H600A-Ⅱ型电子显微镜冷却系统分析

    电子显微镜具有极高的放大倍数和分辨率,是从事材料科学、医学、地质学等领域深层次研究的强有力工具。本文谈谈电镜冷却系统的工作原理和操作时应注意的一些问题。

1　H600A-型电子显微镜的冷却系统

在电磁透镜的线圈中通过一定强度的稳恒电流,就能在线圈中产生一定强度的轴对称磁场。电流通过线圈要产生热量,要使电磁透镜正常工作,必须将产生的热量带走,以保持线圈的温度恒定。

电子射线穿过整个电子显微镜筒时不能与其它气体分子碰撞,否则会发生散射,干扰样品对电子射线的散射。如果气体分子散射严重时,样品就根本无法成像,所以电镜必须在真空状态下工作,以消除气体分子对电子射线的散射干扰。

电镜的真空度一般要求在133.3×10-6Pa以上,这样的高真空度通常是由旋片真空泵和油扩散真空泵联合作用来实现。首先用旋片泵使真空度达到133.3×(10-2～10-3)Pa,然后用扩散泵使真空度进一步达到133.3×10-6Pa以上。扩散泵的工作原理是,用电炉将其中的油加热沸腾,生成的油蒸汽经喷嘴产生高速气流将镜体中的其它气体分子带走,油蒸汽受泵体外冷却水作用重新凝聚为液态油,返流回泵体下部的油池,而带下的气体分子在出口处被旋片泵抽走。油池中的油又被加热汽化,再经上部喷嘴喷出,将镜体中的残存气体继续携带到下方的出口处被旋片泵抽走,如此周而复始循环下去,镜体的真空度就越来越高。可见,扩散泵工作时,必须用冷却水冷凝油蒸汽才能抽真空,故电镜要正常工作,必须有一个冷却系统对电镜各透镜线圈和油扩散泵进行冷却。图1是H600A-Ⅱ型电镜的冷却系统。

进入电镜的冷却水分为两路,一路进入各电磁透镜线圈,另一路进入各扩散泵。进入电磁透镜线圈的冷却水又分为两路,其中一路先进入物镜线圈,然后依次通过第一、二、三级聚光镜线圈;另一路经物镜线圈后依次通过中间镜线圈、第一投影镜线圈和第二投影镜线圈。流经各透镜线圈的冷却水汇合后再通过散热器散热。进入扩散泵的冷却水也分别通过第一扩散泵和第二扩散泵,然后汇合。最后,通过透镜线圈与通过扩散泵的冷却水再汇合在一起穿过稳压电源后排出。从冷却水的流程看,虽只通过两个扩散泵,而泵体工作时,温度很高,为了使高温油蒸汽迅速冷凝,每个扩散泵冷却水流量要大,以便迅速将热量带走,提高冷却效率。通常从电镜开机一直到关机后20min的时间内流经扩散泵的冷却水始终不能中断。

按焦尔定律,电流通过透镜线圈要产生热量,如果产生的热量扩散不出去,线圈温度升高,就有可能烧坏导线的绝缘层而引起短路。此外,线圈温度升高还会引起导线电阻改变,从而使电镜无法正常工作。所以透镜线圈必须用水冷却,以带走产生的热量,使线圈温度保持稳定。为了提高冷却效率,可分两路对线圈进行冷却。