БСЭ. Большая Советская Энциклопедия (ЭЛ)

  Наряду с исследованием статическим, не меняющихся во времени объектов Э. м. даёт возможность изучать различные процессы в динамике их развития: рост плёнок, деформацию кристаллов под действием переменной нагрузки, изменение структуры под влиянием электронного или ионного облучения и т. д. (исследования «in situ»). Вследствие малой инерционности электрона можно исследовать периодические во времени процессы, например перемагничивание тонких магнитных плёнок, переполяризацию ,распространение ультразвуковых волн и т. д., методами стробоскопической Э. м.: электронный пучок «освещает» образец импульсами, синхронными с подачей импульсного напряжения на образец, что обеспечивает фиксацию на экране прибора определенной фазы процесса точно так же, как это происходит в светооптических ( рис. 4 ). Предельное временное разрешение при этом может, в принципе, составлять около 10 ^-15 секдля ПЭМ (практически реализовано разрешение ~ 10 ^-10 секдля ПЭМ и РЭМ).

  Для интерпретации изображений аморфных и других тел (размеры частиц которых меньше разрешаемого в МЭ расстояния), рассеивающих электроны диффузно, используются простейшие методы амплитудной Э. м. Например, в ПЭМ контраст изображения, т. е. перепад яркостей изображения соседних участков объекта, в первом приближении пропорционален перепаду толщин этих участков. Для расчёта контраста изображений кристаллических тел ( рис. 5 ), имеющих регулярные структуры (при рассеянии частиц на таких телах происходит ) ,и решения обратной задачи - расчёта структуры объекта по наблюдаемому изображению - привлекаются методы фазовой Э. м.: решается задача о дифракции электронной волны (см. ) на кристаллической решетке. При этом дополнительно учитываются неупругие взаимодействия электронов с объектом: рассеяние на плазмах, фононах и т. п. В ПЭМ и растровых ПЭМ (ПРЭМ) высокого разрешения получают изображения отдельных молекул или атомов тяжелых элементов; пользуясь методами фазовой Э. м., восстанавливают по изображениям трехмерную структуру кристаллов и биологических макромолекул. Для решения подобных задач применяют, в частности, методы голографии, а расчеты производят на ЭВМ.

  Разновидность фазовой Э. м. - интерференционная Э. м., аналогичная оптической интерферометрии (см. ): электронный пучок расщепляется с помощью электронных призм, и в одном из плеч интерферометра устанавливается образец, изменяющий фазу проходящей сквозь него электронной волн. Этим методом можно измерить, например, внутренний электрический потенциал образца.

  С помощью лоренцовой Э. м., в которой изучают явления, обусловленные , исследуют внутренние магнитные и электрические поля или внешние поля рассеяния, например поля магнитных доменов в тонких пленках ( рис. 6 ), сегнетоэлектрических доменов (см. ), поля головок для магнитной записи информации и т. п.

  Состав объектов исследуется методами микродифракции, т. е. локальных участков объекта, рентгеновского и катодолюминисцентного спектрального микроанализа (см , ): регистрируются характеристические рентгеновские спектры или катодолюминисцентное излучение, возникающее при бомбардировке образца сфокусированным пучком электронов (диаметр электронного «зонда» менее 1 мкм). Кроме того, изучаются энергетические спектры вторичных электронов, выбитых первичным электронным пучком с поверхности или из объема образца.

  Интенсивно разрабатываются методы количественной Э. м. - точное измерение различных параметров образца или исследуемого процесса, например измерение локальных электрических потенциалов ( рис. 7 ), магнитных полей ( рис. 8 ), микрогеометрии поверхностного рельефа и т. д. МЭ используются и в технологических целях (например, для изготовления микросхем методом ).

  Лит.:Хокс П., Электронная оптика и электронная микроскопия, пер. с англ., М., 1974; Стоянова И. Г., Анаскин И. Ф., Физические основы методов просвечивающей электронной микроскопии, М., 1972; Утевский Л. М., Дифракционная электронная микроскопия в металловедении, М., 1973; Электронная микроскопия тонких кристаллов, пер. с англ., М., 1968; Спивак Г. В., Сапарин Г. В., Быков М. В., Растровая электронная микроскопия, «Успехи физических наук», 1969, т. 99, в. 4; Вайнштейн Б. К., Восстановление пространственной структуры биологических объектов по электронным микрофотографиям, «Изв. АН СССР. Сер. физическая», 1972, т. 36, № 9; Quantitftive scanning electron microscopy, L. - N. Y. - S. F., 1974.

  А. Е. Лукьянов.

  Применение электронной микроскопии в биологиипозволило изучить сверхтонкую структуру клетки внеклеточных компонентов тканей. На основании результатов, полученных с помощью МЭ (максимальное разрешение которых для биологических объектов 12 -6А, а увеличения -до 800 -1200 тыс.), начиная с 40-х гг. было описано тонкое строение мембран, митохондрий, рибосом и других клеточных, а также внеклеточных структур, выявлены некоторые макромолекулы, например ДНК. Растровая (сканирующая) Э. м. дает возможность изучать тонкое строение поверхности клеток и тканевых структур не только фиксированных объектов, но и живых животных с твердым хитиновым покровом, например ряда членистоногих. Техника приготовления биологических препаратов для Э. м. включает процедуры, сохраняющие ткань в условиях глубокого вакуума под пучком электронов и реализующие высокое разрешение МЭ. Обычно объекты фиксируют химическими реагентами (альдегидами, четырехокисью осмия или др.), обезвоживают (спиртом, ацетоном), пропитывают эпоксидными смолами и режут на специальных на ультратонкие срезы (толщиной 100 -600 ). Для повышения контраста изображения клеток их обрабатывают «электронными красителями», сильно рассеивающими электроны (уранилацетатом, гидроокисью свинца и др.). Чтобы уменьшить повреждающее действие фиксатора на ткань, ее можно заморозить, вытесняя затем воду ацетоном или спиртом при низкой температуре. Иногда применяют методы, исключающие действие фиксатора на клетки, например :ткань быстро охлаждают до -150 или -196°C и обезвоживают в высоком вакууме при низкой температуре. Перспективным оказался метод замораживания с травлением, основанный на получении платино-углеродной реплики со скола замороженного объекта. Благодаря этому методу внесены существенные изменения в представления о структуре клеточных мембран. Для изучения структуры биологических макромолекул и отдельных клеточных органоидов используют негативное контрастирование образцов. В этом случае исследуемые объекты выявляются в виде электроннопрозрачных элементов на темном фоне. Полученные в МЭ изображения молекул можно анализировать, применяя методы, основанные на .Использование высоковольтной Э. м. (до 3 Мв) позволяет получить сведения о 3-мерной структуре клеток. При подготовке к исследованию живых членистоногих их обездвиживают с помощью эфирного или хлороформного наркоза в дозах, не вызывающих последующей гибели, и помещают в вакуумную камеру МЭ. В современной Э. м. широко применяют методы цитохимии, включая .Применение Э. м. в биологии существенно изменило и углубило прежние представления о тонком строении клетки.

  Лит.:Киселев Н. А., Электронная микроскопия биологических макромолекул, М., 1965; Электронно-микроскопическая анатомия, пер. с англ., М., 1967; Балашов Ю. С., Миккау Н. Е., Изучение живых животных в растровом электронном микроскопе, «Природа», 1977, № 1; Tribe М. A., Eraut M. R., Snook R. K., Basic biology course, book 2 - Electron microscopy and cellstructure, Camb., 1975; Electron microscopy of enzymes. Principles and methods, v. 1-2, N. Y., 1973-74.

  Н. А. Старосветская, Я. Ю. Комиссарчик.

Рис. 5. Изображение атомной решётки плёнки золота. Расстояние между кристаллографическими плоскостями 2,04 Е. Снято в просвечивающем электронном микроскопе ЭМВ-100Л при электроннооптическом увеличении 350000 с последующим оптическим увеличением снимка.

Рис. 1. Полученное в просвечивающем электронном микроскопе изображение сетки дислокаций на границах зёрен в тонкой молибденовой фольге, деформированной при высокотемпературном нагреве.

Рис. 7а. Полученное с помощью растрового электронного микроскопа изображение участка интегральной микросхемы.

Рис. 6. Изображение доменной структуры тонкой однородной по толщине пермаллоевой плёнки. Снято в просвечивающем электронном микроскопе при дефокусировке изображения (метод лоренцевой электронной микроскопии). Светлые и тёмные узкие полосы - границы доменов. Видна «рябь» намагниченности, возникающая вследствие малых изменений направлений векторов намагниченности (отмечены стрелками) внутри доменов.

Рис. 7б. Измеренное вдоль резистора (ось Х, точки 1-7), на который подано напряжение, распределение потенциала U(измерение локального потенциала по сдвигу энергетического спектра вторичных электронов).

Рис. 8. Изображение линий равной напряженности поля (от 25 до 150 гс через 25 гс) над зазором магнитной головки (ширина зазора 2d = 2 мкм) для магнитной записи информации. Получено в растровом электронном микроскопе со специальной приставкой.

Рис. 4. Изображения поверхности кремниевого полупроводникового диода, полученные в стробоскопическом эмиссионном электронном микроскопе: а - напряжение на диоде отсутствует; б - на диод подано запирающее напряжение 40 в, появившаяся тёмная область - падение напряжения на р - n-переходе; в - кратковременное (менее 40 нсек) прямое падение напряжения (широкая тёмная область) на базе диода при переключении его в состояние, при котором он «отперт».

Рис. 2. Изображение предварительно отполированной, а затем подвергнутой ионной бомбардировке поверхности монокристалла меди. Снято в растровом электронном микроскопе. Увеличение 3000.

Рис. 3. Винтовые дислокации на поверхности кристалла NaCl, подвергнутого термическому травлению при температуре 500 °С. Изображение получено методом декорирования.

Электронная музыка

Электро'нная му'зыка,музыка, создаваемая с помощью генераторов низкой (звуковой) частоты, электрические колебания которых записываются на магнитную ленту и воспроизводятся на магнитофоне. Одна из важных особенностей Э. м. состоит в том, что в ней отсутствует исполнитель в традиционном понимании, т. е. как необходимый посредник между композитором и слушателем. Основные операции при сочинении Э. м.- поиски и отбор звучаний, запись их на магнитную ленту, обработка (деформация, модификация, трансформация), композиционное оформление. Получаемые при воспроизведении звуки могут комбинироваться со звуками электроинструментов (музыка для которых не относится к собственно Э. м.), певческих голосов, традиционных инструментов. В Э. м. используются так называемые синусоидные тоны (отличаются от обычных музыкальных звуков отсутствием обертонов и представляют собой звуки определённой высоты, лишённые тембровой окраски), а также звуки переменной и неопределённой высоты (микротоны). Понятие Э. м. введено около 1950 немецким физиком В. Майер-Эплером. Э. м. создаётся в специальных студиях (первая такая студия организована в 1951 в Кельне по инициативе инженера Х. Эймерта, композитора К. Штокхаузена и др.; подобная студия в Москве, основанная Е. А. Мурзиным, существует с 1967). К созданию Э. м. обращались Эймерт, Штокхаузен, советские композиторы Э. В. Денисов, С. А. Губайдулина, А. Г. Шнитке, Э. Н. Артемьев и др. Э. м. применяется для создания особых звуковых эффектов в музыкальном сопровождении к фильмам, спектаклям, радиопередачам.

  Ю. Н. Холопов.

Электронная оптика

Электро'нная о'птика, теория формирования потоков электронов и управления ими с помощью электрических и магнитных полей, а также совокупность приборов и методов исследования, основанных на использовании таких потоков. Подробнее см. в ст. .

Электронная промышленность

Электро'нная промы'шленность,отрасль промышленности, производящая электронные приборы (полупроводниковые, электровакуумные, пьезокварцевые приборы, изделия квантовой, криогенной и оптоэлектроники, интегральной оптики), резисторы, конденсаторы, штепсельные разъёмы и другие радиокомпоненты, специальное технологическое оборудование и аппаратуру (см. также ;одна из отраслей, определяющих научно-технический прогресс.

  Начало промышленного производства отдельных видов электронных приборов относится к 1920-м гг. Ещё в 20-30-е гг. СССР имел приоритет в области создания и промышленного выпуска новых типов электронных приборов: сверхвысокочастотных приборов, электроннолучевых трубок, фотоэлектронных умножителей и др. Бурное развитие Э. п. получила после 2-й мировой войны 1939-1945. Продукция Э. п. используется в различных областях науки и техники (космонавтика, радиофизика, кибернетика, вычислительная техника, связь, медицина и др.), при создании современных систем управления, радиотехнических устройств, приборов и средств автоматизации в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и для оборонных целей.

  В 1961 был создан Государственный комитет Совета Министров СССР по электронной технике, а в 1965 - министерство электронной промышленности СССР.

  Э. п. - отрасль, отличающаяся высоким уровнем концентрации производства, специализации и кооперирования, комплексностью развития. Крупные специализированные предприятия Э. п. выпускают широкую номенклатуру электронных изделий. Существенную роль в развитии специализации и кооперирования производства играют создание типовых параметрических рядов важнейших изделий электронной техники, разработка базовых прогрессивных конструкций и технологических процессов, комплексная стандартизация. С развитием современных направлений в электронике коренным образом изменилась технология изготовления электронных приборов. Традиционные приёмы обработки материалов вытесняются технологическими процессами, основанными на применении фотолитографии, электроннолучевой, плазменной и плазмохимической обработке, диффузии, ионной имплантации. Основная особенность применяемых в отрасли исходных материалов - их сверхвысокая чистота, т. к. наличие примесей определяет технические и эксплуатационные характеристики электронных приборов.

  Э. п. характеризуется быстрым ростом объёмов производства, расширением номенклатуры полупроводниковых (особенно интегральных схем), квантовых, криоэлектронных приборов, а также приборов, основанных на акусто- и магнитоэлектронике; быстро расширяется производство микроЭВМ, цветных кинескопов, электронных калькуляторов, в том числе программируемых, видеомагнитофонов, электронных часов, стереосистем высшего класса, СВЧ-печей и др.

  Э. п. развивается опережающими по сравнению с др. отраслями промышленности темпами. В 1966-75 объём производства увеличился в несколько раз, производительность труда - более чем в 4 раза. Основные пути совершенствования производства в Э. п. - комплексная механизация и автоматизация на основе создания высокопроизводительного оборудования и аппаратуры, автоматизированных линий, управляемых ЭВМ, и внедрения прогрессивных технологических процессов, базирующихся на передовых научно-технических достижениях.

  Производство электронной техники получило большое развитие в зарубежных социалистических странах. Интегральные микросхемы, полупроводниковые приборы, резисторы, кинескопы и др. выпускаются предприятиями ВНР, ГДР, ПНР, СРР, ЧССР, СФРЮ.

  Значительного уровня развития достигла Э. п. в капиталистических странах. Её отличает высокая степень монополизации и концентрации производства (особенно в США). Имеются также небольшие предприятия, специализирующиеся на выпуске отд. элементов приборов, измерительной аппаратуры и других электронных комплектующих устройств. Наиболее крупные фирмы США - «Фэрчайлд камера энд инструменте», «Нэшонал семикондакторс», «Рейдио корпорейшен оф Америка», «Интел», «Рокуэлл», «Тексас инструменте», «Моторола», «Мостек»; Японии - «Ниппон электрик компани», «Тосиба дэнки», «Мацусита дэнки»; ФРГ - «Сименс», «АЭГ - Телефункен»; Италии - «СГС - АТЕС»; Великобритании - «Плесси», «Инглиш электрик», «Маллард»; Франции - «Томпсон - ЦСФ», «Сескозэм» (см. также ) .

  Лит.:Опыт организации и работы хозрасчетных объединений в промышленности. [Сб. статей], Л., 1970; Экономика электронной промышленности, М., 1976.

  А. И. Шокин.

Электронная пушка

Электро'нная пу'шка,устройство для получения потоков (пучков) электронов в объёме, из которого удалён воздух (в вакууме). Электроны в Э. п. вылетают из катода и ускоряются электрическим полем ( рис. 1 ). Испускание электронов из катода происходит главным образом в процессах ,эмиссии из ,автоэлектронной эмиссии (см. ) и ,формирование заданного распределения электронного пучка на выходе из Э. п. осуществляется подбором конфигурации и величины электрического и магнитного полей и является предметом электронной оптики (см. ). Термин «Э. п.» применяют как к устройствам для формирования высокоинтенсивных электронных пучков (сильноточные Э. п.), так и к более простым совокупностям электродов для получения пучков малой интенсивности (используемых в , , ) ;последние часто называются электронными прожекторами. Конструкции и параметры слаботочных Э. п. весьма разнообразны. Схема одной из них приведена на рис. 2.Э. п. находят широкое применение в технике и научных исследованиях, в частности в телевизионных системах, электронных микроскопах, электроннооптических преобразователях, аппаратах для плавки и сварки металлов, возбуждения и т. д. Токи электронных пучков в слаботочных Э. п. могут иметь значения в пределах от десятков мкадо десятков а,а энергии электронов доходить до сотен кэв.

 В сильноточной Э. п., являющейся двухэлектродным прибором (диодом), генерируются электронные пучки с существенно большими токами - до 10 ⁴ -10 ⁷ а,энергией ускоренных электронов до 10-20 Мэви мощностью Ј 10 ¹³ вт.Обычно в сильноточной Э. п. при плотностях тока ³ 1 ка/см ²используются холодные катоды со «взрывной эмиссией». Взрывная эмиссия возникает при нагреве и взрыве микроострий на поверхности катода током автоэлектронной эмиссии (см. ) .Ионизация паров приводит к формированию у поверхности катода плотной плазмы и увеличению средней плотности тока эмиссии в 10 ³-10 ⁴раз. Прикатодная плазма расширяется к аноду со скоростью v= (2-3)Ч10 ⁶ см/секи замыкает состоящий из катода и анода диод за время d/v( d -расстояние катод - анод), что ограничивает длительность тока пучка через диод временами ~ 10 ^-8- 10 ^-6 сек.

 При малых токах и отсутствии разреженной плазмы между катодом и анодом движение электронов в сильноточной Э. п. с учётом релятивистских поправок подобно движению в слаботочной Э. п. Отличительная особенность Э. п. в режимах с большими токами состоит в сильном влиянии магнитного поля пучка на траектории электронов. Как показывает расчёт, при токе диода  ( ка) ( рис. 3, -полная энергия электронов у анода, mc2 - энергия покоя; см. ) собственное магнитное поле потока электронов заворачивает электроны к оси этого потока и сжимает поток к центру анода. Это сжатие пучка у анода приводит к экранировке центральной области катода пучка, вследствие чего электроны испускаются главным образом кромкой катода, что хорошо видно на рис. 3 . Эффект сжатия наиболее ярко проявляется, если пространств, заряд и его электрическое поле частично компенсируются ионами плазмы, заполняющей приосевую область диода или покрывающей поверхность анода. Плазма в диоде создаётся либо с помощью внешних источников, либо в результате нагрева анода электронным пучком. При этом на аноде плотность тока сфокусированного пучка достигает 10 ⁶-10 ⁸ а/см ² ,а плотность потока энергии Ј 10 ¹³ вт/см ² .Представление о пучке в этом случае условно, т. к. поперечная скорость электронов сравнима с продольной.

  Если на аноде есть слой плотной плазмы, то ионы ускоряются электрическим полем к катоду, а ток в диоде переносится и электронами, и ионами. Теория и расчёт, подтверждаемые экспериментами, предсказывают, что в результате взаимодействия магнитного поля с электронами их ток с увеличением R/d(в отличие от ионного) перестаёт нарастать. Это открывает возможность получения в сильноточных Э. п. ионных пучков с током ³ 10 ⁶ а.Эффект подавления электронных токов на периферии диода магнитными полями, называется магнитной изоляцией, используется в вакуумных передающих линиях, соединяющих источник питания с диодом Э. п. и выдерживающих без пробоя Ј 4Ч10 ⁶ в/см.

 Сильноточные Э. п. используются для нагрева плазмы, коллективного ускорения заряженных частиц, получения и потоков нейтронов, генерации СВЧ-колебаний и лазерного излучения, в исследованиях по физике твёрдого тела.

  Лит.:Алямовский И. В., Электронные пучки и электронные пушки, М., 1966; Месяц Г. А., Генерирование мощных наносекундных импульсов, М., 1974; Смирнов В. П., Получение сильноточных пучков электронов, «Приборы и техника эксперимента», 1977, в. 2.

  В. П. Смирнов.

Рис. 1. Схема электронной пушки: 1 - катод; 2 - модулятор; 3 - первый анод; 4 - второй анод; е - траектории электронов.

Рис. 3. Схема сильноточного диода: 1 - катод; 2 - слой катодной плазмы; 3 - типичная траектория электрона в диоде, имеющая спиралеобразную форму; 4 - типичная траектория иона в диоде; 5 - слой анодной плазмы; 6 - анод.

Рис. 2. Структурная схема осесимметричной электронной пушки, используемой в клистронах (показана в разрезе).

Электронная спектроскопия

Электро'нная спектроскопи'ядля химического анализа (ЭСХА), то же, что .

Электронная теория

Электро'нная тео'рия,классическая (неквантовая) теория электромагнитных процессов, в основе которой лежат представления о строении вещества из электрически заряженных частиц - электронов и атомных ядер (см. ) .

Электронная терапия

Электро'нная терапи'я,применение пучков ускоренных с лечебными целями: один из видов .

Электронная фотовспышка

Электро'нная фотовспы'шка,см. в ст. .

Электронная фотография

Электро'нная фотогра'фия,метод воспроизведения изображения объекта на фотоэлектронной эмульсии (так называемая электронно-графическая пластинка) с помощью электронных пучков, испускаемых фотокатодом, на который проецируется световое изображение объекта. Э. ф. применяется в астрономии для изучения структуры слабых протяжённых объектов (туманностей, галактик) и их спектров, для исследований двойных звёзд, астрофотометрических измерений и др. См. также .

  Лит.:Курс астрофизики и звездной астрономии, под ред. А. А. Михайлова, 3 изд., т. 1, М., 1973.

Электронная эмиссия

Электро'нная эми'ссия,испускание электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости. Э. э. возникает в случаях, когда под влиянием внешних воздействий часть электронов тела приобретает энергию, достаточную для преодоления на границе тела, или если под действием электрического поля поверхностный потенциальный барьер становится прозрачным для части электронов, обладающих внутри тела наибольшими энергиями. Э. э. может возникать при нагревании тел ( ) ,при бомбардировке электронами ( ) ,ионами ( ) или фотонами ( ) .В определённых условиях (например, при пропускании тока через полупроводник с высокой подвижностью электронов или при приложении к нему сильного импульса электрического поля) электроны проводимости могут «нагреваться» значительно сильнее, чем кристаллическая решётка, и часть из них может покинуть тело (эмиссия горячих электронов).

  Для наблюдения Э. э. необходимо создать у поверхности тела (эмиттера) внешне ускоряющее электроны электрическое поле, которое «отсасывает» электроны от поверхности эмиттера. Если это поле достаточно велико (³ 10 ² в/см) ,то оно уменьшает высоту потенциального барьера на границе тела и соответственно работу выхода ( ) ,в результате чего Э. э. возрастает. В сильных электрических полях (~10 ⁷ в/см) поверхностный потенциальный барьер становится очень тонким и возникает туннельное «просачивание» электронов сквозь него ( ) ,иногда называемое также автоэлектронной эмиссией. В результате одновременного воздействия 2 или более факторов может возникать термоавто- или фотоавтоэлектронная эмиссия. В очень сильных импульсных электрических полях (~ 5Ч10