2023 लेखक: Bryan Walter | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-05-21 22:25
शौकिया डिजाइनर एलेक्सी ब्रागिन अपने गैरेज में एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप को इकट्ठा करना जारी रखता है। अधिकांश प्रारंभिक कार्य पहले ही किया जा चुका है: एक वैक्यूम है, कॉलम साफ किया गया है, उच्च वोल्टेज लागू किया गया है। यह सुनिश्चित करना बाकी है कि इलेक्ट्रॉन बीम मंच से टकराए। लेकिन सबसे पहले, एलेक्सी एक समझ से बाहर नमूने का अध्ययन करेगा जो उसके माइक्रोस्कोप के कॉलम में गिर गया है, और प्रदर्शनी "वैक्यूमटेकएक्सपो 2017" का एक एक्सप्रेस टूर आयोजित करेगा।
अज्ञात प्लेट, या नमूने की संरचना का निर्धारण कैसे करें
जब मैं स्तंभ की सफाई कर रहा था, एयरलॉक में, एकांत जगह में, मुझे एक चमकदार, बहुत नाजुक पदार्थ की समझ से बाहर की प्लेटें मिलीं। मेरे पास आने से पहले यह माइक्रोस्कोप कहां खड़ा था, और इस पर क्या देखा गया यह अज्ञात है। वे किस तरह के रिकॉर्ड हैं?
यह सुझाव दिया गया है कि यह सिलिकॉन है। लेकिन इसे जांचने के लिए, मुझे एक भ्रमण पर जाना पड़ा, जिसके बारे में मैं आपको संक्षेप में बताऊंगा। वहीं, हम अज्ञात नमूनों की इलेक्ट्रॉनिक स्कैनिंग की संभावनाओं पर चर्चा करेंगे।
अज्ञात सामग्री की पट्टिका
जब मैं पिछले साल वैक्यूमटेक एक्सपो में गया, तो मैंने वहां इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप टेस्कन के चेक निर्माता का स्टैंड देखा। स्टैंड में एक आधुनिक स्कैनिंग माइक्रोस्कोप द्वारा कार्य क्रम में क्षेत्र उत्सर्जन के साथ भाग लिया गया था, और जो कोई भी चाहता था वह साइन अप कर सकता था और इसमें अपना नमूना देख सकता था (इसके लिए आवश्यक विशेषज्ञ भी मौजूद थे)।
प्रदर्शनी में प्रस्तुत किया गया दूसरा काम करने वाला माइक्रोस्कोप (आमतौर पर बोलना, यह एक और प्रदर्शनी थी, एनालिटिक एक्सपो, लेकिन वे आमतौर पर एक साथ गुजरते हैं) डेस्कटॉप फेनोम है।
दोनों सूक्ष्मदर्शी एक विश्लेषक से लैस थे, जो न केवल माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों द्वारा सतह की संरचना को देखने और सामग्री का तुलनात्मक मूल्यांकन करने की अनुमति देता है (प्रतिबिंबित इलेक्ट्रॉनों द्वारा, नीचे वीडियो देखें), बल्कि नमूने की मौलिक संरचना का पता लगाने के लिए भी सतह। यह वही है जो मैंने यह पता लगाने के लिए उपयोग करने का निर्णय लिया कि मेरे माइक्रोस्कोप के कॉलम में किस तरह की प्लेटें मिलीं।
इस तकनीक को ऊर्जा फैलाव एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईडीएस या ईडीएक्स) कहा जाता है। इसका सार इस प्रकार है।
कोई भी पदार्थ इलेक्ट्रॉन बीम के नीचे चमकेगा। यह बीम की ऊर्जा और प्रेरित विकिरण की तरंग दैर्ध्य के बारे में है। लेकिन सबसे दिलचस्प बात यह है कि प्रत्येक तत्व का विकिरण का अपना स्पेक्ट्रम होता है, जो अक्सर एक्स-रे रेंज (तथाकथित "विशेषता विकिरण") में जाता है। लेकिन, उदाहरण के लिए, डीआरएल 250 लैंप का फॉस्फर, जिसे मैंने ट्यूनिंग के लिए एक संवेदनशील स्क्रीन के रूप में इस्तेमाल किया (नीचे इस पर और अधिक), ऑप्टिकल रेंज में भी चमकता है - लाल रंग में। इस घटना को कैथोडोल्यूमिनेसिसेंस कहा जाता है।
विशेषता विकिरण का विश्लेषण करके, किसी भी चयनित बिंदु पर नमूने की मौलिक संरचना का निर्धारण करना संभव है।
तरंग दैर्ध्य फैलाव एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (WDS) नामक एक और तकनीक है। इसमें एक उच्च वर्णक्रमीय संकल्प है, लेकिन एक समय में केवल एक निश्चित तरंग दैर्ध्य का पता लगाता है, जिसके लिए इसे पूर्व-ट्यून किया जाता है।
यह आपको नमूने में केवल एक विशिष्ट तत्व की सामग्री का विश्लेषण करने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, हम WDS डिटेक्टर को कैल्शियम विकिरण की तरंग दैर्ध्य में समायोजित करते हैं और एक श्वेत और श्याम चित्र प्राप्त करते हैं: काला वह है जहां कैल्शियम नहीं है, और सफेद वह है जहां यह है। लेकिन ईडीएस, हालांकि इसका रिज़ॉल्यूशन कम है, आपको सभी तत्वों के बारे में एक ही बार में जानकारी प्राप्त करने की अनुमति देता है।
सामान्य तौर पर, मैंने अपना नमूना एक बैग में रखा और बंद होने से कुछ घंटे पहले वैक्यूमटेकएक्सपो 2017 में गया। वहां क्या था - मैं नीचे दिए गए वीडियो को देखने का सुझाव देता हूं। हमने पूरी प्रक्रिया को फिल्माया: माइक्रोस्कोप के तहत नमूना कैसे देखा गया, इसका मौलिक विश्लेषण कैसे किया गया, हमने कैसे पता लगाया कि इसमें क्या शामिल है (स्पॉइलर: सिलिकॉन नहीं)। और साथ ही हम प्रदर्शनी के माध्यम से चले गए और विभिन्न प्रदर्शनों को देखा (वीडियो का दूसरा भाग, 4:45 से)।
मुक्त इलेक्ट्रॉन
अब हम अपने सूक्ष्मदर्शी पर वापस आते हैं।पिछली बार हमने कैथोड से ऊष्मीय उत्सर्जन प्रदान करने और विभिन्न त्वरित वोल्टेज पर मुक्त इलेक्ट्रॉनों का एक बीम प्राप्त करने के लिए सभी आवश्यक घटकों और शर्तों का परीक्षण किया था।
लेकिन आपको उसे किसी तरह "देखने" की जरूरत है, कम से कम लगभग। एक बार में स्कैन करना और पता लगाना अनुचित है। क्योंकि मुझे बिल्कुल पता नहीं है कि चुंबकीय लेंस काम करते हैं या नहीं, और माइक्रोस्कोप की ऑप्टिकल धुरी आंखों से उजागर होती है। यह, वैसे, पहले से ही खराब नहीं है, क्योंकि कंडेनसर लेंस को दृढ़ता से किनारे पर स्थानांतरित कर दिया गया था और आवश्यकतानुसार समायोज्य स्टॉप के साथ सुरक्षित नहीं किया गया था (यानी, अगर मैं कॉलम पर नहीं गया होता, तो कुछ भी नहीं होता).
उपकरण को मोटे तौर पर समायोजित करने का स्पष्ट तरीका एक पदार्थ को मंच पर रखना है जो इलेक्ट्रॉनों के साथ बमबारी करने पर ऑप्टिकल रेंज में चमक जाएगा। और लेंस, उच्च वोल्टेज, कैथोड चमक, वेनेल्ट सिलेंडर के विस्थापन को नियंत्रित करने का प्रयास करें। और, ज़ाहिर है, एक विंडो बनाएं ताकि आप इस प्रक्रिया को देख सकें।
भास्वर
मैंने पहले से ही एक उपयुक्त फॉस्फोर की तलाश शुरू कर दी थी। मैंने परियोजना में मदद करने वाले सभी लोगों का साक्षात्कार लिया, और परिणामस्वरूप मुझे दो संपूर्ण विषय मिले।
पहली एक छोटी सीआरटी ट्यूब है जिसमें एक इलेक्ट्रॉन बंदूक के बिना और एक वैक्यूम के बिना एक आयताकार ढाल है। मैं इसमें से स्क्रीन को देखना चाहता था, लेकिन मेरे दोस्त ने इसे एक दुर्लभ कलेक्टर की वस्तु के रूप में रखने के लिए कहा (इसे कांच के पीछे शेल्फ पर रख दें)। एक बार पूछा - इसका मतलब मूल्यवान है।
एक पुराने आस्टसीलस्कप से ट्यूब
दूसरा एक पुराने, टूटे हुए आस्टसीलस्कप से एक पूर्ण ट्यूब है। हमने आस्टसीलस्कप खोलने के तुरंत बाद इसे "डरमेल" के साथ लगभग बंद कर दिया, लेकिन इसे और अधिक सुविधाजनक परिस्थितियों में प्रतीक्षा करने और इसे करने का फैसला किया। विचार सरल था: एक छोटा छेद बनाने के लिए जिसके माध्यम से ट्यूब सामान्य विनाश के बिना हवा से भर जाएगी, और फिर एक अपघर्षक के साथ सामने की स्क्रीन को काटकर माइक्रोस्कोप के अंदर रख दें।
लेकिन फिर एक और विचार आया, और भी सरल। मैंने पहले 250 नैनोमीटर के तरंग दैर्ध्य के साथ एक पराबैंगनी प्रकाश स्रोत प्राप्त करने के लिए डीआरएल 250 लैंप से बाहरी बल्ब को हटाने का प्रयोग किया था। यह स्पष्ट है कि फॉस्फोर यूवी विकिरण से उत्तेजित होता है, इलेक्ट्रॉनों से नहीं, और बड़ा सवाल यह है कि क्या यह इलेक्ट्रॉनों से चमकेगा। मैंने रचना की तलाश की, मुझे एक स्पष्ट उत्तर नहीं मिला (विभिन्न फॉस्फोर का उपयोग किया जाता है, और मेरे पास अभी भी एक सोवियत निर्मित दीपक है)। लेकिन, जैसा कि मैंने पहले ही लेख की शुरुआत में लिखा था, इलेक्ट्रॉन बीम के नीचे सब कुछ चमकता है। इसलिए, सफलता की संभावना बहुत अधिक है।
एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के मंच पर एक पुराने डीआरएल २५० लैंप से फॉस्फर
तो, मैंने दीपक देखा, माइक्रोस्कोप के अंदर फॉस्फोर डाल दिया। स्तंभ के बड़े बंदरगाहों को बंद कर दिया, अवलोकन के लिए शीर्ष पर केवल एक छोटी घर की खिड़की छोड़कर। यह खिड़की लगभग 5 मिमी मोटी "प्लेक्सीग्लस" से बनी है। दुर्भाग्य से, जब मैं पहले एसीटोन के साथ एक रिसाव की तलाश में था, तो मैंने गलती से इसे उस पर छिड़क दिया, और बाहरी सतह की ऑप्टिकल पारदर्शिता तुरंत खराब हो गई। मुझे इसे उच्च-वैक्यूम तेल की एक पतली परत के साथ चिकना करना पड़ा ताकि यह कम हवा को पार कर सके।
खिड़की के माध्यम से, यह सब इस तरह दिखता है:
खिड़की के माध्यम से वही फॉस्फोर
फिर भी, यह अच्छा है। चमक साफ देखी जा सकती है।
सुरक्षा के बारे में
ध्यान! घबराओ मत। जब किसी भी सामग्री को इलेक्ट्रॉनों से विकिरणित किया जाता है, तो निरंतर एक्स-रे विकिरण ऊर्जा के साथ उत्पन्न होता है जो इलेक्ट्रॉन चार्ज द्वारा गुणा किए गए त्वरित वोल्टेज से अधिक नहीं होता है (उदाहरण के लिए, 30 किलोवोल्ट के लिए, अधिकतम संभव विकिरण ऊर्जा 30 केवी होगी)। कारखाने में माइक्रोस्कोप कॉलम बनाया जाता है ताकि उसके अंदर होने वाले सभी विकिरण को पूरी तरह से ढाल दिया जा सके। माइक्रोस्कोप को विकिरण सुरक्षित उपकरण के रूप में प्रमाणित किया जाता है।
कॉलम का संशोधन, जिसे मैंने ऊपर बनाया था (ऐक्रेलिक से बनी एक खिड़की), सैद्धांतिक रूप से परिचालन स्थितियों के उल्लंघन और इस खिड़की के तत्काल आसपास के क्षेत्र में होने की स्थिति में कुछ खतरा प्रस्तुत करता है।
मुझे ऐसा ही एक पृष्ठ मिला (1990 के दशक के उत्तरार्ध के लिए उदासीन महसूस करना, जब ऐसे पृष्ठ पूर्णता की ऊंचाई थे), जो आपको विभिन्न सामग्रियों के माध्यम से विभिन्न ऊर्जाओं के एक्स-रे के प्रवेश की गणना करने की अनुमति देता है।
तो, हम चुनते हैं, सामग्री पीएमएमए है, मोटाई 5 मिलीमीटर है, और हम विभिन्न ऊर्जाओं के लिए अवशोषण के प्रतिशत की गणना करते हैं।
8 केवी तक की ऊर्जा वाले विकिरण को ऐक्रेलिक द्वारा पूरी तरह से अवशोषित (99.9 प्रतिशत) किया जाएगा, लेकिन उच्च ऊर्जा विकिरण इस बाधा को दूर कर सकता है। उदाहरण के लिए, 30 केवी की ऊर्जा वाला 70 प्रतिशत विकिरण खिड़की से होकर गुजरेगा।
यह स्पष्ट है कि जब फॉस्फोर को 10 किलोवोल्ट के साथ भी विकिरणित किया जाता है, तो हमें आउटपुट पर 10 केवी की ऊर्जा के साथ एक्स-रे प्राप्त होने की संभावना नहीं है, इसके लिए आपको वहां एक विशाल कॉपर एनोड लगाने की आवश्यकता है। लेकिन फिर भी, सुरक्षा कारणों से, मैंने वोल्टेज स्रोत को कैलिब्रेट किया और कम समय के लिए भी 5 किलोवोल्ट से ऊपर के त्वरित वोल्टेज को चालू नहीं किया।
प्रयास # 1. असफल
मैंने सब कुछ चालू कर दिया - कुछ नहीं होता। इकाई बीप करती है, गर्मी चालू है, कोई उत्सर्जन नहीं है। और इसलिए मैंने कोशिश की, और इसलिए, ठीक है, कुछ भी नहीं। मैंने अधिक हीटिंग करंट जोड़ा। संदेह होने लगा: क्या होगा यदि फॉस्फोर चमक नहीं करता है? एक वीडियो कैमरा के साथ मैंने देखा कि यह आंख के लिए अदृश्य सीमा में चमकता है। कुछ भी तो नहीं।
प्रयास # 2. फिर भी असफल
उन्होंने हवा को अंदर जाने दिया, अंतिम डायाफ्राम धारक को हटा दिया और वहां से एपर्चर वाली एक प्लेट को घुमा दिया। मैंने केवल एक धारक को कई मिलीमीटर व्यास के छेद के साथ छोड़ा।
उसने एक इलेक्ट्रॉन गन खोली, एक छोटा लाल लेजर लिया और यह पता लगाने के लिए कि क्या यह कम से कम समान था या नहीं, पूरे स्तंभ के माध्यम से "प्रकाश के माध्यम से" चमकना शुरू कर दिया। यदि प्रकाश किरण नहीं गुजरती है, तो इलेक्ट्रॉनिक निश्चित रूप से खो जाएगा। सौभाग्य से, दिशा का सटीक मिलान करके, मैंने नीचे एक लाल बिंदु देखा। तो आप फिर से कोशिश कर सकते हैं!
लेकिन व्यर्थ में मैंने पिछली बार फिलामेंट करंट बढ़ाया। कुछ बिंदु पर, कैथोड टूट गया और चुपचाप काम करना बंद कर दिया।
जले हुए कैथोड
उसके बाद, मैंने जेईओएल के-टाइप कैथोड के लिए कैथोड असेंबली को संशोधित किया, जो आधुनिक जेईओएल माइक्रोस्कोप में उपयोग किया जाता है। पिछला वाला एक अज्ञात सूक्ष्मदर्शी से था, और मैं ऐसा कभी नहीं मिला। मेरे पास इनमें से दो और रिजर्व में हैं, लेकिन वे इस माइक्रोस्कोप के लिए बहुत खराब अनुकूल हैं।
प्रयास # 3. सफलता
मैंने सब कुछ फिर से इकट्ठा किया, स्तंभ के सभी हिस्सों का एक उच्च-गुणवत्ता, विश्वसनीय विद्युत कनेक्शन बनाया (बंदूक के कैथोड भाग का बाहरी उद्घाटन आवास, स्तंभ का मुख्य भाग, एक स्प्रिंग-लोडेड धातु प्लेट जिस पर स्तंभ और वाल्व के साथ पूरे हाई-वैक्यूम भाग को स्थापित किया गया है, एक पेडस्टल - यह सब एक दूसरे से विद्युत रूप से जुड़ा होना था, और हाई-वोल्टेज बिजली आपूर्ति इकाई, एक्वेरियम के शरीर और इस सभी जमीन से भी जुड़ना था। माइक्रोस्कोप से हाई-वोल्टेज केबल की धातु की चोटी)।
चालू करने के बाद क्या हुआ, देखें वीडियो:
खैर, आगे के काम की योजना को स्पष्ट करना बाकी है:
- चुंबकीय लेंस के लिए नियंत्रण सर्किट बनाना;
- एक विक्षेपण प्रणाली का प्रयास करें;
- एक प्रेरित वर्तमान एम्पलीफायर बनाओ;
- प्रेरित वर्तमान मोड में माइक्रोस्कोप से पहली छवि प्राप्त करें:);
- माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों के डिटेक्टरों को पुनर्स्थापित और कनेक्ट करें और माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों के मोड में एक चित्र प्राप्त करें:)।
