5.3.1 Термоэлектронная пушка
LaB6 является единственным термоэлектронным источником, использующимся в современных ПЭМ. Кристалла LaB6 используется в качестве катода в триодной электронной пушке как показано на рисунке 5.1.
В дополнение к катоду, в пушке находится сетка называемая цилиндром Венельта и анод с отверстием в центре, находящийся под потенциалом земли. Как эти три компонента выглядят на практике показано, на рисунке 5.2, где все они показаны разделено. Катод крепится к высоковольтному кабелю, который, в свою очередь, подключается к высоковольтному источнику питания. Кристалл LaB6 присоединен к металлической проволоке из рения, которая нагревается током, вызывая термоэлектронную эмиссию.
Электроны, покидающие катод, имеют отрицательный потенциал независимо от выбранного ускоряющего напряжения (например, 100 кВ) по отношению к заземленному аноду. Таким образом, они ускоряются этой разностью потенциалов, приобретая энергию 100 кэВ и скорость больше половины скорости света. Теперь, чтобы получить контролируемый пучок электронов через отверстие в аноде идущий далее в микроскоп, мы прикладываем небольшое отрицательное напряжение смещение на цилиндр Венельта.
Электроны, эмитируемые из катода, под действием отрицательного поля Венельта сходятся в точку между Венельтом и анодом, называемую кроссовером, как показано на рисунке 5.1. Мы могли бы управлять нагревом катода и напряжением смещения на Венельте независимо, но электронная схема пушки разработана таким образом, что при увеличении тока эмиссии, увеличивается напряжение смещения на Венельте; эта схема называется самосмещающейся пушкой. Результат такой схемы показан на рисунке 5.3, на котором изображено график зависимости тока эмиссии (ie) от тока используемого для нагрева катода (if). Как можно видеть, ie достигает максимума, и дальнейшее увеличение тока if не приводит к увеличению тока эмиссии. Это условие называется условием насыщения и все термоэлектронные источники должны работать на уровне или чуть ниже насыщения. Нагрев выше насыщения снижает время жизни источника без какого-либо компенсирующего преимущества, работа значительно ниже насыщения уменьшает ток в образце, тем самым снижая интенсивность всех сигналов, поступающих из образца.
