Feldelektronenmikroskop

Kurzbeschreibung

Eine glühbirnenartige Vakuumröhre mit einem Außendurchmesser von etwa 10 cm hat eine Wolframelektrode mit sehr feiner Spitze (Durchmesser zwischen 2 und 4 Mikrometer), die in der Mitte der Kugel angebracht ist. Die Spitze ist aus einem Einkristall geätzt und deshalb verrundet. Sie dient als Kathode. Das Glas der Röhre ist innen mit einer fluoreszierenden Schicht versehen. Legt man eine hohe negative Spannung an die Spitze, dann treten Elektronen aus, werden im Feld der Spitze radial beschleunigt und erzeugen auf der Fluoreszenzschicht der Röhre ein Bild der Spitze. Außerdem ist in einem seitlichem Ansatz der Röhre eine Drahtwendel mit einer kleinen Blechwanne vorhanden, die mit einem Stückchen Barium gefüllt ist. Diese Anordnung dient einem doppelten Zweck. Zum einen bildet sie die Anode der Röhre, zum anderen kann die Wendel separat geheizt werden. Es werden dann Bariumatome frei die sich auf der Wolframspitze niederschlagen und die Elektronenemmission beeinflussen, so dass sie sich als leuchtende Punkte abbilden. Damit die Spitze von Bariumverunreinigungen wieder gereinigt werden kann, ist sie an einem Doppeldraht montiert, der sich durch Anlegen einer eigenen Spannung ausheizen lässt. Der Leuchtschirm des Feldionenmikroskops wird über die Fernsehanlage gezeigt.

Folgende Versuche können durchgeführt werden:
Das Bild der Wolframspitze erscheint nach dem Anlegen einer Beschleunigungsspannung von ca. 10 kV in etwa 500.000-facher Vergrößerung auf dem Leuchtschirm. Abstände von 20 bis 30 Angström werden bei dieser Vergrößerung aufgelöst.
Durch Heizen der Bariumanode gelangen mehr und mehr Bariumatome auf die Spitze. Man sieht sie als scharfe, hell leuchtende Punkte auf dem Muster das die Wolframspitze erzeugt
Die Bariumleuchtpunkte ändern von Zeit zu Zeit ihren Platz. Ursache ist die Temperaturbewegung der Spitze. Man kann diese "Brownsche" Bewegung noch verstärken indem man die Wolframspitze ein wenig heizt. Bald sieht man anstatt einzelner Punkte nur noch ein Gewimmel auf dem Bild der Spitze. Bei der Durchführung des Versuches muss man wie folgt vorgehen (siehe auch Schaltskizze):
Vor der Vorführung muss die Kathode ausgeheizt werden. Der Strom von 1,95 ± 0,05 A soll nur für etwa 60 s fließen. Er soll langsam hoch und wieder zurückgefahren werden, wobei keine Hochspannung anliegen darf. Wenn man jedoch die Zuleitungen bklemmt, unbedingt darauf achten, dass keine Öffnungsfunken entstehen!
Die Anodenheizung zum Freisetzen von Barium sollte nicht länger als 15 sec. ingeschaltet werden ( Heizspannung 0,7 V bis 1,2 V). Auch hier fährt man die Heizung langsam mit einem Stelltrafo hoch und zurück, sobald man Bariumleuchtpunkte auf der Spitze sieht.
Die Steigerung der Temperaturbewegung mit Hilfe der Kathodenheizung muss sehr vorsichtig geschehen. Die Kathode soll nicht glühen.

Betriebsanleitungen: Lampen, Elektrogeräte, Hochspannungsnetzgeräte, Hochspannungsröhren

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