Вот ответы на ваши вопросы, оформленные так, чтобы было удобно переписать в тетрадь школьнику, с использованием MathJax для формул и без Markdown.
***
Оже-электронный переход
Оже-электронный переход — это процесс, при котором атом, возбужденный после ионизации внутренней электронной оболочки, возвращается в основное состояние, испуская электрон (Оже-электрон) вместо рентгеновского фотона.
Рисунок Оже-электронного перехода
(Здесь должен быть рисунок. Поскольку я не могу рисовать, я опишу его, а вы сможете нарисовать по описанию.)
Представьте атом с ядром в центре и электронными оболочками вокруг него (например, K, L, M).
1. Начальное состояние: Атом находится в основном состоянии.
2. Ионизация: Высокоэнергетический электрон (или рентгеновский фотон) выбивает электрон с внутренней оболочки (например, K-оболочки). В результате на K-оболочке образуется вакансия (дырка).
3. Переход электрона: Электрон с более внешней оболочки (например, L-оболочки) переходит на K-оболочку, чтобы заполнить вакансию. При этом выделяется энергия.
4. Выброс Оже-электрона: Выделившаяся энергия не излучается в виде рентгеновского фотона, а передается другому электрону с той же или более внешней оболочки (например, с L- или M-оболочки). Этот электрон (Оже-электрон) покидает атом.
Схематическое изображение:
* Нарисуйте ядро.
* Нарисуйте три концентрические окружности, обозначающие K, L, M оболочки.
* Шаг 1: Покажите электрон на K-оболочке.
* Шаг 2: Покажите стрелку, указывающую на K-оболочку (падающий электрон/фотон), и стрелку, указывающую от K-оболочки (выбитый электрон). На K-оболочке появляется "дырка".
* Шаг 3: Покажите стрелку, идущую от L-оболочки к K-оболочке (электрон заполняет дырку).
* Шаг 4: Покажите стрелку, идущую от L-оболочки (или M-оболочки) наружу, обозначающую вылет Оже-электрона.
Комментарии к Оже-электронному переходу
1. Возбуждение атома: Процесс начинается с удаления электрона с одной из внутренних электронных оболочек атома. Это может быть вызвано бомбардировкой атома высокоэнергетическими электронами, рентгеновскими лучами или другими частицами. В результате на внутренней оболочке образуется вакансия (дырка).
2. Заполнение вакансии: Атом стремится вернуться в более стабильное состояние. Для этого электрон с более внешней оболочки (с более высокой энергией) переходит на внутреннюю оболочку, чтобы заполнить образовавшуюся вакансию.
3. Выделение энергии: При переходе электрона с внешней оболочки на внутреннюю выделяется энергия, равная разности энергий этих оболочек.
4. Два пути релаксации:
* Рентгеновская флуоресценция: Выделившаяся энергия может быть излучена в виде рентгеновского фотона.
* Оже-эффект: Выделившаяся энергия может быть передана другому электрону того же атома. Этот электрон, называемый Оже-электроном, покидает атом.
5. Характеристики Оже-электрона: Энергия Оже-электрона является характеристической для данного атома и зависит от энергий трех участвующих оболочек: оболочки, где образовалась первичная вакансия, оболочки, с которой электрон перешел для заполнения вакансии, и оболочки, с которой был испущен Оже-электрон.
6. Применение: Оже-электронная спектроскопия (ОЭС) широко используется для анализа элементного состава поверхности материалов, так как Оже-электроны имеют малую длину свободного пробега в твердых телах и выходят только из самых верхних атомных слоев.
***
Блок-схема устройства трансмиссионного электронного микроскопа (ТЭМ)
Трансмиссионный электронный микроскоп (ТЭМ) использует пучок электронов, который проходит сквозь очень тонкий образец, для получения увеличенного изображения его внутренней структуры.
Блок-схема ТЭМ
(Здесь должна быть блок-схема. Опишу ее, а вы сможете нарисовать.)
Нарисуйте вертикальную колонну, разделенную на несколько секций.
1. Электронная пушка: В верхней части колонны. От нее исходит пучок электронов, направленный вниз.
* Комментарий: Источник электронов (обычно термоэмиссионный катод или автоэмиссионный источник), который генерирует пучок электронов.
2. Анод: Расположен под электронной пушкой.
* Комментарий: Ускоряет электроны до высоких энергий (обычно от 80 кВ до 300 кВ).
3. Конденсорные линзы: Расположены под анодом. Обычно две или три линзы.
* Комментарий: Электромагнитные линзы, которые фокусируют электронный пучок на образец, регулируя его диаметр и сходимость.
4. Образец: Расположен в держателе между конденсорными и объективной линзами.
* Комментарий: Очень тонкий (обычно 50-200 нм) образец, через который проходит электронный пучок.
5. Объективная линза: Расположена сразу под образцом.
* Комментарий: Самая важная линза, которая формирует первое увеличенное изображение образца.
6. Промежуточные линзы: Расположены под объективной линзой.
* Комментарий: Дополнительно увеличивают изображение, формируемое объективной линзой.
7. Проекционная линза (окуляр): Расположена под промежуточными линзами.
* Комментарий: Проецирует окончательно увеличенное изображение на экран.
8. Флуоресцентный экран / Детектор: В самом низу колонны.
* Комментарий: Экран, покрытый люминофором, который светится при попадании электронов, делая изображение видимым. Современные ТЭМ также используют цифровые камеры (ПЗС-матрицы) для записи изображений.
9. Вакуумная система: Окружает всю колонну.
* Комментарий: Поддерживает высокий вакуум внутри колонны, чтобы предотвратить рассеяние электронов молекулами воздуха.
Комментарии к блок-схеме ТЭМ
* Электронная пушка: Генерирует пучок электронов.
* Ускоряющее напряжение: Прикладывается между катодом и анодом для ускорения электронов до высоких энергий.
* Электромагнитные линзы: Используются для фокусировки и управления электронным пучком. Они работают по принципу отклонения электронов магнитным полем.
* Конденсорные линзы: Формируют параллельный или сходящийся пучок электронов, освещающий образец.
* Образец: Должен быть очень тонким, чтобы электроны могли пройти сквозь него. Различные части образца по-разному рассеивают электроны, создавая контраст.
* Объективная линза: Формирует первое увеличенное изображение образца.
* Промежуточные и проекционные линзы: Дополнительно увеличивают изображение и проецируют его на экран.
* Флуоресцентный экран: Преобразует энергию электронов в видимый свет, позволяя наблюдать изображение.
* Вакуумная система: Необходима для предотвращения столкновений электронов с молекулами газа, что привело бы к рассеянию пучка и потере разрешения.
***
Блок-схема устройства растрового электронного микроскопа (РЭМ)
Растровый электронный микроскоп (РЭМ) сканирует поверхность образца сфокусированным электронным пучком и регистрирует различные сигналы, возникающие при взаимодействии электронов с образцом, для получения изображения его топографии и состава.
Блок-схема РЭМ
(Здесь должна быть блок-схема. Опишу ее, а вы сможете нарисовать.)
Нарисуйте вертикальную колонну, похожую на ТЭМ, но с некоторыми отличиями в нижней части.
1. Электронная пушка: В верхней части колонны. От нее исходит пучок электронов, направленный вниз.
* Комментарий: Источник электронов (термоэмиссионный или автоэмиссионный).
2. Анод: Расположен под электронной пушкой.
* Комментарий: Ускоряет электроны (обычно от 0.5 кВ до 30 кВ).
3. Конденсорные линзы: Расположены под анодом. Обычно одна или две линзы.
* Комментарий: Фокусируют электронный пучок.
4. Сканирующие катушки (дефлекторная система): Расположены под конденсорными линзами.
* Комментарий: Отклоняют электронный пучок, заставляя его сканировать поверхность образца по растровой траектории (строка за строкой).
5. Объективная линза: Расположена под сканирующими катушками.
* Комментарий: Последняя линза, которая фокусирует электронный пучок в очень тонкое пятно на поверхности образца.
6. Образец: Расположен на столике под объективной линзой.
* Комментарий: Образец, поверхность которого исследуется.
7. Детекторы: Расположены вокруг образца.
* Комментарий:
* Детектор вторичных электронов (ВЭ): Самый распространенный, используется для получения топографического изображения.
* Детектор обратно рассеянных электронов (ОРЭ): Используется для получения изображения, зависящего от атомного номера (контраст по составу).
* Могут быть и другие детекторы (например, рентгеновского излучения для элементного анализа).
8. Усилитель сигнала: Подключен к детекторам.
* Комментарий: Усиливает слабые сигналы от детекторов.
9. Блок управления сканированием / Компьютер: Синхронизирован со сканирующими катушками и детекторами.
* Комментарий: Управляет движением электронного пучка и собирает сигналы от детекторов, формируя изображение на экране монитора.
10. Вакуумная система: Окружает всю колонну и камеру образца.
* Комментарий: Поддерживает высокий вакуум.
Комментарии к блок-схеме РЭМ
* Электронная пушка: Генерирует пучок электронов.
* Ускоряющее напряжение: Обычно ниже, чем в ТЭМ, так как электроны не должны проходить сквозь образец, а взаимодействовать с его поверхностью.
* Электромагнитные линзы (конденсорные и объективная): Фокусируют электронный пучок в очень тонкое пятно (зонд) на поверхности образца.
* Сканирующие катушки: Отклоняют электронный пучок, заставляя его перемещаться по поверхности образца по растровой траектории.
* Взаимодействие электронов с образцом: При попадании сфокусированного электронного пучка на поверхность образца возникают различные сигналы:
* Вторичные электроны (ВЭ): Электроны с низкой энергией, выбитые из атомов образца. Их количество сильно зависит от топографии поверхности, что позволяет получать высококачественные 3D-подобные изображения.
* Обратно рассеянные электроны (ОРЭ): Высокоэнергетические электроны из первичного пучка, которые упруго рассеялись от атомов образца. Их количество зависит от атомного номера элементов в образце, что позволяет получать контраст по составу.
* Рентгеновское излучение: Характеристическое рентгеновское излучение, используемое для элементного анализа (EDX или WDX).
* И другие сигналы (катодолюминесценция, токи и т.д.).
* Детекторы: Собирают эти сигналы.
* Блок управления и компьютер: Синхронизируют сканирование пучка с регистрацией сигналов. Каждой точке сканирования на образце соответствует точка на экране монитора, а яркость этой точки определяется интенсивностью зарегистрированного сигнала.
* Вакуумная система: Необходима для предотвращения рассеяния электронов и загрязнения образца.
***
