АРУ
жүктеу/скачать 312,07 Kb.
|
АРУ
1. 1 Флуктуация теориясыны негізі, krane-zamanaui-fizika-1 (1), 10434-lab
|
-XVII ғасырда Голландияда Левенгук деген адам өмір сүрді. Ол қалалық әкімдікте жүк тасушы болып жұмыс істеді, яғни Делфт қаласын басқаратын мекемеде күзетші сияқты нәрсе болды және сонымен бірге мануфактурада сауда жасады. Бос уақытында Левенгук үлкейткіш көзілдіріктерді (линзаларды) тегістеумен айналысты. Бұл өнерде ол кемелдіктің биік деңгейіне жетті. Ол көзілдірігін өте мұқият жылтыратты. Ол линзалар арқылы зерттеуге болатын объектілерді көбірек үлкейтуге қол жеткізгісі келді. Бірақ микроскоптарда электронды толқындарды қалай қолдануға болады? Өйткені, бұл кішкентай толқындар өздігінен көрінбейді! Адамның көзі электрондарды да, олардың толқындарын да көрмейді. Бірақ ол фотопластинада немесе оларға электрондар ағыны түскенде жарқырайтын арнайы заттарда электронды толқындардың әрекетін көре алады. Электрондық сәулелерді «көретін», сондай-ақ адамның көзі жарық сәулелерін көретін жасанды көздерді жасауға болады. Жасанды көз қарапайым. Бұл мырыш сульфидімен немесе виллемитпен қапталған пластина - оларға соғылған электрондардың әсерінен жарқырайтын заттар. Электрондық толқындарды пайдаланатын микроскоп электронды микроскоп деп аталады. Кәдімгі оптикалық микроскопта қарастырылып жатқан объектілерді жарықтандыру үшін электр шамы бар арнайы жарықтандырғыш қолданылады. Электрондық микроскопта электронды пистолет бірдей мақсатқа қызмет етеді. Бұл мылтық электрондарды «атады». Бұл түпнұсқа мылтық қалай орналастырылған? Оның бүкіл «оқ-дәрілері» электр тогымен қыздырылған вольфрам сымының қысқа бөлігінен тұрады. Жоғары температураға дейін қыздырылған кез келген дене сияқты, сым электрондарды шығарады, олар оң зарядталған металл пластинамен (анод) тартылады. Радиотүтіктің аноды тұтас пластинадан тұрады, ал ортасында электронды тапаншаның анодында электрондар ұшып шығатын шағын тесік бар. Біздің хабар тарататын қабылдағыштардың кәдімгі түтіктерінде қыздыру шамының жіптері мен анод арасындағы кернеу сирек 300 вольттан асады. Қазіргі кеңестік микроскоптың электронды пистолетінде кернеу 30-50 мың вольттан төмен емес. Вольфрам сымы мен анод пластинасының арасындағы кернеу неғұрлым жоғары болса, электрондардың жылдамдығы соғұрлым жоғары болады. Мылтықтан атылған электрондар үлкен жылдамдықпен анод пластинасының тесігінен секіріп, инерциямен төмен қарай ұшады. Төменгі жерде электрондар линзаларды соқты. Бұл қарапайым линзалар емес. Олар шыны ұлғайтқыш көзілдіріктерге мүлдем ұқсамайды. Электрондық микроскоптағы линзалар... бос. Және бұл қуыс линзалар электронды толқындарды тамаша сындырады, оларды сәулелерге әкеледі, ұлғайтқыш әйнек жарық сәулелерін бір нүктеге жинайды. ЭЛЕКТРОмагниттік линзалар Бұл «ештеңеден» жасалған оғаш линзалар қандай? Өйткені, жарық пен электронды толқындар арасында үлкен айырмашылық бар. Электрондардың электр заряды бар. Қозғалыс электрондары - бұл электр тогы. Кез келген электр тогына магнит әсер етеді. Жарық толқындары өздерімен зарядты алып жүрмейді, сондықтан магнит оларға әсер етпейді. Жарық шоғы шыны линзадан өткенде шыны атомдарының әсерінен сынуы арқылы бағытын өзгертеді. Ұшатын электрондар электр немесе магнит өрісіне соғылып, бастапқы жолдан ауытқуы мүмкін. Кеңестік электронды микроскоп магнит өрісін пайдаланады. Демек, электронды микроскоптың бос линзалары магнит өрісін тудыратын сым орамдары болып табылады. Бұл катушкалар кәдімгі жіптен жасалған катушкалар сияқты орналасады. Бірақ жіптердің орнына орамның жеңдеріне оқшауланған мыс сым оралған. Электр тогы катушканың бұрылыстарынан өткенде магнит өрісі пайда болады. Бұл магнит өрісі катушка ішіндегі жылдам ұшатын электрондардың ағынына әсер етеді. Катушкалар жасаған магнит өрісі шыны линза бір нүктеде жарық сәулелерін жинайтыны сияқты электрондарды тар сәулелерге жинайды. Бірінші линза - конденсатор - жинайды, немесе, олар айтқандай, конденсациялайды, электронды пистолеттен тар сәулеге атылған электрондарды прожектор сәулесі сияқты, оларды зерттелетін объектіге бағыттайды. Бірақ, мысалы, вирустардың немесе қандай да бір металдың молекулаларының ойға келмейтін кішкентай нүктелерін объект деп атауға бола ма? Оларды микроскоптың ішінде қалай түзетуге болады? Олар коллодионның немесе басқа лактың ең жұқа қабығына қолданылады. Электрондар пленка арқылы өтіп, оны оқ сияқты тесіп өтеді. Бірақ электрондардың бір бөлігі ұшу кезінде вирустардың немесе молекулалардың ең кішкентай денелеріне түсіп, екі жаққа шашырап кетеді. Электрондық толқын ұзындығы өте қысқа. Ол микроскоппен зерттелетін ұсақ бөлшектерден әлдеқайда аз. Демек, электрон толқыны осы бөлшектерден шағылысып, бүйірлеріне шашырады. Электрондық толқын бұл ұсақ бөлшектерді айналып өтпейді. Ол мұндай өлшеусіз кішкентай заттарды «байқайды». Зерттелетін зат арқылы өткеннен кейін электрондар екінші магниттік линзаға түседі. Бұл линза объективті деп аталады. Ол үлкен үлкейтілген нысанның бастапқы нобайы сияқты бірінші кескінді береді. Үшінші магниттік линза – проекция – кескінді одан да үлкейтеді. Проекциялық линза электрондарды фотопластинаға немесе олардың әсерінен жарқырайтын затпен жабылған экранға лақтырады. Экранға соғылған электрондар экранда кішкентай жасыл түсті жарқылдар пайда болады. Бірақ барлық электрондар экранға түспейді. Электрондық пистолеттен ұшып шыққан және бірінші магниттік линзаға түскен электрондардың бір бөлігі жолында зерттелетін нысанды кездестіріп, шашыраңқы болады. Бұл электрондар енді экранға (немесе экранның орнына фотопластинаға) түспейді. Нәтижесінде экран біркелкі жарқырайды. Экранның электрондар соқтығысқан бөліктерінде жарық жарқылдары, ал электрондар соқпаған жерлерінде көлеңке болады. Бірақ зерттелетін объектінің әртүрлі бөліктерінде электрондар әртүрлі шашырауда. Нысан қалыңырақ немесе оның тығыздығы жоғары болған жерде көп электрондар шашыраңқы болады. Зерттелетін зат немесе зат жағылған ең жұқа қабық электрондарды ең аз шашыратады. Пленка электрондарды ең көп өткізеді. Электрондар оны тікелей «атып өтеді». Электрондар көп түсетін экранның нүктелері күштірек жарқырайды. Электрондар аз түсетін нүктелер әлдеқайда әлсіз жарқырайды. Экранның бірде-бір электроны түспейтін нүктелері толығымен қараңғы болып қалады. Сонымен, жарықтығы мен көлеңкесі әртүрлі Жарық ойынында көз алдымызда ондаған, жүздеген мың есе үлкейтілген заттың бейнесі пайда болады. Экрандағы нысанның кескіні дұрыс және бұрмаланбауы үшін зерттелетін объектіден өткен электрондар енді еш жерде шашырап кетпеуі керек. Олардың нысаннан экранға еркін ұшуына ештеңе кедергі болмауы керек. Бірақ олар әлі алда көп. Экран шамамен бір метр қашықтықта орналасқан. Сіз электронмен не болатынын ешқашан білмейсіз! Зерттелетін объектіден өткен электрон ауа молекуласымен кездесуі мүмкін. Мұндай соқтығыстың нәтижесінде молекула да, электрон да зардап шегеді. Бізді қазір ауа молекуласының тағдыры онша қызықтырмайды. Мұндай әсерден электронға не болатыны әлдеқайда маңызды. Электрон ауа молекуласына соқтығысқанда, ол бүйірге секіреді және экранға соқпайды. Сондықтан нысанның кескіні бұзылады. Бұған жол бермеу үшін электрондар жолынан мүмкіндігінше көп ауа шығарылады. Электрондық микроскоптың жұмысы кезінде вакуумдық сорғы аспаптан ауаны үнемі сорып шығарады. Ауа молекулалары өте аз. Электрондардың осы молекулалармен соқтығысу ықтималдығы шамалы. Біз бұл жолдың ұзындығы шамамен бір метр деп айттық. Бұл соншалықты көп пе? Үлкен және кіші ұғым өте шартты. Біз адамдар үшін бір метрлік жол кішкентай болып көрінеді. Электрондар үшін бұл үлкен мән. Өйткені, электронның мөлшері соншалықты кішкентай! Егер электрон шар түрінде ұсынылса (оның шынайы пішіні әлі белгісіз), онда бұл шардың диаметрі миллиметрдің бірнеше миллионнан бір бөлігі ғана болады. Егер электрондар тізбекке тартылса, онда олардың бір миллиметрінде бірнеше жүз миллиард дана болады. Міне, электрон қаншалықты кішкентай! Сондықтан Электрон үшін бір метрлік жол өте үлкен. Бұл футбол добы ондаған миллиард шақырым қашықтыққа ұшуы керек сияқты. Электрондар үшін үлкен жолды жылдам ұшуға олардың үлкен жылдамдықтары көмектеседі. Электрондардың жылдамдығы электронды микроскоптың жіпі мен анодты пластинасына қандай кернеу қолданылатынына байланысты. Бұл кернеу неғұрлым көп болса, электрондардың жылдамдығы соғұрлым жоғары болады, соғұрлым электронды микроскоп жоғарылайды. Электрондық микроскоптың алғашқы үлгісін жасау үшін кеңес ғалымдарының бірнеше жылдық қажырлы еңбегі қажет болды. Біздің электронды микроскоптар үлкен дәлдікпен жұмыс істейді, бұл жоғары сапалы кескін береді. КЕҢЕСТІК ЭЛЕКТРОНДЫ МИКРОСКОП ҚАЛАЙ ҚҰРЫЛДЫ Кеңестік электронды микроскопты құру бойынша жұмыс 1940 жылы Ленинград мемлекеттік оптикалық институтында басталды. Академик А. А. Лебедев және оның қызметкерлері осы күрделі техникалық мәселені шешуге кірісті. Олар бұл жұмысқа көп еңбек пен күш жұмсады. 1940 жылдың соңында электронды микроскоптың алғашқы макеті салынды, ол қарастырылып отырған заттарды 10 мың есеге арттырды. Бұл үлкейту кезінде қырыққабат көбелегінің тозаңынан алғашқы фотосуреттер алынды. Бұл жәндік қырыққабатты жояды және көкөніс шаруашылығына үлкен шығын әкеледі. Алғашқы кеңестік электронды микроскоп осы зиянды жәндіктің тозаңын түсіре алды. Кеңестік электронды микроскоп нәресте кезінде-ақ, жаңа ғана туылғаннан кейін, ауыл шаруашылығы зиянкестерімен күресуге асықты және оның Жеңісінің трофейі ретінде оны жасаушыларға қырыққабат көбелегі тозаңының алғашқы суретін ұсынды. Бірақ бұл кеңестік ғалымдардың электронды микроскопиядағы қиын және ауыр жұмыстарының бастамасы ғана болды. Алғашқы жетістіктерден қаныққан біздің ғалымдар электронды микроскоптың тағы бір жетілдірілген моделін құруға кірісті, ол 25 мың есе ұлғайтылуы керек еді. Бұл модель өлшемі 0,000001 сантиметр болатын ең кішкентай заттарды қарастыруға мүмкіндік береді. Электронды микроскоптың осы жаңа моделін құру жұмыстары аяқталуға жақын болды, бірақ Ұлы Отан соғысы басталды. Неміс-фашистік басқыншылар Лениннің ұлы қаласын от сақинасымен сүйреді. Академик Лебедевтің ғылыми зертханасы шығысқа эвакуациялауға мәжбүр болды. Йошкар-Ола қаласында кеңестік электронды микроскопты құру бойынша үлкен ғылыми маңызы бар қарқынды жұмыс жалғасты. Адамзат білімінің қандай салаларында бұл керемет құрал қолданылады? Қолыңызда электронды микроскоп болған кезде қандай ғылыми және практикалық мәселелерді шешуге болады? Электрондық микроскоптың қолдану аясы өте үлкен. Бұл Медициналық және биологиялық зерттеулер үшін қажет. Молекулалар мен атомдар әлемін зерттеу кезінде физиктерге онсыз жасау қиын. Электронды микроскоп-металлургтер мен химиктер, тоқыма және машина жасаушылар үшін таптырмас құрал. Бұл тамақ өнеркәсібі мен ауыл шаруашылығында да үлкен пайда әкеледі. Электрондық микроскоп адамға табиғаттың ең жақын кэштеріне көз жүгіртуге және алған білімдерін адамзаттың игілігі үшін пайдалануға көмектеседі. АЛМАЗ КЕСКІШ Электрондық микроскоп шыны мен фарфорды зерттеу үшін де кеңінен қолданылады. Жоғары вольтты Фарфор оқшаулағыштарының беріктігі мен электрлік тұрақтылығы фарфордың жеке ұсақ бөлшектерінің құрамына, олардың пішіні мен өзара орналасуына байланысты. Көптеген басқа шыны және фарфор бұйымдары электронды микроскоппен зерттеледі. Зертханалық физикалық құрылғылардың барлық түрлерін дәл өңдеу әсіресе маңызды. Қажетті дәлдікті алу үшін әйнек тегістеледі және жылтыратылады. Бірақ әйнекті қалай және қалай жылтырату керек, сонда ол бірде-бір, тіпті ең кішкентай сызат жасамайды? Ұнтақтардың (абразивтердің) қандай құрамы белгілі бір сортты әйнекті өңдеу үшін таңдалуы керек? Әйнекті жылтыратудың ең жақсы жылдамдығы қандай? Мұны өте баяу немесе керісінше тез жасау керек пе? Осы сұрақтардың барлығына электронды микроскоп жауап береді. Бұл күрделі қондырғыларға арналған шыны бұйымдарды қалай және қаншалықты жақсы өңдеу керектігін дәл анықтауға мүмкіндік береді. Осындай маңызды шыны бұйымдардың бірі-дифракциялық тор деп аталады. Бұл көптеген ғылыми зертханаларда спектрлік талдау үшін қолданылатын физикалық құрал. Сыртқы түрі бойынша дифракциялық тор өте қарапайым және қарапайым. Бұл зертханалық штативте (стендте) нығайтылған шыны дөңгелек немесе тікбұрышты табақ. Бірақ бұл қарапайым жазба емес. Егер сіз оған мұқият қарасаңыз, онда оның бәрі өте жұқа сызықтармен — соққылармен сызылғанын байқай аласыз. Соққылар өте дәл бөлгіш машиналарда қолданылады. Дифракциялық тордың бетінің бір миллиметріне 1000-нан 1500-ге дейін сызық келеді. Бұл қандай жұмыс екенін елестете аласыз! Дифракциялық тордың микрографы. Әр сызық арасындағы қашықтық миллиметрдің мыңнан бір бөлігінен аз. Бұл ең жақсы сызықтар әйнекке Гауһар кескіштер арқылы қолданылады. Бірақ шыныға Гауһар кескішпен сызықтардың дұрыс салынғанын қалай тексеруге болады, соққылар қолданылатын бұрыш дәл таңдалды ма? Электрондық микроскоп бұл сұраққа жауап беруге мүмкіндік береді. 10 мың есе немесе одан да көп үлкейту кезінде дифракциялық тордың фотосуреттері әйнекке соққылардың дұрыстығы мен дәлдігін анықтауға көмектеседі. Фотосуретте Гауһар кескіштің жұмысының іздері айқын көрінеді. Егер сызықтардың шеттері біркелкі болмаса немесе олардың арасындағы бұрыш дұрыс жасалмаса, электронды микроскоп мұны көрсетеді. Дифракциялық торларды жасайтын жұмысшылар ақауларды дереу жояды. Электрондық микроскопты қолдана отырып, сіз өте жоғары сапалы өнімдерді ала аласыз. КҮМІС АРАЛДАР Вакуумда булану немесе катодты бүрку арқылы алынған жұқа металл қабаттарын зерттеу кезінде электронды микроскоп өте пайдалы. Фотоэлементтер, осы керемет электрлік көздер өндірісінде шыны конустың ішіндегі күміс төсемге цезийдің немесе басқа фотосезімтал металдың ең жұқа қабаты қолданылады. Пленкалардың физикалық қасиеттері мен беріктігі осы жұқа металл қабаттарының шыны конустың бетіне дұрыс таралуына және олардың құрылымына байланысты. Бір қарағанда, вакуумда буланған күмістің жұқа қабаты қатты және біркелкі бөлінген болып көрінеді. Бірақ электронды микроскоп бізге бұл қабаттың қатты емес екенін және күмістің жеке аралдар түрінде орналасқан ең кішкентай бөліктерде жатқанын көрсетеді. Осы металл кесектерін ұнтақтауға қол жеткізе отырып, олар біркелкі пленка алады. Пленка жасалған металл қабаты неғұрлым біркелкі болса, соғұрлым ол жақсы жұмыс істейді. Жүк пойызы Болат кеудеге ауаны кесіп, тез жүгіреді. Түн. Вагондардың дөңгелектері рельстердің түйіскен жеріндемақты түрде соғылады. Барлығы тыныш және тыныш. Пойыз бригадасы теміржол құрамынан асып түсетін қауіпті білмейді. Бірақ міне, үлкен станция. Қолында шамдары бар тексерушілер вагондардың жарамдылығын тексереді. Олар вагондардың дөңгелектері мен осьтерін түртіп, букстарға қарайды. Олардың сезімтал есту қабілеті ең кішкентай ақаулықты анықтайды. Қазірдің өзінде бірнеше вагон тексерілді. Тағы біраз — және пойызға әрі қарай жүруге рұқсат етіледі. Бірақ бұл не? Бір вагонда тексерушілер ұсталды. Осьтің мойны жарылды. Тексерушілерге жеткілікті қырағылық танытпаңыз, пойыздың апатқа ұшырауы сөзсіз болар еді. Мүмкін адам өмірі мен мыңдаған тонна құнды жүктер жойылады. Неліктен ось жарылды? Бұл кінәлі ол жасалған металл кристалдарының микроскопиялық әлемі болды. Рас, мұндай жағдайлар сирек кездеседі. Бірақ олар мүлдем болмауы үшін, біз электронды микроскопты қолдана отырып, басқа әдістерден басқа егжей-тегжейлі қарастыра алатын кристалдардың ең кішкентай әлемін мұқият зерттеу қажет. Біздің алдымызда металл бөлігінің тегіс беті, бекітілген жазықтық бар. Бұл металл жауапты құрылымды жасау үшін пайдаланылады. Ол берік және уақыттың жойқын күшіне төтеп бере алуы керек. Оны жан-жақты зерттеу керек. Мүмкін, ол маңызды құрылымды жасауға жарамайды және басқа, аз жауапты жағдайларда жақсы қолданылады? Олар осындай металдан теміржол көпірін салады, ол біраз уақыт тұрады, содан кейін құлап кетеді! Сіз металды жан-жақты зерттемей-ақ жұмысқа жібере алмайсыз. Бірақ электронды микроскопта бұл металды қалай сынауға болады? Өйткені, электронды сәулелер үшін бұл мөлдір емес. Сіз одан ең жақсы жазбаны кесіп тастай аласыз, бірақ ол электронды сәулелерге де өтпейді. Бастапқыда металдарды электронды микроскоппен зерттеу шешілмейтін міндет болып көрінді. Физиктер мен химиктер бұл қиындықты айналып өтті. Олар металдың үстіне мөлдір лактың жұқа қабығын жағады. Лак кебеді және оның пленкасы металға тығыз жабысады. Алынған пленка Мұқият алынып тасталады. Ол үшін металл үлгісі суға батырылады, онда лак пленкасы одан оңай бөлінеді. Пленканың металға қараған жағында оның беткі құрылымының барлық ұсақ бөлшектері басылады. Фильм-бұл құйма. Бұл металдың "бетінен" алынған кішкентай маска. Электрондық микроскопта біз металл бетінің дәл картасын көреміз. Құймаларды алу. Сол жақта-металл беті, ортасында-репликасы бар бет, оң жақта-түсірілген реплика. Адамның қиялына алдымен кез-келген металдың ең кішкентай бөлшектері, мүлдем көрінбейтін, кенеттен біздің көз алдымызда қалай пайда болатынын елестету қиын. Біздің көз алдымызда жабайы және көркем әлем пайда болады: блоктар, жартастар, тұңғиықтар, қар шыңдары, бұралған жарықтар. Міне, микроскопқа орналастырылған ең жақсы лак пленкасында не көрінеді.
Оюланған алюминийдің беті. Өсім — 17 500. Осы люмендер арқылы оттегі Темірдің бір қабатын бірінен соң бірін тереңірек және тереңірек тотықтырады.
жүктеу/скачать 312,07 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|