поступающими от синхрогенератора.

1.3.12 Блок видеоконтрольного устройства ВК – 23

Видеоконтрольное устройство ВК – 23 предназначено для воспроизведения телевизионного изображения поверхности исследуемого объекта на экране электроннолучевой трубки (кинескопа).

В состав ВК –23 входит:

а) кинескоп 23ЛК13Б с отклоняющей системой;

б) генератор срочной развертки ГР – 39;

в) генератор кадровой развертки ГР – 38;

г) видеоусилитель УВ – 68;

д) блок питания БП – 48.

1.3.13 Приспособление для фотографирования

Приспособление для фотографирования (рисунок 1.18) (фотоприставка) предназначена для визуального наблюдения и фотографирования изображения с экрана кинескопа .

Фотоприставка имеет форму усечённой пирамиды. На плоскости меньшего сечения имеется круглое отверстие, через которое производится фотографирование изображения.

Отверстие уплотняется светозащитным рукавом.

На плоскости меньшего сечения имеется кронштейн, на котором устанавливается фотоаппарат типа «Зенит-Е».

На боковых гранях пирамиды имеются два прямоугольных окна для визуального наблюдения изображения на экране кинескопа.

2. Экспериментальная часть

2.1 Вакуумная система

Вакуумная система предназначена для получения и поддержания в процессе работы рабочего давления 6,66·10Па (5·10 мм рт.ст.) в колонне микроскопа.

Время откачки герметичной колонны от атмосферного давления до рабочего давления 1,33·10 Па (1·10 мм рт.ст.) не превышает 5 мин.

Кроме того, вакуумная система позволяет шлюзовать объект и работать с колонной с выключенным форвакуумным насосом в течение 20 мин.

Вакуумная система (рисунок 2.1) состоит из следующих основных узлов: вакуумного распределителя (1), диффузионного паромасляного насоса В-1С-2(3), высоковакуумной ловушки (2), форбаллона и вакуумо-проводов, которые на рисунке не указаны.

2.1.1 Вакуумный распределитель

Распределитель служит для коммутации магистралей предварительного и высокого вакуума. Распределитель показан на рисунке 2.2. В корпусе 13 размещены:

- канал1, служащий для откачки рабочего объёма на предварительный вакуум;

- каналы 21и29-для откачки форбаллона форвакуумным насосом;

- канал9- для напуска воздуха в колонну;

- канал 34- для откачки колонны дифнасосом.

Распределительный диск 24 с расположенными в нём отверстиями служит для коммутации рабочего объёма и буферного баллона с механическим насосом, а также для напуска воздуха в колонну.

2.1.2 Высоковакуумная ловушка

Высоковакуумная ловушка (рисунок 2.3) служит для улавливания паров масел и устанавливается между вакуумным распределителем и дифнасосом. Она состоит из двух частей; ловушки водяной и ловушки азотной.

2.2 Форвакуумный насос

2.2.1 Принцип действия

Первым насосом такого типа был созданный в 1912 г. пластинчато-роторньтй насос, схема которого показана на рисунке 2.4. В цилиндрической камере 1 насоса вращается в направлении, указав стрелкой, эксцентрично расположенный ротор 2, в прорези которого свободно вставлены пластины З с пружиной 4. При вращении ротора пластины скользят по внутренней поверхности цилиндра, и в камере насоса образуются две полости переменного объема: I (полость всасывания) и II (полость сжатия). Полость всасывания I при вращении ротора увеличивает свой объем, и в нее по ступает газ из впускного патрубка 5, связанного с откачиваемым объемом. Объем полости сжатия II, расположенный на выпускной стороне, уменьшается при вращении ротора, и в ней происходит сжатиё газа. Эта полость соединена с клапаном 6. Когда давление газа в полости II станет достаточным для открытия клапана, произойдет выхлоп. Выхлопной клапан находится под уровнем масла, что препятствует попаданию атмосферного воздуха в насос. В процессе работы зазоры в роторном механизме уплотняются рабочей жидкостью насоса — маслом, благодаря чему обратное перетекание газа с выхода на вход становится ничтожно малым. Масло заполняет и так называемые вредные пространства, из которых газ вытесняется при работе роторного механизма (например, объем под клапаном), и исключает их влияние, ведущее к повышению остаточного давления. Одновременно масло обеспечивает смазку и частичное охлаждение механизма насоса. Масло поступает в камеру насоса через зазоры и сверления в корпусе из маслорезервуара, где оно находится под атмосферным давлением, а через выхлопной клапан вновь возвращается в маслорезервуар.

Рисунок 2.4 - схема пластинчато-роторного насоса

2.2.2 Параметры и характеристики

Остаточное давление и некоторые другие параметры механических насосов с масляным уплотнением в значительной мере определяются свойствами рабочей жидкости (залитого в насос масла). Как газы, так и конденсирующиеся пары, создающие обратный поток, попадают на вход насоса из циркулирующего в нем масла. Перед поступлением в камеру насоса масло некоторое время находится в маслорезервуаре, где подвергается воздействию атмосферного воздуха и поглощает газы. При поступлении масла в рабочую камеру поглощенные ранее газы выделяются из пленки масла и поступают на вход насоса.

У одноступенчатых насосов с масляным уплотнением давление остаточных газов составляет обычно (2,7—6,6)×10 Па [(2 - 5)·10 мм рт. ст.], а полное остаточное давление (2—6,6) Па [(1,5 – 5)·10 мм рт. ст.1.

У насосов с масляным уплотнением давление остаточных газов в основном определяется качеством изготовления.

Остаточное давление насосов измеряют с помощью манометра, присоединенного к заглушке (или к камере небольшого объема) на впускном патрубке насоса. При измерении давления остаточных газов манометр обычно защищают ловушкой, охлаждаемой жидким азотом.

Полное остаточное давление насоса зависит от состава (наличия летучих фракций) и состояния (в первую очередь — от температуры) рабочей жидкости. При повышении температуры масла наблюдается повышение как полного остаточного давления насоса, так и давления остаточных газов.

После запуска холодного насоса установившаяся температура масла (50—70° С) достигается через 2—З ч в зависимости от размеров насоса.

Быстрота действия S насосов с масляным уплотнением определяется их конструкцией. Различают геометрическую быстроту действия S и истинную быстроту действия S или просто быстроту действия насоса.

Геометрическая быстрота действия S может быть представлена как произведение объема V рабочей камеры насоса в момент «конец всасывания» на число оборотов вала в единицу времени:

где n — скорость вращения, об/мин.

В пластинчато-роторных насосах рабочая камера состоит из ряда ячеек объемом V, образуемых между соседними пластинами, причем число ячеек равно числу пластин z,

Истинная быстрота действия Sвсегда меньше этой величины из-за ограниченной проводимости входных коммуникаций в насосе между отверстием входного патрубка и камерой, а также за счет обратного потока газов. Эта разница становится особенно заметной при приближении к остаточному давлению. Отношение называемое объемным к.п.д. насоса, составляет обычно 0,75—0,85 при давлениях Па (1 мм рт. ст.) и уменьшается до нуля при P

В связи с отсутствием заметного перетекания газа с выхода на вход в рабочей камере быстрота действия насосов с масляным уплотнением практически не зависит от рода откачиваемого газа, так как разница в величине проводимости входных коммуникаций по разным газам очень мало сказывается на быстроте действия насоса.

При неизменной проводимости входных коммуникаций быстрота действия любого насоса при произвольном впускном давлении р определяется уравнением

где P — остаточное давление;

S— быстрота действия насоса при впускном давлении

В насосах с масляным уплотнением при впускных давлениях ниже 10² - 10 Па (~ 1—0,1 мм рт. ст.) проводимость входных коммуникаций заметно уменьшается, в то же время уравнение (3), учитывающее влияние на быстроту действия только обратного потока, не учитывает уменьшения проводимости входных коммуникаций; поэтому применительно к этим насосам уравнение (3) в области низких давлений может использоваться только для грубых оценок быстроты действия.

Для точных расчетов, связанных с использованием значений быстроты действия в области низких давлений, не обходимо пользоваться экспериментальными зависимостями быстроты действия от впускного давления.

Для насосов с масляным уплотнением такие измерения проводят в области давлений от ~10³ Па (несколько мм рт. ст.) до p. Обычно считают, что при высоких давлениях (p ≈ 10³ Па) быстрота действия насоса постоянна.

Мощность, потребляемая насосами с масляным уплотнением, затрачивается на преодоление трения в механизме насоса (мощность трения или мощность потерь) и на процесс перемещения и сжатия газа (индикаторная мощность.)

2.3 Диффузионный насос

Диффузионные насосы предназначены для работы в области высокого и сверх-высокого вакуума, т. е. при давлениях ниже 10 Па (10 мм рт. ст.).

Отличительной особенностью характеристики диффузионных насосов является постоянство быстро ты действия в рабочем диапазоне давлений, обусловленное сохранением молекулярного режима течения газа в районе первого сопла.

Конструкции паромасляных диффузионных насосов имеют ряд особенностей, обусловленных недостатками масел, используемых в качестве рабочих жидкостей. Это прежде всего устройства, обеспечивающие фракционирование (т. е. разделение на фракции) неоднородных масел, причем тяжелые фракции (с низким давлением насыщенного пара) направляются в сопло первой (высоковакуумной) ступени, чем обеспечивается низкое остаточное давление и высокое быстродействие насоса в целом, а легкие фракции (с высоким давлением насыщенного пара) направляются в сопло последней ступени, обеспечивая высокое выпускное давление. Насосы с таким устройством называются фракционирующими или разгоночными. На рисунке 2.5,а показано устройство металлического высоковакуумного разгоночного диффузионного насоса Н-5Т. Сварной корпус 1 насоса выполнен из мало углеродистой стали с наваренной на него рубашкой водяного охлаждения, паропровод 2 с двумя зонтичными соплами изготовлен из алюминия; последней выходной ступенью является эжектор З.

Рисунок 2.5 - Паромасляный насос Н-5Т (а) и устройство и действие лабиринтных колец для фракционирования масла (б): 1- корпус; 2 — паропровод; З — эжекторная ступень; 4 — ловушка для паров масла; 5 — электронагреватель; 6 — лабиринтные кольца.

Фракционирование масла, стекающего в кипятильник с периферии по стенке корпуса, осуществляется с помощью лабиринтных колец, удлиняющих путь масла (рисунок 2.5,б) до поступления в центральную зону кипятильника, откуда питается паром высоковакуумное сопло, так что легкие фракции масла успевают испариться на периферии кипятильника, откуда они поступают во второе зонтичное и эжекторное сопла насоса.

Остаточное давление пароструйного насоса в значительной мере определяется степенью фракционирования масла и содержанием газов в масле, стекающем в кипятильник, так как чем лучше обезгажено масло, тем меньше газов заносится паровой струей на впуск насоса. Лабиринтные кольца, показанные на рисунке 2.5, не прилегают плотно к днищу кипятильника, в связи с чем не обеспечивают достаточного фракционирования масла.

Проведенное рассмотрение показывает, что характеристики паромасляных насосов (диффузионных и бустерных) определяются как конструкцией насоса, так и родом рабочей жидкости.

Основные характеристики пароструйных насосов существенно зависят от молекулярной массы откачиваемого газа, что связано с большей противодиффузией легких газов (водород, гелий) через паровую струю по сравнению с тяжелыми (аргон, азот, кислород).

Теоретическая быстрота действия S паровой струи при молекулярном режиме течения газа определяется как произведение величины площади А (м²) кольцевого зазора между корпусом и кромкой верхнего сопла на величину объема газа, падающего на единицу площади (при данном впускном давлении):

где Т — температура газа, К;

М — молекулярная масса газа, т. е. S также зависит от молекулярной массы газа.

Истинная быстрота действия насоса S за счет отражения части молекул газа от струи и противодиффузии газа меньше теоретического значения S; отношение  называемое вакуум-фактором  (или коэффициентом Хо) насоса (или струи), составляет обычно для воздуха величину 0,3—0,5 и также зависит от рода газа.

Так же как и для других насосов, влияние газовыделения может быть учтено членом  и быстрота действия диффузионного насоса в рабочей области давлений может быть представлена в виде

где Т - температура газа, К;

М - молекулярная масса газа;

А — площадь кольцевого зазора между корпусом насоса и кромкой верхнего сопла, м²

Состав остаточных газов паромасляного диффузвонного насоса (без ловушки) представляет собой широкий набор углеводородных соединений с массовыми числами до 250. На рисунке 2.6 показан участок спектра масс остаточных газов такого насоса до М/е = 80. С помощью эффективных ловушек из состава остаточных газов могут быть исключены практически все углеводородные соединения.

Рисунок 2.6. Участок спектра масс остаточных газов металлического фракционирующего насоса с водоохлаждаемой шевронной ловушкой; рабочая жидкость — полифенилметилсилоксан.

2.4 Термопарные манометры

На рисунке 2.7 схематически изображена конструкция термопарного манометра. Манометрическая лампа ЛМ представляет собой стеклянный или металлический корпус, в котором на двух вводах смонтирован платиновый или никелевый подогреватель 3, на двух других вводах крепится термопара 4, изготовленная из хромель-копеля или хромель-алюмеля.

Термопара и подогреватель сварены через перемычку П. Подогреватель нагревается током, который можно регулировать реостат 5 и измерять миллиамперметром 1. Спай термопары, нагреваемый подогревателем, является источником термо - э. д. с., значение которой показывает милливольтметр 2.

Пока давление в вакуумной системе равно атмосферному, стрелка миллиамперметра при заданном для данной манометрической лампы токе накала I стоит вблизи нуля. При понижении давления в системе стрелка начинает перемещаться в сторону увеличения термо-э. д. с. так как с уменьшением давления уменьшается теплопроводность газа и, следовательно, повышается температура перемычки. Точность измерения давления термопарным манометром существенно зависит от правильного подбора тока накала подогревателя. Ток накала подогревателя можно опредёлить до вскрытия новой лампы (в случае стеклянного корпуса) или при откачке манометра до давления  (1·10 мм рт. ст.).

При этих давлениях теплоотвод по газу от подогревателя пренебрежимо мал и вся подводимая мощность расходуется на излучение (около 63%) и теплоотвод по вводам (около 37%). Ток подогревателя подбирают таким образом, чтобы стрелка милливольтметра точно совпадала с последним делением шкалы; при этом показания миллиамперметра (шкала «ток накала») будут соответствовать рабочему току подогревателя.

Рисунок 2.7 - Термопарный манометр и упрощенная схема измерительного блока. ЛМ — монометрическаа лампа; 1 — миллиамперметр; 2 — милливольтметр; З — подогреватель; 4 — термопара; 5 — реостат; 17 — общая точка подогревателя и термопары.

2.5 Ионизационные манометры

Электронные ионизационные манометры предназначены для измерения давления в диапазоне (~ мм рт. ст.).

Конструкция электронного ионизационного манометра представлена на рисунке 2.8. В стеклянном баллоне 1 смонтирована трехэлектродная система, состоящая из коллектора ионов 2, анодной сетки З и прямонакального катода 4.

На анодную сетку подается положительный относительно катода потенциал, а на цилиндрический коллектор ионов — отрицательный.

Вольфрамовый катод манометра при нагреве испускаёт электроны, которые под действием ускоряющего электрического поля устремляются по направлению к сетке, создавая в ее цепи электронный ток. Отметим, что ввиду большого шага сетки значительная часть их пролетает между ее нитками в пространство между сеткой и коллектором ионов, где в основном и происходит ионизация газа электронами. При своем движении в этом пространстве электроны находятся в тормозящем поле. В точке пространства с нулевым потенциалом электроны останавливаются и начинают движение в противоположном направлении— к положительно заряженной анодной сетке. В результате вокруг анодной сетки непрерывно колеблются электроны, причем прежде чем попасть на сетку, электроны совершают в среднем до пяти колебаний. Эти колебания играют положительную роль, так как благодаря им электроны пролетают больший путь и, следовательно, повышается вероятность столкновения их с молекулами газа и ионизации последних, что приводит к увеличению ионного тока.

Рисунок 2.8 - Конструкция электронного ионизационного манометра. 1 – стеклянный баллон; 2 – коллектор ионов; 3 - сетка; 4 - катод.

Образующиеся положительные ионы под действием ускоряющего для них поля коллектора ионов устремляются к нему и, отдавая ему свой положительный заряд, создают в его цепи ионный ток (отсюда и название коллектора ионов).

На рисунке 2.9 показаны изображение основных элементов манометрического преобразователя и упрощенная электрическая схема измерительного блока, в которую входят:

а) цепь катода 1, состоящая из источника питания и реостата 6 для регулировки температуры и, следовательно, эмиссии электронов катодом;

б) цепь сетки 2, состоящая из источника питания и прибора 5 для измерения электронного тока;

в) цепь коллектора З, состоящая из источника питания и прибора 4 для измерения ионного тока.

Как показал опыт, при достаточно низких давлениях [обычно ниже 0,1 Па (~мм рт. ст.)] отношение ионного тока  к электронному току прямо пропорционально давлению газов р в манометричёской лампе:

Это соотношение и лежит в основе работы электронного ионизационного манометра.

Множителем пропорциональности

выражает чувствительность манометра: очевидно, чувствительность тем больше, чем больше отношение  при данном давлении р.

Рисунок 2.9 - Упрощенная схема включения электронного ионизационного манометра. 1 — катод; 2 — сетка; З — коллектор ионов; 4 — прибор для измерения ионного тока; 5 - миллиамперметр; 6 — реостат.

Для получения однозначной зависимости ионного тока от давления электронный ток манометра поддерживают постоянным. Тогда

где  характеризует величину ионного тока на единицу давления (величину k, называют токовой чувствительностью или постоянной ионизационного манометра).

При работе с различными газами чувствительность манометра будет отличаться от чувств по воздуху, но линейная зависимость сохраняется.

На основании (8) давление определяется соотношением

Таким образом, для измерения давления достаточно при заданном электронном токе измерить ионный ток и разделить на постоянную манометра.

Заключение

В результате проделанной работы нам удалось восстановить рабочий вакуум в колонне микроскопа. Нами была проделана теоретическая и практическая работа по изучению конструкции, назначения и принципа работы растрового электронного микроскопа РЭМН – 2У4.1.

Основным объектом исследования являлась вакуумная система. В процессе работы были теоретически и практически изучены диффузионный и форвакуумный насосы, а также датчики для измерения вакуума.

Список литературы

1.                 Горшковский Я. Техника высокого вакуума. – М.: Мир, 1975г. – 622с.

2.                 Деркач В.П. Электронно-зондовые устройства. / Кияшко Г.Ф., Кухарчук М.С.- Киев: Наука думка, 1974г. – 354с.

3.                 Дж. Гоулдстейна, Х.Яковица. Практическая растровая электронная микроскопия. / Пер. с англ. – М.: Мир, 1978г. – 656с.

4.                 Добровольский Г.В., Шоба С.А. Растровая электронная микроскопия почв. – М.: МГУ, 1978 – 295с.

5.                 Королёв Б.И. Основы вакуумной техники./А.И. Пипко, В.Я. Плисковский.- М.: Энергия, 1975г. – 415с.

6.                 Крымский Л.Д. Растровая электронная микроскопия сосудов и крови./ Нестайко Г.В., Рыбалов А.Г. – М.: Медицина, 1976г. – 356с.

7.                 Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Микроскоп растровый электронный низковольтный типа РЭМН – 2 У4.1 250с.

8.                 Хокс П. Электронная оптика и электронная микроскопия.- М.: Мир, 1974г. – 354с.

Страницы: 1, 2, 3