![image](https://habrastorage.org/files/230/11a/a4f/23011aa4ff2340fc8f11804d3d0113fb.jpg)
Позвонил мне как-то друг и говорит: нашёл интересную штуку, нужно привезти к тебе, весит полтонны. Так у меня появилась колонна от сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-50A. Её давно списали из какого-то НИИ и вывезли в металлолом. Электронику потеряли, а вот электронно-оптическую колонну вместе с вакуумной частью удалось спасти.
![](https://habrastorage.org/files/dbe/01a/a15/dbe01aa15dbc4f2fbaa15c0aa45eb9ac.jpg)
- Понять основы работы электронных микроскопов
- Разобраться в том, что такое вакуум, какой он бывает
- Как измеряют вакуум, как его получают
- Как работают высоковакуумные насосы
- Минимально разобраться в химии (какие растворители использовать для очистки вакуумной камеры, какое масло использовать для смазки вакуумных деталей)
- Освоить металлообработку (токарные и фрезерные работы) для изготовления всевозможных переходников и инструментов
- Разобраться с микроконтроллерами, схемотехникой их подключения
Имея на вооружении научный метод я попробую освоить совершенно новые области, которыми никогда не занимался ранее. Приглашаю сделать это вместе со мной.
Восстановление микроскопа после как минимум десятка лет — под катом.
DISCLAIMER: Помните, безопасность превыше всего! Я не несу никакой ответственности за то, что вы случайно нанесёте вред своему здоровью или создадите чёрную дыру, используя знания из этой статьи
Интересно не просто запустить старую железяку в рабочее состояние, но и проверить, возможно ли используя научный метод освоить совершенно новые области.
Поэтому прежде, чем что-то делать, всегда полезно понять, как оно работает.
Принципы работы электронных микроскопов
Есть два типа электронных микроскопов:
Просвечивающий электронный микроскоп
ПЭМ очень похож на обычный оптический, только исследуемый образец облучается не светом (фотонами), как в оптическом микроскопе, а электронами.
Длина волны электронного луча намного меньше, чем фотонного, поэтому можно получить существенно большее разрешение.
Фокусировка и управление электронным лучом осуществляется с помощью электромагнитных или электростатических линз. Им даже присущи те же искажения (хроматические аберрации), что и оптическим линзам, хотя природа физического взаимодействия совершенно иная. Она, кстати, добавляет ещё и новых искажений (закручивание электронов в линзе вдоль оси электронного пучка, чего не происходит с фотонами в оптическом микроскопе).
У ПЭМ есть недостатки: исследуемые образцы должны быть очень тонкие, тоньше 1 микрона, что не всегда удобно в домашних условиях. Например, чтобы посмотреть свой волос на просвет, его нужно разрезать вдоль хотя бы на 50 слоёв. Это связано с тем, что проникающая способность электронного луча гораздо хуже фотонного. К тому же, ПЭМ за редким исключением достаточно громоздки. Вот этот аппарат, изображённый ниже, вроде бы и не такой большой (хотя выше человеческого роста, и имеет цельную чугунную станину), но к нему идёт ещё блок питания размером с большой шкаф, итого занимая целую комнату.
![](https://habrastorage.org/files/4ad/8d4/3f5/4ad8d43f5353488f94c3cd535eb9a141.jpg)
Но разрешение ПЭМ — наивысшее. С помощью него (если сильно постараться) можно увидеть отдельные атомы вещества. (Фото отсюда).
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/9af/a35/9bb/9afa359bbca9eacd8b9d5050d470da15.jpg)
Особо полезно такое разрешение для идентификации возбудителя вирусного заболевания. Вся вирусная аналитика 20 века была построена на базе ПЭМ, и только с появлением более дешёвых методов диагностики популярных вирусов (напр. ПЦР), рутинное использование ПЭМов для этой цели уже не встречается.
Например, вот как выглядит грипп H1N1 «на просвет»: (фото отсюда)
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/811/cba/836/811cba836b75504db03298c4f13d243e.jpg)
Сканирующий электронный микроскоп
SEM применяется в основном для исследования поверхности образцов с очень высоким разрешением (увеличение в миллион крат, против 2 тысяч у оптических). А это уже гораздо полезнее в хозяйстве :)
К примеру, кто-то смотрит на новую зубную щётку:
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/876/fa2/005/876fa2005ba8662ce04234c4d92aa501.jpg)
В сканирующем микроскопе узко сфокусированный электронный луч «сканирует» поверхность образца точка-за-точкой, а всевозможные датчики улавливают то, что вылетает из образца после ударов электронами.
![image](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/7f5/6ac/480/7f56ac480327a001fe616640799579de.jpg)
Вылетать могут:
— электроны с различными энергиями
— оптическое излучение видимого, инфракрасного, ультрафиолеотового диапазонов
— рентгеновское излучение
—
Принцип работы сканирующего электронного микроскопа немного похож на работу электронно-лучевой трубки телевизора (в которой есть и глубокий вакуум, и электронная пушка, и система фокусирующих и отклоняющих линз). Вот, кстати, как он работает при съёмке 1000 кадр/с:
То же самое должно происходить и в электронно-оптической колонне микроскопа, только облучается образец, а не люминофор экрана, и изображение формируется на основе информации с датчиков (вторичных электронов, упруго-отражённых электронов, и прочих).
И кинескоп телевизора, и электронно-оптическая колонна микроскопа работают только под вакуумом.
Вдохновившись картинками, приступаем к работе.
Электронно-оптическая колонна
Электронно-оптическая колонна микроскопа — это вакуумная камера, в которой расположены:
- электронная пушка, испускающая электронный луч
- система электромагнитных линз, фокусирующих, сдвигающих, раскручивающих и перемещающих луч
- держатель для образца, с возможностью его перемещения и наклона по разным осям
- детекторы излучения различной природы — электронов, рентгеновского, светового диапазонов
- порты для подключения дополнительных устройств
- система управления вакуумом
Электронная пушка (со снятым цилиндром Венельта):
Управляемый предметный столик (расположен внутри колонны, доступ к нему через специальный шлюз, снаружи его расположение можно узнать по обилию ручек для перемещения и наклона)
![](https://habrastorage.org/files/1f5/946/f22/1f5946f2282f40808b6806bf9524eb1f.jpg)
I. Разборка, очистка, покраска
Самое первое, что захотелось сделать — это всё основательно отмыть и покрасить поржавевшие детали. Защитные кожухи сверху и сбоку были сняты, под ними оказалось ещё больше пыли, а сталь успела местами соржаветь от действия влаги и воздуха. Хорошо, что сама колонна сделана из нержавейки и так легко не окисляется.
Вакуумная часть (под колонной) в процессе разборки выглядела как-то так:
Снимаем снизу всю вакуумную арматуру, остатки блока управления вакуумом, диффузионный насос, зачищаем и красим дно полуматовой чёрной краской, чтобы было красиво. Сверху снимаем защитные кожухи, видим тридцатилетнюю пыль, всё моем, шкурим и красим. Вот было/стало для сравнения:
![](https://habrastorage.org/files/f33/d8f/b01/f33d8fb01e104862b5c0c5bda38ea375.jpg)
Разобравшись с железяками я разблокировал антивибрационную пружинную подвеску колонны и попробовал вывесить колонну в рабочее положение (двухсантиметровый стальной лист и несколько утяжелителей обеспечивают солидность покачивания).
Все части проекта:
- 2. «Про вакуум» — что это такое, как его получают и измеряют
- 3. Оборудуем гараж станками для обработки металла
- 4. Откачаем колонну до форвакуума
- 5. Восстанавливаем диффузионный насос и получаем высокий вакуум
- 6. Ставим катод и готовим колонну к запуску
- 7. Разбираемся с высоковольтным блоком
- 8. Разгоняем электроны
- 9. Захват изображения
- 10. Детекторы вторичных электронов,
история их разработки
А также смотрите видео на моём канале.
Жду ваших комментариев и вопросов, до встречи в следующих сериях!