电子显微镜是如何发明的？

电子显微镜是怎么被发明的？~

除了动植物以外，自然界还有一个庞大的生物世界，就是微生物。它们都很小，小到把几亿个微生物堆积在一起时，也只有一粒米那么大小。显微镜的发明打开了人类通向微生物等微观世界的大门。1590年，杨斯岑兄弟发明了世界上最早的显微镜。17世纪中期人类发明了光学显微镜，18世纪荷兰人列文·虎克借助显微镜发现了组成动植物身体的细胞，逐步认识了细胞核及其作用，这是显微镜发展史上的第一个里程碑。
随着对细胞的不断深入研究，光学显微镜的局限性日益明显。由于它以可见光作为光源，分辨能力受到光波影响，无法进一步了解细胞的微细结构。人们期待分辨本领更高、功能更强的超级显微镜。
1931年，生于德国海德尔堡的工程师恩斯特·鲁斯卡在其组长马克斯·克诺尔博士指导下对显微镜进行了自16世纪荷兰人加装第二块透镜以来最重要的革新：他们研制出了一台电子显微镜。这台显微镜能将物体放大十几倍。1932年，恩斯特·鲁斯卡致力于提高电子显微镜的分辨本领，在德国《物理学进展》杂志上发表了以“几何电子光学的进展”为题的论文，第一次使用电子显微镜的名称，所以1932年被认为是电子显微镜的发明年份。此后电子显微镜成了20世纪后期科学家对微观物质结构和生命形式进行探索的强有力的工具。
有两次“发现”为克诺尔和鲁斯卡的研究奠定了基础。1924年，法国物理学家路易·德布罗意发现电子束呈波状运动，但其波长要比光的波长短得多。德布罗意的发现意味着如果能找到使电子束聚集的方法，就能将其用来放大物像。两年后，德国物理学家汉斯·布施发现了调节焦点所产生的效果：电磁场或静电场中不再有电子了。实际上，电磁场或静电场成了一个透镜，电子变成了光。结合两者，电子显微镜被发明并以惊人的速度发展。
20世纪30年代末，德国西门子公司、英国的大都会·维克尔公司和美国无线电公司等这样的著名高科技公司，完善了电子透镜的基本原理，将电子束聚集在真空腔内形成的电磁场或静电场中，从而达到放大物体的目的。1938年，可将照片放大3万倍的电子显微镜研制成功。
此后，出现了一种改进型的电子显微镜，这种显微镜可将物体放大10万倍。伴随着技术和设备的不断改进和提高，人们终于实现了观察原子的理想。光学显微镜的最高分辨本领约为200纳米，与此相对应的最高有效放大倍数是1500倍。现代高分辨电子显微镜的分辨本领已达0．1纳米、放大倍数在150万倍以上，这相当于把一个直径4米的气球放大到地球那么大。它还可以把原子放大成一个个小馒头那么大、那么清晰可见。
这里，要提一句的是，从19世纪末到20世纪20年代，尽管已有不少杰出的科学家发现了电子束可以聚焦并得到了成像公式，但为什么没有引导他们让电子束代替光束发明电子显微镜呢？主要原因之一是他们远离科学实验。而鲁斯卡敢于排除人们的偏见和责难，勇于实践，终于发明了电子显微镜。

　　【历史沿革】
　　1926年汉斯·布什研制了第一个磁力电子透镜。1931年厄恩斯特·卢斯卡和马克斯·克诺尔研制了第一台透视电子显微镜。展示这台显微镜时使用的还不是透视的样本，而是一个金属格。1986年卢斯卡为此获得诺贝尔物理学奖。1938年他在西门子公司研制了第一台商业电子显微镜。
　　1934年锇酸被提议用来加强图像的对比度。1937年第一台扫描透射电子显微镜推出。
　　一开始研制电子显微镜最主要的目的是显示在光学显微镜中无法分辨的病原体如病毒等。1949年可投射的金属薄片出现后材料学对电子显微镜的兴趣大增。
　　1960年代投射电子显微镜的加速电压越来越高来透视越来越厚的物质。这个时期电子显微镜达到了可以分辨原子的能力。
　　1980年代人们能够使用扫描电子显微镜观察湿样本。1990年代中电脑越来越多地用来分析电子显微镜的图像，同时使用电脑也可以控制越来越复杂的透镜系统，同时电子显微镜的操作越来越简单。
　　【简介】
　　电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。
　　镜筒主要有电子源、电子透镜、样品架、荧光屏和探测器等部件，这些部件通常是自上而下地装配成一个柱体。
　　电子透镜用来聚焦电子，是电子显微镜镜筒中最重要的部件。一般使用的是磁透镜，有时也有使用静电透镜的。它用一个对称于镜筒轴线的空间电场或磁场使电子轨迹向轴线弯曲形成聚焦，其作用与光学显微镜中的光学透镜（凸透镜）使光束聚焦的作用是一样的，所以称为电子透镜。光学透镜的焦点是固定的，而电子透镜的焦点可以被调节，因此电子显微镜不象光学显微镜那样有可以移动的透镜系统。现代电子显微镜大多采用电磁透镜，由很稳定的直流励磁电流通过带极靴的线圈产生的强磁场使电子聚焦。电子源是一个释放自由电子的阴极，栅极，一个环状加速电子的阳极构成的。阴极和阳极之间的电压差必须非常高，一般在数千伏到3百万伏特之间。它能发射并形成速度均匀的电子束，所以加速电压的稳定度要求不低于万分之一。
　　样品可以稳定地放在样品架上，此外往往还有可以用来改变样品（如移动、转动、加热、降温、拉长等）的装置。
　　探测器用来收集电子的信号或次级信号。
　　真空装置用以保障显微镜内的真空状态，这样电子在其路径上不会被吸收或偏向，由机械真空泵、扩散泵和真空阀门等构成，并通过抽气管道与镜筒相联接。
　　电源柜由高压发生器、励磁电流稳流器和各种调节控制单元组成。

1986年诺贝尔物理学奖一半授予德国柏林弗利兹-哈伯学院的恩斯特·鲁斯卡（Ernst Ruska），以表彰他在30年代初发明了第一台电子显微镜。

研制电子显微镜的历史实际上可以追溯到19世纪末。人们在研究阴极射线的过程中发现阴极射线管的管壁往往会出现阳极的阴影。1987年布劳恩设计并制成了最初的示波管。这就为电子显微镜的诞生准备了技术条件。1926年布什（H.Busch）发表了有关磁聚焦的论文，指出电子束通过轴对称电磁场时可以聚焦，如同光线通过透镜时可以聚焦一样，因此可以利用电子成像。这为电子显微镜做了理论上的准备。限制光学显微镜分辨率的主要因素是光的波长。由于电子束波长比光波波长短得多，可以预期运用电子束成像的电子显微镜得到比光学显微镜高得多的分辨率。

恩斯特·鲁斯卡1906年12月25日生于德国巴登市海德堡。他的父亲是柏林大学历史学教授。1925～1927年，鲁斯卡上中学时就喜欢工程，并在慕尼黑两家公司学习电机工程。后随父到了柏林，1928年夏进入柏林恰洛廷堡的柏林技术大学学习，在大学期间参加过高压实验室工作，从事阴极射线示波管的研究。从1929年开始，鲁斯卡在组长克诺尔（M.Knoll）的指导下进行电子透镜实验。这对鲁斯卡的成长很有益处。

1928～1929年期间，鲁斯卡在参与示波管技术研究工作的基础上，进行了利用磁透镜和静电透镜使电子束聚焦成像的实验研究，证实电子束照射下直径为0.3毫米的光缆可以产生低倍（1.3倍）的像，并验证了透镜成像公式。这就为创制电子显微镜奠定了基础。1931年，克诺尔和鲁斯卡开始研制电子显微镜，他们用实验证明了为要获得同样的焦距，使用包铁壳的线圈，其安装的线圈匝数要比不包铁壳的线圈小得多。1931年4～6月，他们采用二级磁透镜放大的电子显微镜获得了16倍的放大率。通过计算他们认识到，根据德布罗意的物质波理论，电子波长比光波波长短5个数量级，电子显微镜可能实现更高的分辨率。他们预测未来的电子显微镜，当加速电压为7.5万伏，孔径角为2×10-2弧度时，衍射限制的分辨率将是0.22纳米。

1932～1933年间，鲁斯卡和合作者波里斯（Borries）进一步研制了全金属镜体的电子显微镜，采用包有铁壳的磁线圈作为磁透镜。为了使磁场更加集中，他们在磁线圈铁壳空气间隙中镶嵌非磁导体铜环，并将铁磁上、下壳体内腔的端部做成漏斗形（磁极靴），使极靴孔径和间隙均减小到2毫米，而且焦距减小到3毫米。1932年3月，波里斯和鲁斯卡将此项磁透镜成果申请了德国专利。

1933年，鲁斯卡在加速电压7.5万伏下，运用焦距为3毫米的磁透镜获得12 000倍放大率，还安装了聚光镜可以在高放大率下调节电子束亮度。他拍摄了分辨率优于光学显微镜的铝箔和棉丝的照片，并试验采用薄试样使电子束透射而形成电子放大像。

1934年鲁斯卡以题为《电子显微镜的磁物镜》的学位论文获得柏林技术大学工学博士学位。1934～1936年，鲁斯卡继续进行改进电子显微镜的实验研究。他采用了聚光镜以产生高电流密度电子束来实现高倍放大率成像，采用物镜和投影镜二级放大成像系统。可是，当时他们的发明并未立即获得学术界和有关部门承认，鲁斯卡和波里斯努力地说服人们，使他们相信可以研制出性能超过光学显微镜的电子显微镜。他们多次到政府和工业研究部门以争取财政支持。经过3年的奔走，1937年春西门子-哈斯克公司终于同意出资建立电子光学和电子显微学实验室。许多青年学者纷纷前来参加研究工作。

恩斯特·鲁斯卡从1937年开始着手研制商品电子显微镜，1938年制成两台电子显微镜，且带有聚光镜，配以具有极靴的物镜及投影镜，备有更换样品、底片的装置，可获得30 000倍放大率的图像。恩斯特·鲁斯卡的弟弟哈尔墨特·鲁斯卡（Helmut Ruska）和其他医学家立刻用来研究噬菌体等，获得很大的成功。1939年西门子公司制造的第一台商品电子显微镜终于问世。同年，电子显微镜首次在莱比锡国际博览会上展出，引起广泛注意。1940年，在恩斯特·鲁斯卡提议下，西门子-哈斯克公司将上述实验室发展为第一个电子显微镜开放实验室，由哈尔墨特·鲁斯卡任主任。实验室装备了4台电子显微镜，接纳各国学者前来做研究工作，推动了电子显微镜在金属、生物、医学等各个领域的应用与发展。在鲁斯卡工作的影响下，欧洲各国科学家先后也开始了电子显微镜的研究和制造工作。

恩斯特·鲁斯卡及其合作者几十年来孜孜不倦地为改进电子显微镜辛勤工作，为现代科学的发展做出了重要贡献。电子显微镜为人们观察物质微观世界开辟了新的途径。在50年代中期制成的中、高分辨率电子显微镜，能够观察晶体缺陷，促进了固体物理、金属物理和材料科学的发展。在70年代出现的超高分辨率电子显微镜使人们能够直接观察原子。这对于固体物理、固体化学、固体电子学、材料科学、地质矿物学和分子生物学的发展起了巨大的推动作用。

恩斯特·鲁斯卡在1986年获诺贝尔物理学奖一年多后于1988年5月27日在德国柏林去世，他的一生完全贡献于电子显微镜事业。继他之后，不仅有高压电镜和扫描电镜问世，而且还出现了另一种原理完全不同的显微镜，这就是1982年发明的扫描隧道显微镜。扫描隧道显微镜是通向微观世界的又一项有力武器。

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文山壮族苗族自治州19545026839： 电子显微镜是如何发明的? - ？
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锻黄欣奇： 1931年,德国的M.诺尔和E.鲁斯卡,用冷阴极放电电子源和三个电子透镜改装了一台高压示波器,并获得了放大十几倍的图象,发明的是透射电镜,证实了电子显微镜放大成像的可能性.1932年,经过鲁斯卡的改进,电子显微镜的分辨能力达到了50纳米,约为当时光学显微镜分辨本领的十倍,突破了光学显微镜分辨极限,于是电子显微镜开始受到人们的重视.到了二十世纪40年代,美国的希尔用消像散器补偿电子透镜的旋转不对称性,使电子显微镜的分辨本领有了新的突破,逐步达到了现代水平.在中国,1958年研制成功透射式电子显微镜,其分辨本领为3纳米,1979年又制成分辨本领为0.3纳米的大型电子显微镜.

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文山壮族苗族自治州19545026839： 显微镜的来历及发展史 - ？
锻黄欣奇：[答案] 最早的显微镜是16世纪末期在荷兰制造出来的.发明者可能是一个叫做札恰里亚斯·詹森的荷兰眼镜商,或者另一位荷兰科学家汉斯·利珀希,他们用两片透镜制作了简易的显微镜,但并没有用这些仪器做过任何重要的观察. 后来有两个人开始在科...

文山壮族苗族自治州19545026839： 那一年诺尔和鲁卡斯发明电子显微镜? - ？
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文山壮族苗族自治州19545026839： 显微镜是谁发明的? - ？
锻黄欣奇： 显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器,是人类进入原子时代的标志.主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器.显微镜分光学显微镜和电子显微镜:光学显微镜是在1590年由荷兰的杨森父子所首创.现在的光学显微镜可把物体放大1600倍,分辨的最小极限达0.1微米,国内显微镜机械筒长度一般是160mm.国内主要生产厂家上海光学仪器厂 等 http://baike.baidu.com/view/2921.htm 希望采纳

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文山壮族苗族自治州19545026839： 显微镜的发展历史 - ？
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