В наше время развитие науки немыслимо без детального изучения мира микрочастиц. Для того чтобы лучше понять строение какого-либо материала или биологического микросущества, необходимо воочию увидеть частицы, из которых состоит то или иное вещество. До определенного момента ученые довольствовались оптическим микроскопом, который представлял собой совокупность линз, преломляющих свет и таким образом увеличивающих изображение. Но оптический микроскоп имеет пределы, ограниченные длиной волны светового луча, а хотелось бы увидеть более мелкие частицы. И вот, наконец, в 1931 году немецкий физик Руска изобрел электронный микроскоп, позволяющий рассматривать гораздо боле мелкие частицы, чем оптический. Итак давайте побольше узнаем об электронном микроскопе и его изобретателе...
Немецкий физик Эрнст Август Руска родился в Гейдельберге и был пятым ребенком (из семи детей) профессора-ориенталиста Юлиуса Фердинанда Руски и Элизабет (в девичестве Мерке) Руски. В 1925 г. Руска приступил к углубленному изучению физических наук в Мюнхенском техническом университете, в 1927 г. перешел в Берлинский технический университет. Практику он проходил в компаниях "Сименс унд Хальске" (Берлин) и "Браун - Бовери" в Мангейме. Став в 1931 г. по окончании Берлинского технического университета инженером, он два года спустя защитил докторскую диссертацию по электротехнике под руководством Макса Кнолля. Работая над диссертацией, Руска совершил открытие, которое в конечном счете
привело к изобретению электронного микроскопа. Основная идея изобретения отталкивалась от ограниченности возможностей обычного оптического микроскопа, предел разрешения которого - длина волны видимого света. Видимый свет имеет длину волны около 5000 ангстремов, или одной полумиллионной метра, диаметр же атома составляет всего лишь 1 ангстрем (одну десятимиллиардную метра). Невозможно построить оптический микроскоп такой мощности, чтобы в него можно было рассматривать столь малые объекты.
К середине 20-х гг. было хорошо известно, что электромагнитное излучение (например, свет) обладает корпускулярными свойствами, т.е. ведет себя как поток частиц. В 1924 г. французский физик Луи де Бройль высказал гипотезу о том, что частицы, например электрон, в свою очередь обладают волновыми свойствами. Де Бройль вычислил, что чем больше энергия электрона, тем короче должна быть длина его волны. Например, электрон с энергией 100 килоэлектронвольт имеет длину волны около 0,1 ангстрема, или около одной десятой диаметра атома. В 1927 г. Клинтон Дж. Дэвиссон и Лестер Джермер из лаборатории "Белл" экспериментально подтвердили существование
волновых свойств электрона.
Поскольку электрон может иметь длину волны в десять раз меньшую, чем диаметр отдельного атома, экспериментаторы стали подумывать о постройке микроскопа, в котором вместо света использовались бы электроны. В конце 20-х годов Руска удалось существенно продвинуться по пути создания электронного микроскопа, когда он открыл, что магнитная катушка может действовать как линза для электронов. Кроме того, ему удалось построить магнитные линзы с таким коротким фокусным расстоянием, что их можно было использовать для получения изображения объекта, облучаемого электронами.Самый первый электронный микроскоп, разработанный Руска и Кноллем в 1931 г.,
состоял из двух последовательно расположенных магнитных линз. При 15-кратном
увеличении этот прибор был значительно менее мощным, чем современные оптические
микроскопы, но именно он позволил установить основной принцип электронной микроскопии. В 1933 г. Руска построил вариант электронного микроскопа, разрешающая способность которого позволяла определять детали размером в 500 ангстремов исследователям удалось изучать детали в десять раз меньшие, чем те, которые способны разрешать самые мощные оптические микроскопы.