المجهر الالكترونى

                                           

مجهر إلكتروني

المِجْهَر الإلكتروني (نسبة للإلكترون وليس للإلكترونيات) أو مجهر الإلكترونات أدقّ مجهر اختُرع حتى اليوم، يعتمده الفيزيائيون للنظر في داخل الذرة وله تطبيقات كثيرة.

فحص الأشياء الدقيقة الحجم بواسطة المجهر الضوئي تتقيد بقوة التمييز لدى المجاهر الضوئية. فإذا تجاوزت قدرة التكبير 2000× تصبح صورة العينة غير واضحة أو ضبابية. ولفحص عينات أصغر من الخلايا، كمكونات الخلايا أو الفيروسات ، قد يختار العلماء واحداً من بضعة أنواع من المجاهر الإلكترونية. في المجهر الإلكتروني تقوم حزمة من الإلكترونات ، بدلا من شعاع الضوء، بإعطاء صورة مكبرة للعينة. المجاهر الإلكترونية أقوى بكثير من المجاهر الضوئية.ويرجع ذلك إلى أن طول الموجة المقترنة بالإلكترون أقصر كثيرا عن طول موجة الضوء المرئي. ويمكن لبعض المجاهر الإلكترونية أن تظهر حتى محيط ذرّات منفصلة في إحدى العينات، يقوم المجهر الإلكتروني النافذ (م.أ.ن) بإرسال حزمة من الإلكترونات عبر شريحة عينة رقيقة جداً، فيما تقوم عدسات مغناطيسية بتكبير الصورة وضبطها ورؤيتها على شاشة أو تسجيلها على لوح فوتوغرافي . و تنتج من هذه العملية صورة كتلك التي تراها في الصورة أ. يكبر المجهر الإلكتروني النافذ الأشياء حتى 200.000 مرة، لكن من سلبياته أنه لا يمكن استخدامه لمشاهدة العينات وهي حية.

أما المجهر الإلكتروني الماسح (م.أ.م) فيزودنا بصور مجسمة مدهشة كالتي تراها في الصورة ب. لا ضرورة لتقطيع العينة إلى شرائح من أجل رؤيتها، إنما يكفي رشها بطلاء معدني رقيق. تـُرسل حزمة من الإلكترونات لتسقط على سطح العينة، مما يدفع الطلاء المعدني إلى إطلاق وابل من الإلكترونات نحو شاشة فلورية أو لوحة تصوير فوتوغرافي، فتعطي صورة مكبرة لسطح الشيء. تستطيع المجاهر الإلكترونية الماسحة تكبير الأشياء حتى 100.000 مرة. ولا يمكن استخدامها لمشاهدة العينات وهي حية، كما هي الحال بالنسبة للمجهر الإلكتروني النافذ.

التاريخ

تم اختراع المجهر الالكتروني وتسليم أول براءة اختراع للعالم الفيزيائي الهنغاري ليو زيلارد الذي رفض صنعه .وبدلا من ذلك، قام الفيزيائي الألماني إرنست روسكا والمهندس الكهربائي ماكس نول بصنع النموذج الأولي للمجهر الإلكتروني في عام 1931 بقدرة 400 طاقة تكبير، كان الجهاز تطبيقاً عملياً وفعالاً لمبادئ الإلكترون المجهري.بعد ذلك بعامين، في عام 1933، بنى روسكا المجهر الإلكتروني الذي تجاوز الدقة التي بلغها مع مجهر بصري (عدسات).وعلاوة على ذلك، حصل راينولد ردينبيرغ مدير شركة سيمنز-سكاكيرتويرك على براءة اختراع للمجهر الإلكتروني في أيار/مايو 1931. اضطرت الأمراض العائلية إلى اختراع المجاهر الكهربائية وذلك لجعل الفيروسات مثل شلل الأطفال مرئية.

في عام 1932، قام ارنست لوبك من شركة سيمنز، وهالسك بصنع أول نموذج للمجهر الإلكتروني وحصلوا على الصور وتطبيق المفاهيم التي تم وصفها في تطبيقات براءة اختراع ردنبيرغ.بعد خمس سنوات (1937)، موّلت الشركة عمل ارنست روسكا وبودو فون بورس، ووظفت هيلمت روسكا(شقيق ارنست)لتطوير تطبيقات للمجهر، خاصة مع العينات البيولوجية.أيضاً في عام 1937، اخترعت مانفريد فون آردنا المجهر الالكترونى الماسح.تم صنع أول مجهر إلكتروني عملي في عام 1938، في جامعة تورنتو بواسطة إلي فرانكلين بورتون والطلاب كيسل هول، جيمس هيلير وألبرت بريبس، وقامت شركه سيمينز بإنتاج أول نسخة تجارية من المجهر الإلكتروني النافذ في عام 1939.وعلى الرغم من أن المجاهر الإلكترونية الحديثة قادرة على التكبير بقدرة مليوني طاقة تكبير، ولكن كأدوات علمية تظل مبنية على أساس النموذج الأولي لروسكا.

التكبير

يتميز المجهر الإلكتروني بتكبير أكبر بكثير عن التكبير الذي تصل إليه المجاهر الضوئية. وترجع تلك الكفاءة إلى أن المجهر الإلكتروني يستخدم شعاعا من الإلكترونات، ويستفيد من ازدواجية الالكترو ن كجسيم وموجة في نفس الوقت (ازدواج موجه –جسيم ويقوم المجهر بمعالجة شعاع الغلكترونات كما لو كان شعاعا ضوئيا مع الفارق أن المجهر الإلكتروني يستعمل عدسات مغناطيسيه لتحزيم وضبط شعاع الإلكترونات بدلا من العدسات الضوئية التي يستعملها المجهر الضوئي المعتاد. ونطرا لأن الغلكترونات لها طول موجة أقصر نحو 100.000 مرة من طول موجة الضوء العادي ففي استطاعتها رؤية أشياء أصغر بكثير عما "يراه" المجهر العادي. وتبلغ تكبير المجهر الإلكتروني نحو 2.000.000 مرة بينما يبلغ أقصى تكبير للمجهر الضوئي نحو 2000 مرة فقط.

نبذم مختصره عن انواع المجاهر

المجهر الضوئي :
1-العدسات العينية ( العدسات التي تواجه العين )
2-العدسات الشيئية ( 3 أو 4 عدسات مركبة على قرص دوار تواجه الشيء المراد فحصه )

3-المكثف ( أسفل المسرح يقوم بتجميع الأشعة الضوئية وتوجيهها نحو الشريحة ( .
4-مصدر ضوئي ( لمبة كهربائية مثبته في قاعدة المجهر( . 
قوة تكبير المجهر المركب = قوة تكبير العدسة العينية X  قوة تكبير العدسة الشيئية .

المجهر الألكتروني :
يحتوى المجهر الإلكتروني على الأدوات المنتجه للإلكترونات ، و المستخدمة لمسح العينه المراد فحصها ، هذهالإلأكترونات تتمثل في مدفعةالإلكترونات المنطلقه ، تمر بالعمود المفرغ تماما من الهواء ( حتى لا تعيق مرور الإلأكترونات ) ، وعند وصول الحزمة تصطدم بالعينه المراد فحصها ، حيث تنتج عدة اشعاعات منها الالكترونات الثانوية المسئولة عن انتاج خيال الصورة ، و أي اختلاف في كثافه الالكترونات الثانوية المنبعثه من العينة يظهر لنا اختلاف في البريق على الشاشة .

أما بالنسبه لعملية التحليل فإنه من بين الإشعاعات الصادرة من العينة ، أشعه مهمة تسمى بأشعة الليزر ( X-ray ) و الذي لها دور رئيسي في عملية التحليل ، حيث ان كل جزء من العينة و الذي يمثل عنصر معين تنبعث منه شعاع ليزر له طول موجي ( λ ) يختلف عن الجزء الآخر من العينة و الذي يمثل عنصر آخر . بالنهاية تكون النتيجه أننا نحصل على صورة مكبرة مئات الآلاف و في نفس الوقت نستطيع أن نقوم يتحليل أي جزء من العينة .

المجهر الأيوني :
أداة ذات قدرة هائلة على التكبير. فهو يكبِّر حتى مليوني مرة بدقة فائقة تمكن حتى من رؤية الذرات المفردة. ويستعمل العلماء المجهر الأيوني لدراسة فيزياء وكيمياء السطوح والشوائب في الفلزات. ويستعملونه أيضًا لمعرفة كيفية ترتُّب الذرات الفلزية لتكوين البلورات، وكيف تؤثر الغازات والإشعاعات في مثل هذه البلورات.
والجزء الرئيسي من المجهر الأيوني إبرة سن دقيقة مصنوعة من الفلز المراد فحصه. وهذه الإبرة أدق ألف مرة من رأس الدبوس العادي. وهي موجهة إلى شاشة فلورية مثبتة بالقرب منها. وتُظهر الشاشة أثناء تشغيل المجهر، صورة مكبرة لرأس الإبرة، وهذه الصورة نمط من النقط المضيئة اللامعة. وهذه النقط تُظهر ترتيب ذرات الفلز التي تشكل رأس الإبرة.
يعمل المجهر الأيوني بمبدأ الجذب والطرد الكهربائي. فالإبرة والشاشة محفوظتان في أنبوب زجاجي مفرّغ من الهواء، يحتوي على كمية صغيرة من غاز الهيليوم. وتنشئ فولتية كهربائية تصل إلى 30,000 فولت مجالاً كهربائيًا قويًا ما بين الإبرة والشاشة. والإبرة مشحونة بشحنة موجبة، وتجذب الإلكترونات من ذرات الهيليوم التي تنساق بإتجاه رأس الإبرة. وعندما تفقد ذرات الهيليوم الإلكترونات تصبح أيونات ذات شحنة موجبة. وبسبب ما فيها من شحنة موجبة، تُطْرَد الأيونات من الذرات التي تشكل رأس الإبرة المشحونة بشحنة موجبة. وعندها تطير الأيونات رأسًا إلى الشاشة ذات الشحنة السالبة. وحيثما تتماس مع الشاشة تُحدث توهجًا. وخلال انسياب الأيونات من الإبرة تنتشر على امتداد الشاشة بأكملها. وبهذه الطريقة تتولد صورة مكبرة لسطح رأس الإبرة، مظهرة ترتيب الذرات في البلورة الفلزية.