LEYBOLD DIDACTIC GMBH Mode d`emploi 554 60 Instrucciones de
Contents
1. Image de la pointe en tungst ne pour une cathode froide fig 4 pour une cathode chauff e fig 5 Imagen de la punta de wolframio cuando el c todo est fr o Fig 4 y cuando el c todo est caliente Fig 5 Es especialmente importante el ubicar sobre la superficie de wolframio tomos y mol culas de otras substancias para su observaci n Los gases remanentes en el bulbo no son ade cuados para tal prop sito ya que debe tratarse de part culas muy grandes Para ello son especialmente apropiados los to mos de bario Si con la alta tensi n conectada el dep sito de bario en el bulbo se calienta hasta que se evapore se deposita r n algunos tomos en la fina punta del c todo entonces algu nos puntitos muy luminosos centellear n en la imagen ya cono cida del c todo de wolframio cayendo cada vez con mayor intensidad como copos de nieve sobre la punta Para este ex perimento no debe evaporarse demasiado bario sino que se debe desconectar la calefacci n poco despu s de haberla prendido En numerosos experimentos realizados seg n distin tos m todos el profesor Dr E W M ller ha podido demostrar que estos puntos luminosos son im genes de tomos de bario aislados Los tomos de bario depositados sobre la punta de wolframio se distinguen con claridad especialmente sobre los sectores que aparecen m s oscuros procedentes del ret culo cristalino del wolframio As por ejemplo se los encuentra sobre el2. Physique Chimie Biologie Technique 4 96 A Sf Fig 1 1 Remarques de s curit A1 PTA LEYBOLD LEYBOLD DIDACTIC GMBH Mode d emploi 554 60 Instrucciones de servicio Microscope mission froide Microscopio de emisi n de campo 1 Instrucciones de seguridad e Veuillez rigoureusement observer les directives du para graphe 4 page 4 6 afin d exclure toute fausse manoeuvre susceptible d endommager l instrument e N utilisez pour vos montages exp rimentaux que les appa reils que nous vous proposons Cela s applique tout particuli rement l alimentation haute tension et la source de tension de chauffage r sistant la haute tension voir paragraphe 4 1 e Le microscope mission froide est un metteur parasite dans l esprit du d cret sur les rayons X En cas de fonctionnement avec les alimentations haute ten sion 10 kV indiqu es 521 70 et 522 37 il est garanti que le taux de dose des rayons X mis est inf rieur la valeur limite autoris e Cela s applique aux microscopes mission froide avec une pointe en tungst ne en bon tat donnant une image identique celle de la fig 4 5 Un microscope mission froide avec une pointe en tungs t ne d fectueuse sur l cran pas d image r guli re com me celle de la fig 4 5 mais des ph nom nes de lumines cence nettement d limit s ne doit plus fonctionner avec des tensions anodiques
3. cran fluorescent 3 Funcionamiento La diferencia entre un microscopio de emisi n de campo y un microscopio electr nico que trabaja con lentes electrost ticas y electromagn ticas consiste esencialmente en dos puntos e Como fuente de electrones el microscopio de emisi n de campo ya no utiliza un alambre incandescente sino una pun ta extraordinariamente fina La imagen ya no es la de un ob jeto ubicado en la trayectoria de los rayos sino que se repre senta justamente la superficie de esta punta que emite elec trones gracias a la distribuci n de campo existente alrede dor de ella e Entre el c todo semiesf rico y el segmento esf rico del bul bo conc ntrico a aquel se produce un campo sim trico esf rico cuyas l neas de fuerza se proyectan divergentemente en l nea recta En las proximidades de la superficie del c to do la intensidad de campo alcanza valores muy altos Por eje mplo con un radio del c todo de R 10 m y una tensi n de U 10 V la intensidad de campo ser a de 10 10 V m Estas inten sidades de campo no pueden ser mantenidas bajo condiciones normales A la presi n atmosf rica la intensidad de ruptura en aire de aprox 2 10 V m hasta 3 10 V m limita la intensidad de campo en la superficie esf rica Esta intensidad de campo tampoco se supera con una baja presi n mientras se pueda presentar una descarga espont nea con los gases remanentes que se encuentran en el bulbo S lo en un b
4. s radiale ment de la calotte h misph rique vers l ext rieur au voisinage de la pointe Les lectrons se d placent radialement vers l cran dans un vide tr s pouss pratiquement sans se heurter effet tunnel Deux lectrons s cartant de la pointe h misph rique de la cathode avec un cart lin aire arrivent sur l cran fluorescent avec un cart lin aire A Pour un tel microscope le grossisse ment G A O est simplement gal au quotient des rayons de courbure de l ampoule en verre et de la pointe G sid A Si le rayon de courbure r de la pointe s l ve comme on peut pratiquement le r aliser 0 1 0 2 um et celui de l ampoule en verre R 5cmonaG 5 10 2 5 10 Le plus fort grossissement pouvant tre obtenu avec le microscope mis sion froide est de l ordre d env 1 million de fois d passant de loin le grossissement des microscopes lectroniques Dans les conditions nonc es ci dessus le microscope mis sion froide permet encore de distinguer les points distants de 0 5 mm sur l cran fluorescent c d des points distants de seulement 1 10 m 2 10 m sur la pointe cathodique h misph rique De telles distances sont d j de l ordre de gran deur des dimensions atomiques C est ainsi par ex qu le dia m tre d un atome de baryum s l ve env 0 4 10 m Le microscope a mission froide peut donc donner l image de telles grandeurs atomiques sur l
5. c todo en el cual se evapora bario e y cuando se crea conveniente Para la calefacci n se requiere una corriente de 1 6 hasta 1 8 A Esta corriente debe regularse desde 0 hasta el valor m ximo y debe circular aprox 1 min Como la punta es muy sensible y puede ser destruida con gran facilidad es necesario llevar a cabo el calentamiento con mu cho cuidado debiendo tenerse en cuenta especialmente los si guientes puntos Jam s deben conectarse simult neamente la alta tensi n y la corriente de calentamiento del c todo con su valor m ximo Antes de cada calentamiento es necesario eliminar la carga remanente de la fuente de alta tensi n Jam s debe conectarse inmediatamente la corriente de calentamiento con su valor m ximo sino que debe aumen tarse lentamente observando el amper metro para Iw no se debe sobrepasar nunca 1 9 A Si se presentan fen menos luminosos anormales se deber desconectar inmediatamente la alta tensi n y proceder a calentar del c todo Si al operar el equipo o al ponerlo en funcionamiento la lumino sidad sobre la pantalla se concentra formando una mancha pe que a muy luminosa la punta del c todo no ha sido suficiente mente calentada Entonces debe calentarse nuevamente el c todo luego de haber desconectado la alta tensi n Si este fen meno sucede con mucha frecuencia puede conectarse la cor riente de calentamiento durante un per odo m ximo de 5 min La conexi n el
6. de emisi n relativamente alto estas zonas aparecen como manchas obscuras en la imagen de las puntas limpias en el microscopio de emisi n de campo Datos t cnicos Magnificaci n aprox 500 000 veces Poder de resoluci n 2a3nm Radio de curvatura de la punta de wolframio 0 1 a0 2 um Di m del bulbo 10cm Presi n aprox 10 hPa equiv 107 mbar t pica de 4 kV a 8 kV aprox 10 uA Tensi n del nodo Ua Corriente del nodo a Corriente Iw para calentar la punta de wolframio Corriente g para la calefacci n del dep sito de bario 1 6 A hasta 1 8 A m x 1 9 A 7 5 A hasta m x 8 A 3 Fonctionnement La diff rence entre le microscope a mission froide et un micros cope lectronique travaillant avec des lentilles lectrostatiques ou lectromagn tiques r side pour lessentiel dans les deux points suivants e En tant que source d lectrons le microscope mission froi de n utilise pas un filament incandescent mais une pointe en tungst ne extr mement fine En outre limage n est plus form e par un objet interpos sur le trajet des lectrons mais par l mission de cette pointe en tungst ne ou des sels d pos s sa surface sous l influence du champ cr autour d elle e y a repr sentation entre la pointe h misph rique de la cat hode et la calotte en verre concentrique du tube de l tablis sement d un champ sym trique de forme sph rique dont les lignes de force divergent de
7. poner la alta tensi n a cero y esperar el retorno de la tensi n de salida al cero en el caso de la fuente de alimentaci n de 10 kV 521 70 despu s de m x 30 s en caso necesario poner a tierra la salida 4 3 Alimentation en tension de chauffage La haute tension de chauffage doit poss der une r sistance di lectrique suffisante Le transformateur d exp riences con vient tr s bien ce qui n est pas le cas de la plupart des autres transformateurs Les amp rem tres servant contr ler le cou rant de chauffage doivent tre plac s sur une assise bien iso l e par ex sur une plaque de verre 664 196 4 3 1 Etuvage de la cathode ll faut tuver la cathode avant de r aliser une exp rience pour la premi re fois apr s chaque vaporisation de baryum et enfin chaque fois que cela s av re n cessaire On le fait alors que le tube est hors tension Ua 0 afin de d barrasser la pointe des atomes trangers qui ont t absor b s Il faut pour l tuvage un courant de 1 6 1 8 A qui doit tre r gl en continu de z ro la valeur maximale le courant doit passer pendant environ 1 minute Comme la pointe cathodique est ultrasensible et pourrait tre facilement d truite cet tuvage doit tre r alis avec minutie en tenant compte des points suivants Ne jamais appliquer simultan ment haute tension et cou rant de chauffage de la cathode Avant chaque tuvage li miner la charge r siduelle de la s
8. s Pendant le chauffage observer la cuvette annulaire contenant la r serve de baryum ainsi que l image de l cran au bout d env 30 s la cuvette prend une teinte rouge sombre et peu apr s on aper oit un l ger mouvement dans l image verte de l cran lumineux Quelques secondes plus tard il appara t de nombreux points sombres autour des grands points de la struc ture du r seau Couper alors le chauffage de la r serve de ba ryum Cette r serve est suffisante pour plus de 50 vaporisations Apr s le d p t du baryum sur la pointe cathodique on peut pour observer l agitation thermique des atomes chauffer celle 4 3 Fuentes de tensi n para el calentamiento La fuente de calentamiento para la reserva de bario a la que se le aplica alta tensi n debe tener una resistencia de aislamiento suficientemente grande El transformador de experimentaci n Leybold se presta mucho mejor para tal fin que otros transfor madores Los amper metros para el monitoreo de la corriente de calefacci n lsa deben estar bien aislados es conveniente por ejemplo colocarlos sobre una placa de vidrio 664 196 4 3 1 Calentamiento del c todo La calefacci n se realiza cuando el tubo no se encuentra bajo alta tensi n Ua 0 y sirve para limpiar la punta de wolframio de tomos extra os absorbidos El c todo debe ser calentado e antes de experimentar por primera vez con el en ese d a e despu s de realizar una demostraci n con un
9. se obtiene un valor para G 5 10 hasta 2 5 10 El aumento m ximo que puede alcanzarse con el microscopio de emisi n de campo es de aproximadamente un mill n de veces Este aumento supera considerablemente al que puede obten erse con el microscopio electr nico de transmisi n Bajo las condiciones descritas para distancias en la pantalla luminosa de unos 0 5 mm el microscopio de emisi n de campo puede separar dos puntos ubicados en la superficie semiesf rica de la punta a una distancia de 1 10 m hasta 2 10 m Tales distancias ya son del orden de magnitud de las dimensiones at micas As por ejemplo el di metro esf rico de un tomo de bario es de aprox 0 4 10 m De esta forma con el microsco pio de emisi n de campo se pueden obtener sobre la pantalla fluorescente im genes de tales magnitudes at micas 4 Mise en service 4 Puesta en funcionamiento Important Veuillez respecter les remarques de s curit sp cifi es a la page 1 du pr sent mode d emploi Importante Observar las instrucciones de seguridad de la p g 1 4 1 Accessoires n cessaires circuit voir fig 3 Haute tension 1 alimentation haute tension 10 kV 521 70 ou 1 alimentation haute tension 10 kV 522 37 Tensions de chauffage 1 source r glable TBT r sistant la haute tension charge admissible 10 A pour le chauffage du baryum 1 noyau en U avec joug 562 11 1 dispositif de fixation 562 12 1 bobine
10. a ar el aparato Para el montaje experimental deben utilizarse solamente aquellos aparatos que han sido propuestos por nosotros Esto es v lido en particular para la alimentaci n de alta ten si n y la fuente de tensi n de calentamiento a prueba de alta tensi n v ase la secci n 4 1 El microscopio de emisi n de campo es una fuente de perturba ci n si se tiene en cuenta la reglamentaci n para los rayos X Al ser operado con las fuentes de alimentaci n de alta ten si n de 10 kV indicadas 521 70 y 522 37 se ha asegura do que la intensidad de dosis de la radiaci n X emitida no sobrepase los valores l mites permitidos Esto se cumple si la punta de wolframio del microscopio no est da ada en tal caso suministra una imagen como se ilustra en la Fig 4 5 Un microscopio con punta de wolframio defectuosa sobre la pantalla no se tiene la imagen homog nea que se mue stra en la Fig 4 5 sino aparecen efectos luminoso de con tornos bastante agudos no debe ser operado con tensio nes de nodo mayores que 5 kV bajo condiciones desfa vorables se pueden presentar intensidades de dosis a causa de la generaci n de rayos X producidos por el microscopio de emisi n de campo Despu s de cada pausa durante el experimento debe lim piarse primero el c todo calent ndolo seg n la prescripi n durante 60 s Mayores impurezas sobre el c todo provoca das por gases remanentes absorbidos influyen en forma perjudicial sobre la dura
11. anular Calefacci n para el dep sito de bario Pantalla La Fig 2 muestra la representaci n esquem tica de un micros copio de emisi n de campo En el interior del bulbo de vidrio similar a una l mpara incandescente en el centro de la pantalla fluorescente 4 ubicada en el interior se encuentra el c todo el que termina en una fina punta En la Fig 2 se muestra un dibujo aumentado de esta punta de un alambre de wolframio doblado en forma de lazo Los dos extremos de este alambre est n conectados con el portal mparas E 27 A un costado de la punta se encuentra se encuentra el nodo 2 con la concavi dad anular calentable en la que est depuesto el bario El nodo y la calefacci n del bario est n conectados con un portal mpa ras E 14 En el interior del bulbo de vidrio se ha creado un vac o muy alto y se ha cerrado por fundici n El di metro de la punta del c todo de wolframio es m s pe que o que una longitud de onda de la luz visible Este tipo de puntas tan finas es fabricado mediante procesos corrosivos y las innomogeneidades restantes son redondeadas mediante calentamiento al rojo en alto vac o Despu s del tratamiento al rojo el monocristal de la punta no aparece como poliedro angu loso sino en concordancia con la teor a como una forma re dondeada de resoluci n En sta las zonas aplanadas repre sentan las llamadas superficies de equilibrio 011 001 112 Por el aplanado y el trabajo
12. ar une douille E 14 L ampoule en verre a t vacu e un vide tr s pouss puis scell e Le diam tre de la cathode en tungst ne est sa pointe plus petit qu une longueur d onde de la lumi re visible Des pointes d une telle finesse sont obtenues par corrosion et leur forme tout d abord encore irr guli re est arrondie en rougissant les pointes dans Pultravide Le monocristal de la pointe n appara t pas apr s ce traitement sous la forme d un poly dre anguleux mais en accord avec la th orie en forme arrondie de dissocia tion Les zones aplaties sur celle ci repr sentent les faces forme dite d quilibre 011 001 112 A cause de l aplatis sement et du travail d mission relativement lev ces zones apparaissent sur la figure de la pointe propre du microscope sous forme de taches fonc es Caract ristiques techniques Grossissement env 500 000 fois Pouvoir s parateur 2a3nm Rayon de courbure de la pointe en tungst ne 0 1 0 2 um Diam tre de l ampoule 10cm Pression env 10 bar Tension anodique Ua typiquement de 4 8 kV Courant anodique la env 10 pA Courant k pour le chauffage de la pointe en tungst ne Courant lg pour le chauffage de la r serve de baryum 1 6 A 1 8 A max 1 9 A 7 5 A max 8 A Fig 2 Representaci n esquem tica del microscopio de emisi n de campo D C todo punta de wolframio 2 Anodo con dep sito de bario en una concavidad en forma
13. ci n del tubo Calentamiento del bario 7 5 A hasta 8 A hasta que se vea un rojo incandescente d bil Colocar el amper metro sobre una base aislante por ej una placa de vidrio Si el bario se evapora de forma intensa el tubo puede ser da ado completamente Calentamiento del c todo 1 6 A hasta 1 8 A m ximo 1 9 A Emplear un instrumento medidor de la clase 1 5 o uno me jor rango de medici n lt 3 A La duraci n til del c todo se prolonga utilizando una cor riente de calentamiento lo m s peque a posible Una corriente mayor a 1 9 A puede causar la evaporaci n del wolframio con ello el c todo se da ar a inmediatamente Ev tese la conexi n repentina de alta tensi n Debe cuidarse que el contacto en los portatubos sea bueno La pantalla fluorescente debe protegerse de la luz solar directa Por estar evacuado el tubo debe tenerse en cuenta que en el caso de un deterioro mec nico los fragmentos de vidrio despedidos pueden ser de peligro plus disponible o no se suministra m s Le microscope mission froide permet d observer la surface d un monocristal de tungst ne grossi d environ 500 000 fois gr ce la propri t des particules d mettre des lectrons qui donnent de celles ci une image compos e de parties obscures et de parties lumineuses Ce grossissement extraordinairement lev et un pouvoir s parateur de 2 nm 3 nm permettent une observation directe des atomes de bar
14. ctrica entre el terminal del nodo y la pantalla fluorescente que act a como nodo se efect a a trav s de la pel cula de bario que recubre el interior del bulbo y por electro nes secundarios Despu s de un per odo bastante largo sin ha ber empleado el microscopio de emisi n de campo y despu s de haber calentado la punta puede ser necesario evaporar ba rio para obtener una imagen en la pantalla fluorescente 4 3 2 Evaporaci n de bario Ajustar la corriente de calentamiento ga en aprox 7 5 a 8 0 A comenzando en 0 eventualmente se deber reajustar despu s La duraci n de la calefacci n es de aprox 30 a 60 s Observar el recipiente anular con el bario as como la imagen de la pantalla durante el procedimiento de calentamiento despu s de aprox 30 s se ve que el anillo en el saliente lateral del bulbo se torna rojo oscuro y poco despu s se observa un ligero movimien to en la imagen iluminada de verde en la pantalla Despu s de algunos segundos se ven numerosos puntos luminosos alrededor de los grandes puntos oscuros de la estructura de la rejilla En este momento se debe suspender el calentamiento del bario El dep sito de bario basta para m s de 50 evaporaciones Para ci l g rement en m me temps qu on applique la haute tension Il ne faut lever la tension de chauffage que jusqu ce qu il se produise un actif mouvement scintillant des atomes de baryum la cathode ne devant jamais d passer une incand
15. de la punta y pasa por el cenit de su semiesfera Esta direcci n 110 est indica da en la Fig 6 por una l nea interrumpida El plano perpendicular que le corresponde lleva seg n la nomenclatura cristalogr fica la designaci n 110 De este plano salen como puede apreciarse en las Fig 4 y 5 solamente unos pocos electrones ya que en el centro de la imagen se halla un punto oscuro En esta direcci n el trabajo de emisi n es algo mayor Tambi n en los dem s puntos oscuros en la imagen electr nica ordenados sim tricamente se pueden precisar con claridad las direcciones y los planos del cristal Esta situaci n se representa en la Fig 7 mediante una proyecci n paralela La imagen de la punta de wolframio en el microscopio de emisi n de campo representa un cap tulo interesante de la cristalograf a de redes cristalinas sencillas Como demuestra la diferencia entre las Figs 4 y 5 el m s leve movimiento sobre la superficie de la punta provoca ya una variaci n notable de las condiciones de emisi n del c todo Estas variaciones pueden acentuarse a n m s si se calienta el c todo en el campo el ctrico En este caso se presentan m s lugares luminosos y oscuros sobre la pantalla fluorescente Es peligroso sin embargo dejarse llevar por estos in teresantes fen menos y calentar la punta hasta la incandescencia visible bajo alta tensi n porque sta puede destruirse 5 2 Visualizaci n de tomos individuales Fig 4 5
16. de plus de 5 kV dans des conditions d favorables il peut survenir des taux de dose lev s con s cutifs au rayonnement X g n r dans le microscope mission froide e Apr s chaque exp rience nettoyer la cathode en la chauf fant pendant 60 s ainsi que prescrit De forts encrasse ments de la cathode par des gaz r siduels absorb s com promettent la long vit du tube e Chauffage du baryum 7 5 A 8 A jusqu apparition d une faible incandescence rou ge Placer lamp rem tre sur un support isolant par ex une plaque en verre Une forte vaporation de baryum rend le tube inutilisable e Chauffage de la cathode 1 6 A 1 8 A maximum 1 9 A Utiliser un instrument de mesure de la classe 1 5 ou mie ux plage de mesure lt 3 A La long vit de la cathode est prolong e si le courant de chauffage est le plus faible possible Un courant sup rieur 1 9 A risque de susciter l vapora tion du tungst ne et donc la destruction imm diate de la cat hode e Evitez d appliquer brusquement la haute tension Veillez au bon contact des connexions culots Pr servez l cran fluo rescent de la lumi re solaire directe e Noubliez pas que le tube est vacu tout endommagement m canique du tube peut tre dangereux cause de la pr sence d clats de verre e Por favor observar estrictamente las indicaciones para el manejo de la secci n 4 p gs 4 a 6 para excluir errores en el servicio que pudieran d
17. e torna tan in tenso que ya no es posible observar all tomos de bario aisla dos Entonces se comienzan a mover las im genes de tomos de bario visibles en las superficies claras Debido al intenso movimiento t rmico ya no es posible la ob servaci n de im genes aisladas Ahora aparece un centelleo intenso Aumentando la temperatura del c todo desaparecen cada vez m s los tomos de bario desde las superficies claras para concentrarse en puntos caracter sticos entre las superfi cies oscuras de la imagen de la pantalla En estos lugares los tomos de bario se encuentran en un movimiento vibratorio muy fuerte No es aconsejable aumentar a n m s la tempera tura ya que durante esta ltima observaci n el c todo se ha calentado hasta llegar a la incandescencia roja oscura d bil En un experimento adicional puede evaporarse un poco m s de bario Para ello se desconecta la alta tensi n durante la evaporaci n para que los tomos de bario que pasan por la punta no sean atra dos hacia el lado opuesto de la punta debido al campo el ctrico Al conectar nuevamente la alta tensi n poco tiempo despu s de haber realizado la evaporaci n se observa claramente que los tomos de bario se han depositado solamente sobre la su perficie de la punta ubicada frente al dep sito de bario All pue den encontrarse dispuestos en una capa de varios tomos La imagen sobre la pantalla fluorescente se caracteriza entonces por un borde
18. ement les atomes de baryum vaporis s sur la pointe en tungst ne des zones de taches fonc es appar tenant au r seau cristallin du tungst ne On les reconna t par ex sur le point fonc central correspondant l axe 110 sur la p riph rie la limite du champ visuel on aper oit distinctement les axes 011 101 101 et 011 bord s par les images bril lantes des atomes de baryum On distingue m me ces derniers sur les plages claires interm diaires Si on augmente maintenant tout doucement le courant k pour le chauffage de la cathode en tungst ne en partant de O V on observar el movimiento t rmico at mico puede calentarse d bilmente la punta del c todo estando conectada la alta tensi n y luego de haber vaporizado bario sobre la punta Para ello la tensi n de calefacci n no debe superar el valor al cual los to mos de bario comienzan a presentar un fuerte movimiento vi bratorio Sin embargo la incandescencia m xima del c todo no debe pasar de un rojo oscuro d bil 5 Experimentos 5 1 Imagen de la punta de wolframio La fina punta de s lo 0 1 a 0 2 um de radio consiste de un monocri stal de wolframio La estructura cristalina de este metal es c bica centrada en el cuerpo Su cubo elemental est representado en la Fig 6 La longitud de arista es de 0 316 nm Por el proceso de fabricaci n la orientaci n de los ejes del cristal es tal que una dia gonal del cubo coincide con el sentido longitudinal
19. ermique on ne peut plus distinguer chaque image s par ment on ne voit plus qu un agr gat lumi neux soumis une vive agitation Si on augmente encore la temp rature de la cathode les atomes de baryum disparais sent de plus en plus des taches claires et sont au contraire en grand nombre et tr s agit s sur les zones fonc es A partir de ce moment il est recommand de ne plus lever la temp rature de la cathode dont l incandescence est d j port e au rouge fonc Dans une seconde exp rience on peut maintenant l g rement augmenter la quantit de baryum vaporis Pour ce faire il faut d brancher la haute tension pendant la vaporisation Cet arr t a pour but d emp cher le champ lectrique d attirer les atomes de baryum passant proximit de la pointe dans une direction oppos e celle ci Si on enclenche nouveau la haute tension peu apr s la vapo risation on s apercoit que les atomes de baryum sont seule ment d pos s du c t faisant face au filament anodique on peut ainsi obtenir plusieurs couches d atomes superpos es L image observ e sur l cran fluorescent se caract rise par un bord lumineux clair correspondant aux bords sensiblement mono atomiques de la couche de baryum d pos e par vaporisation En chauffant on peut maintenant r partir de fa on uniforme sur tout l h misph re cathodique la grande quantit de baryum de pos e Ici aussi on commence avec une tr s basse tension de chau
20. escence l gerement rouge fonc 5 Exp riences 5 1 Image de la pointe en tungst ne La fine pointe a un rayon de 0 1 0 2 um et est constitu e d un monocristal de tungst ne La structure du r seau de ce m tal est cubique centr e et la fig 6 repr sente un cube l mentaire de ce r seau Son ar te a une longueur de 0 316 nm L orienta tion des axes cristallins est d termin e par le proc d de pr paration des cristaux elle est telle que la diagonale de lune des faces du cube traverse le sommet de la calotte parall le ment la direction longitudinale de la pointe Cette direction 110 est trac e en pointill s sur la fig 6 Le plan perpendiculaire cette diagonale est d sign par 110 conform ment la nomenclature utilis e en cristallographie Les fig 4 et 5 r ve lent que ce plan n met que tr s peu d lectrons puisqu un point fonc se trouve au centre de l image Il faut mettre en jeu une nergie un peu plus lev e pour mettre dans cette direction On peut galement faire correspondre les autres points fonc s dis pos s sur limage sym triquement aux directions ou aux plans du cristal C est ce que montre la fig 7 en projection parall le L image de la pointe en tungst ne fournie par le microscope mission froide permet d tudier un int ressant chapitre de la cristallographie des r seaux simples Comme il ressort de la diff rence entre les fig 4 et 5 la moindre souillure de la su
21. etros MB 3 A c a y 10 A c a clase de precisi n 1 5 por ej mult metro de demostraci n 531 911 1 Placa de vidrio base aislante para la medici n de la corriente g por ej 664 196 1 caja de conexi n de seguridad 502 06 1 portal mparas E 27 sobre v stago 451 18 1 portal mparas E 14 505 68 1 base de soporte en forma de V 20 cm de largo 300 02 no se suministra m s max 1 9A SO SOS Z Ss pon U oo oo o 7 5A lt lt 8 0A 5V Fig 3 4 2 Alimentation en haute tension Il est important de ne brancher la haute tension qu apres avoir tuv la pointe en tungst ne La haute tension doit tre appli qu e progressivement en partant de la valeur z ro jusqu obten tion d une image suffisamment claire dans la pi ce assombrie Avant chaque tuvage de la cathode H ramener la haute ten sion z ro et attendre la baisse de la tension de sortie jusqu z ro avec l alimentation 10 kV 521 70 au bout de max 30 s si besoin est relier la sortie la terre 4 2 Fuente de alta tensi n Es importante encender la alta tensi n despu s de calentar la punta de wolframio y aumentar la tensi n partiendo desde el valor cero lentamente hasta alcanzar una imagen clara en el ambiente oscuro Antes de cada calentamiento del c todo
22. fa on rectiligne L intensit du champ atteint au voisinage de la surface cathodique des valeurs tr s lev es A titre d exemple citons l intensit du champ qui s l everait 101 V m pour un rayon de courbure cathodique R 10 6 metune tension U 104 V Or de telles intensit s de champ ne peuvent pas tre maintenues dans des conditions normales L intensit du champ sur la surface sph rique est limit e sous la pression atmosph rique par l intensit de rupture dans lair qui est de Pordre de 2 10 V m 3 10 V m Cette valeur ne peut pas tre d pass e m me pression r duite tant qu il peut se produire une d charge spontan e dans les gaz r siduels Mais si l on utilise un tube dans lequel le vide a t pouss l aide des moyens modernes 10 hPa une telle d charge spontan e ne peut plus avoir lieu l intensit du champ peut alors prendre une valeur lev e sur une fine pointe h misph rique Lorsque l intensit du champ atteint sur la pointe polaris e n gativement un ordre de grandeur de quelques 10 V m le m tal peut alors mettre dans le vide des lectrons de conduction Cette mis sion d lectrons par la surface m tallique est un ph nom ne physique explicable seulement par la m canique ondulatoire En sortant de la fine pointe cathodique sous l action de l mission froide ces lectrons se d placent dans la direction des lignes de force du champ lectrique qui partent peu pr
23. ffage cathodique et on observe comment les atomes de baryum migrent de plus en plus sur la partie non couverte de h misph re Durant cette migration la plupart des zones fon c es de l image du tungst ne restent compl tement sombres parce qu elles proviennent de zones dans lesquelles les ato mes de baryum ne s journent pas On trouve plut t le baryum comme dans l exp rience d crite plus haut sous la forme d une granulation fluctuante sur les parties claires de l image Celda elemental de la red cristalina del wolframio Direcciones cristalogr ficas de la red del wolframio sobre el bulbo semiesf rico del microscopio de emisi n de campo vistas en proyecci n paralela Fig 6 Fig 7 servarse los tomos de bario en las zonas m s luminosas Si se eleva lentamente la corriente Iw para la calefacci n del c todo de wolframio desde O V es posible observar el movi miento de los tomos de bario sobre las superficies cristalinas de la punta de wolframio Primero los tomos de bario situados en las zonas exteriores de la imagen comienzan a cambiar de posici n con frecuencia cada vez mayor luego les siguen los tomos ubicados en la zona central El movimiento lateral pro piamente dicho no puede reconocerse ya que la velocidad es demasiado grande Lo que se observa es el centelleo luego de un cambio de posici n Al aumentar un poco m s la temperatura el movimiento de los tomos de bario sobre las superficies oscuras s
24. muy luminoso Este proviene de los l mites aproxi madamente monoat micos de la cantidad de bario evaporada Ahora es posible distribuir una mayor cantidad de bario sobre todo el c todo de wolframio calent ndolo Tambi n aqu se comienza con una tensi n de calentamiento cat dica muy baja Puede observarse entonces c mo los tomos de bario se des plazan cada vez m s sobre la parte no cubierta de la semiesfe ra Generalmente las partes oscuras de la imagen de wolframio permanecen tambi n completamente oscuras durante esta mi graci n ya que provienen de lugares no ocupados por los to mos de bario Por el contrario el bario se sit a preferentemen te como se describe en el experimento de arriba como un granu lado fluctuante sobre las partes claras de la imagen LEYBOLD DIDACTIC GMBH Leyboldstrasse 1 D 50354 H rth Phone 02233 604 0 Telefax 02233 604 222 Telex 17 223 332 LHPCGN D O by Leybold Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Technical alterations reserved
25. ource haute tension Ne jamais appliquer d embl e le courant de chauffage sa pleine intensit mais augmenter progressivement tout en ob servant constamment l amp rem tre pour Iw ne jamais d passer 1 9 A En cas de ph nom nes lumineux anormaux couper imm diatement la haute tension et tuver la pointe cathodique Si l on remarque pendant le fonctionnement ou m me au mo ment de la mise en marche que la luminescence sur l cran se r duit une petite tache brillante cela signifie que la pointe de la cathode n a pas t chauff e assez longtemps ou pas assez fortement Il faut par cons quent chauffer la cathode nergi quement apr s avoir coup la haute tension Si le ph nom ne persiste quand m me il faudra allonger le temps de chauffage de la cathode qui pourra atteindre jusqu 5 min La liaison lectrique entre le raccord de l anode et l cran qui sert d anode est assur e par le film de baryum qui recouvre la face interne de l ampoule en verre Apr s une p riode assez longue de non utilisation du microscope mission froide et apr s avoir proc d a l tuvage de la cathode il peut s av rer n cessaire de vaporiser pr alablement du baryum afin de faire appara tre une image l cran 4 3 2 Vaporisation du baryum Le courant de chauffage lga est r gl environ 7 5 8 0 A en commen ant 0 ventuellement modifier le r glage La dur e de chauffage est d environ 30 60
26. punto oscuro central de la direcci n 110 En el borde exterior de la imagen aparecen en este experimento n tidamente las direc ciones 011 101 101 101 y 011 rodeadas en sus bordes por im genes muy luminosas de bario Pero asimismo pueden ob Ac A l Y I Y lom 101 a y NS gt b gt mo IE SN 00 ER 100 a 10T o IAS al i 211 112 iaa 112 PEN Q 111110 4 iaa Fig 6 Cellule l mentaire du r seau du tungst ne Fig 7 Projection des axes du r seau cristallin du tungsteme sur l h misph re du microscope mission froide peut observer les mouvements des atomes de baryum sur les diverses faces cristallines de la pointe en tungst ne Tout d abord ce sont les atomes de baryum des zones p riph riques de limage projet e et plus tard galement ceux de la zone centrale qui commencent changer de place de plus en plus souvent Il est impossible de distinguer des mouvements lat raux vu que leur vitesse est beaucoup trop grande on voit seu lement le point brillant apr s un tel changement de place Si Pon l ve encore un peu la temp rature le mouvement des atomes de baryum situ s sur les plans caract ris s par les taches fonc es devient si vif qu il ne reste plus un seul atome de baryum sur ces plans au bout de peu de temps Puis ce sont les atomes de baryum des taches claires qui commencent bouger Suite la vive agitation th
27. rface modifie nettement l mission de la cathode Cette modification peut devenir encore plus marqu e lorsque la cathode est chauff e dans le champ lectrique d autres parties claires et fonc es apparaissent alors sur l cran Il ne faut pourtant pas se laisser entra ner par ces jolis ph nom nes chauffer la pointe sous tension lev e jusqu l incandescence visible par ce qu elle pourrait tre mise hors d usage 5 2 Mise en vidence de quelques atomes ll est du plus haut int r t de pouvoir d poser des atomes ou des mol cules d autres substances sur la pointe en tungst ne et de les y observer On ne peut utiliser cette fin des atomes de gaz r siduel enferm s dans le tube parce qu on a ici besoin de particules les plus grosses possible Si avec la haute tension connect e on chauffe la r serve du baryum dans le tube jus qu la vaporisation quelques atomes se d posent sur la fine pointe en tungst ne quelques petits points brillants clairs ap paraissent sur l image habituelle de la cathode en tungst ne Ils arrivent toujours plus nombreux comme des flocons de neige Il ne faut pas vaporiser trop de baryum pendant cette premi re exp rience mais au contraire n envoyer le courant de chauffa ge que par br ves p riodes Dans diverses exp riences le Prof Dr E W M ller a prouv que ces points brillants sont bien les images de quelques atomes de baryum On distingue tr s nett
28. tr s basse tension 562 18 pour tension secteur de 230 V 1 bobine de 1000 spires 562 15 1 rh ostat 1000 Q 537 22 pour tension secteur de 115 V 1 bobine de 500 spires 562 14 1 rh ostat 320 Q 537 23 1 source TBT r glable charge admiss 2 A c c pour le chauffage de la cathode par ex transformateur variable TBT type S 521 35 2 amp rem tres plages de mesure 3 A c c et 10 A c c classe 1 5 par ex multim tre de d monstration 531 911 1 plaque en verre support isolant pour l ampe rem tre de Iga par ex 664 196 1 bo te de jonction de s curit 502 06 1 douille E 27 sur tige 451 18 1 douille E 14 505 68 1 pied en V 20 cm de c t 300 02 plus disponible 4 1 Accesorios necesarios circuito Fig 3 Alta tensi n 1 fuente de alimentaci n de alta tensi n 10 kV 521 70 1 fuente de alimentaci n de alta tensi n 10kV 522 37 Tensiones de calefacci n 1 fuente variable de baja tensi n resistente a la alta tensi n de carga m x 10 A para calentar el bario 1 n cleo en forma de U con yugo 562 11 1 dispositivo de fijaci n 562 12 1 bobina de baja tensi n 562 18 con red de 230 V 1 bobina de 1000 espiras 562 15 1 re stato de cursor 1000 Q 537 22 con redde 115 V 1 bobina de 500 espiras 562 14 1 re stato de cursor 320 Q 537 23 1 fuente variable de baja tensi n carga admisible hasta 2 A para la calefacci n del c todo por ejemplo transformador variable de baja tensi n S 521 35 2 amper m
29. ulbo evacuado a 107 hPa en el cual ya no se presenta una descarga espont nea puede aumentarse la intensidad de campo en una punta fina terminada en una semiesfera hasta valores muy altos Cu ando la intensidad de campo en la punta de polaridad negativa alcanza valores del orden de unos 10 V m se pueden emitir electrones conductores desde el metal hacia el vac o Esta sali da de electrones de la superficie met lica es un fen meno f si co explicable solamente por la mec nica ondulatoria efecto t nel Estos electrones que salen de la fina punta del c todo por efecto de la emisi n de campo se mueven en el campo el ctrico en la direcci n de las l neas de campo las que se proyectan divergentemente desde las proximidades de la punta en forma aproximadamente radial hacia el exterior En el vac o extrema damente alto los electrones se disparan en direcci n radial ha cia la pantalla fluorescente pr cticamente sin chocar Dos electrones que parten desde la superficie semiesf rica de la punta con una distancia lineal O entre s chocan con la pan talla fluorescente a una distancia A entre ellos El aumento G A O est dado en el microscopio de emisi n de campo simplemente por la relaci n entre los radios de las semiesferas del bulbo de vidrio y de la punta A R Es r Si el radio r de la semiesfera de la punta es de 0 1 hasta 0 2 um como se puede obtener en la pr ctica y el del bulbo de vidrio es de R 5 cm
30. yum d pos s sur la pointe en tungst ne et de leur agitation thermique 2 Description caract ristiques techniques Con el microscopio de emisi n de campo se puede observar la superficie de un monocristal de wolframio con una ampliaci n de aproximadamente 500 000 aumentos mediante la imagen producida por la capacidad de emisi n de los electrones la que difiere de punto a punto Con este aumento extraordinario y con un poder de resoluci n de 2 nm a 3 nm ya se pueden observar tomos de bario individuales depositados sobre la superficie de wolframio al igual que su movimiento t rmico 2 Descripci n y datos t cnicos E27 Fig 2 o sch matique du microscope mission froide D Cathode pointe en tungst ne Anode avec r serve de baryum dans cuvette annulaire Chauffage pour la r serve de baryum Y Ecran fluorescent La fig 2 donne la repr sentation sch matique d un microscope mission froide C est au centre d un cran fluorescent dis pos dans le r cipient en verre semblable une ampoule incandescence que se trouve une cathode 1 ayant la forme d une pointe tr s fine Cette pointe est repr sent e agrandis sement la fig 2 et forme l extr mit d une boucle en fil de tungst ne raccord une douille E 27 Sur le c t de la pointe il y a l anode avec une cuvette annulaire chauffable contenant la r serve de baryum L anode et le chauffage du baryum sont reli s p
Download Pdf Manuals
Related Search