Автоионный микроскоп

ОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликОпхбликовано 23.07.80. Бюллетень %27 по делам изооретеиий и отхрытийЛата опубликования описания 28.07.80(54) АВТОИОННЫЙ МИКРОСКОП Изобретение относится к ионным микроскопам, в частности, основанным на явлении автоионизации атомов инертных газов в сильных электрических полях, и может быть использовано в физическом металловедении.Автоионные микроскопы имеют низкую яркость ионных изображений и соответственно большие времена их фоторегистрации, что резко ограничивает применимость таких микроскопов в материаловедческих исследованиях вследствие низкой производительности и затрудненности визуального ана.пиза микрокартин.Известны конструкции автоионных микроскопов, в которых повышение яркости изображения достигается применением ионноэлектронных преобразователей изображения, внешних усилителей яркости 11.Однако в этих микроскопах сигналы, вызванные шумовым фоном усилителей яркости, приводят к потере контраста и разрешающей способности.Наиболее близким к предложенному является автоионный мироскоп, содержащий рабочую камеру с высоковольтными вводами, находящимися в тепловом контакте с резервуаром с хладагентом, к которым крепится острийный электрод-образец, люминесцентный экран и систему напуска изображаюгцего газа в рабочую камеру 12.Такое конструктивное решение позволяетповысить яркость автоионных изображений на порядок, однако уровень повышения яркости оказывается недостаточным для исследования металлов с низкой стабильностью изображения и визуального контроля быстропротекаюших поверхностных процессов.Целью изобретения является повышениеяркости изображения устройства-прототипа.Это достигается тем, что он снабженвакуумной камерой, причем рабочая камера установлена внутри вакуумной камеры и выполнена с отверстиями, соединяющими полость рабочей камеры с полостью вакуумной камеры.Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема предложенного микроскопа.20 Микроскоп содержит рабочую камеру 1,на внутренних стенках которой с помощью сетки размещен сорбент - активированный уголь 2. Рабочая камера помещена в резервуар с хладагентом 3 и закрыта люминесцентным экраном 4. В месте крепления люминесцентного экрана к рабочей камере ооразован зазор, сообп)акгц)ий объем рабочей камеры с объемом вакуумной камеры 5, в которой расположен резервуар с хладагентом.Высоковольтные вводы 6 через изоляторы укреплены. внутри рабочей камеры с обеспечением теплового контакта с ее стенками. К высоковольтным вводам крепится острийный электрод-образец 7. Со стороны люминесцентного экрана в стенке рабочей камеры установлено смотровое окно 8. К вакуумной камере подсоединен криогенный насос 9. На вакуумной камере установлена система напуска изображающего газа )гелия) О. Расстояние с 1 между острийным электродом и люминесцентным экраном выоирается так, что( к уГтоткРо бгде К - постоянная гольцмана,Т о и Тк - температуры стенок вакуумнойи рабочей камер микроскопа,Р о- давление газа в вакуумной камере,3 - сечение резонансной перезарядки атомов изобража)огцего газа.В предлагаемом автоионном микроскопе повышение яркости изображения достигается за счет того, что при размещении рабочей камеры в резервуар с хладагентом, а резервуара с хладагентом в вакуумной камере, откачиваемой криогенным насосом, и обеспечении при этом сообщения между рабочей и вакуумной камерами, равновесная плотность изображающего газа, напускаемого в вакуумную камеру до стандартного давления 11 в ; 2) 10тор (это давление, при котором обеспечивается экономически целесообразная скорость расхода хладагента - 1; 2 смзмин ), внутри рабочей камеры оказывается согласно молекулярно-кинетической теории газов выше плотности газа в вакуумной камере примерно в то раз. Соответственно, враз возрастает автоионный ток и яркость изображения в предлагаемом микроскопе по сравнению с известным микроскопом. Снижение длины сво бодного пробега автоионов в рабочей камере вследствие повышения концентрации атомов изображающего газа вызывает необходимость уменьшения расстояния между острийным электродом и экраном по сравнению с известным микроскопом в соответствии с соотношением 1).Работает устройство следующим образом,11 осле откачки рабочей и вакуумнойкамеры осуществляется напуск изображающего газа в рабочую камсру до такого давления, при котором давление в вакуумной камере составляет 11-:-2) 1 Отор. Затем подается напряжение на электрол-образец и получается изображение на экране, которое анализируется или фиксируется, на.пример, фотографирование:.Как показали испытания, предложенноеустройство позволяет значительно повы 1 о сить яркость изображения на экране. Такпри заливке в рабочую камеру жидкого водорода и при стандартном давлении гелия в вакуумной камере 2 1 Отор. яркость изображения возрастает приблизительно в 5 раз по сравнению с известным микроскопом. При этом среднее время экспозиции без применения внешних усилителей яркости изображения снижается с 25 30 мин до 5 -6 мин при высоком качестве изображения, обеспечивающем атомное разрешер ние по всему полю изображения.Если по условиям эксперимента оказывается допустимой дисторсия и могут быть использованы внешние усилители яркости, то в предлагаемом микроскопе может быть достигнута та же яркость, что в известном микроскопе, при давлении во внешней вакуумной камере в несколько раз более низком 15 10 + тор); при таком давлении практически исключен приток тепла за счет теплопроводности газа, и скорость выкипания хладагента снижается приблизительно вдвое, т. е. может быть повышена и экономичность устроиства.Формула изобретенияАвтоионный микроскоп, содержащий рабочую камеру с высоковольтными вводами,находящимися в тепловом контакте с резервуаром с хладагентом, к которым крепитсяострийный электрод-образец, люминесцентный экран и систему напуска изображающего газа в рабочую камеру, отличающийсятем, что с целью повышения яркости изображения, он снабжен вакуумной камерой,причем рабочая камера установлена внут 4 з ри вакуумной камеры и выполнена с отверстиями, соединяющими полость рабочейкамеры с полостью вакуумной камеры.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе561. Мюллер Э., Цонь Т. Автоионная микроскопия, М., Металлургия, 1972, с. 176.2. Мюллер Э., Цонь Т Автоионная микроскопия, М., Металлургия, 1972, с. 124прототип) .