Auswirkungen der elektromagnetischen Abschirmung in der Laborumgebung eines Elektronenmikroskops (Teil 2): ​​Aktives Niederfrequenz-Entmagnetisierungssystem

Die Umgebung eines Elektronenmikroskopielabors hat keinen direkten Einfluss auf das Elektronenmikroskop selbst, sondern beeinflusst vielmehr die Bildqualität und die Gesamtleistung. Während des Betriebs eines Elektronenmikroskops muss sich der feine Elektronenstrahl in einer Hochvakuumumgebung bewegen und dabei eine Distanz von 0,7 Metern zurücklegen (für SCanning EElektronen M<). 6icroskope) bis über 2 Meter (für Ttransmission Electron Microskope). Auf dem Weg können äußere Faktoren wie Magnetfelder, Bodenerschütterungen, Luftgeräusche und Luftströmungen dazu führen, dass der Elektronenstrahl von seinem vorgesehenen Weg abweicht, was zu einer Verschlechterung der Bildqualität führt. Daher müssen bestimmte Anforderungen an die Umgebung erfüllt werden.

Das Aaktive LNiederfrequenz-DEmagnetisierungssystem SSystem, das hauptsächlich aus einem Detektor, einem Controller und und Entmagnetisierungsspule ist ein spezielles Gerät zur Abschwächung niederfrequenter elektromagnetischer Felder von 0,001 Hz bis 300 Hz, das als a bezeichnet wird DEmagnetisierer.

Entmagnetisierer können je nach Arbeitsbereich in AC- und DC-Typen eingeteilt werden, und einige Modelle kombinieren beide Typen, um unterschiedlichen Arbeitsumgebungen gerecht zu werden. Zu den Vorteilen von Niederfrequenz-Entmagnetisierern gehören ihre geringe Größe, ihr geringes Gewicht, ihre platzsparende Bauweise und die Möglichkeit, sie nachträglich zu installieren. Sie eignen sich besonders für Umgebungen, in denen eine magnetische Abschirmung schwierig aufzubauen ist, beispielsweise in Reinräumen.

Unabhängig von der Marke sind die grundlegenden Funktionsprinzipien von Entmagnetisierern gleich. Sie verwenden einen dreiachsigen Detektor, um elektromagnetische Interferenzsignale zu erkennen, dynamisch gegenphasige Ströme über einen PID-Regler zu steuern und auszugeben und mit dreidimensionalen Entmagnetisierungsspulen (typischerweise drei Sätze von sechs Quasi-Helmholtz-Rechteckspulen) gegenphasige Magnetfelder zu erzeugen ), wodurch das Magnetfeld in einem bestimmten Bereich effektiv neutralisiert und aufgehoben und auf ein niedrigeres Intensitätsniveau reduziert wird.

Die theoretische Entmagnetisierungsgenauigkeit von Entmagnetisierern kann 0,1 m Gauss p-p oder 10 nT erreichen, und einige Modelle geben eine sogar noch höhere Genauigkeit an, diese ist jedoch nur in der Mitte des Detektors erreichbar und kann aufgrund der gegenseitigen Beeinflussung in der Nähe nicht direkt mit anderen Instrumenten gemessen werden Entfernungen oder das Phänomen der „Äquipotentialoberfläche“ bei größeren Entfernungen.

Entmagnetisierer passen den Entmagnetisierungsstrom automatisch an Änderungen in der Umgebung an. Manchmal kann der Strom erheblich sein. Wenn sich andere empfindliche Instrumente in unmittelbarer Nähe befinden, ist es wichtig, auf die Verdrahtungsanordnung zu achten, um Störungen ihres normalen Betriebs zu vermeiden. Beispielsweise wurden Elektronenstrahl-Belichtungsgeräte durch in der Nähe befindliche Magnetfelddetektoren beeinträchtigt.

Der Stromverbrauch der Entmagnetisierungssteuerung liegt im Allgemeinen bei etwa 250 W bis 300 W.

Der Detektor des Entmagnetisierers kann ein Kombinationstyp oder ein AC/DC-getrennter Typ sein, und es gibt keinen wesentlichen Unterschied in der Leistung. Es wird im Allgemeinen im mittleren oder oberen Teil der Säule oder in der Nähe der Elektronenkanone befestigt (da der von der Elektronenkanone emittierte Elektronenstrahl eine langsame Geschwindigkeit haben kann, was ihn anfälliger für Magnetfeldinterferenzen macht). Bei der Erstinstallation kann der Melder an mehreren Positionen getestet werden, um den effektivsten Ort für die Befestigung zu ermitteln.

Die Entmagnetisierungsspulen haben normalerweise ein „großes Spulen“-Design, bei dem sechs Spulen so weit wie möglich voneinander entfernt an verschiedenen Wänden, Decken und Böden des Raums befestigt werden. Alternativ können rechteckige Rahmen mit eingebetteten Spulen individuell angepasst werden. Allerdings ist die „Rahmen“-Konstruktion seltener anzutreffen, außer in Reinräumen oder großen Räumen. Dies liegt daran, dass der Entmagnetisierungseffekt etwas geringer ist und den Betrieb und die Verwendung von Electron MIkroskopen.

Aus dem grundlegenden Funktionsprinzip des Entmagnetisierers lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen:

1) Aufgrund der inhärenten Hysterese, die schwer zu beseitigen ist, besteht immer eine Phasendifferenz zwischen dem gegenphasigen Magnetfeld und dem umgebenden Störmagnetfeld, was die Wirksamkeit der Entmagnetisierung begrenzt.

2) In dem von den Entmagnetisierungsspulen umschlossenen dreidimensionalen Raum ist das entmagnetisierte Magnetfeld nicht gleichmäßig. Sie nimmt von der Mitte des Detektors zur Außenfläche hin allmählich ab, da die Magnetfeldstärke umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands von der Signalquelle (d. h. den Entmagnetisierungsspulen) ist. Darüber hinaus ist die Gleichmäßigkeit des Umgebungsmagnetfelds im Allgemeinen besser als die des Entmagnetisierers, was zu einem geringeren Entmagnetisierungseffekt führt, wenn der Abstand von der Mitte des Detektors zunimmt.

3) Dieses Phänomen betrifft insbesondere die Verwendung von Entmagnetisierern in SKonserven EElektronen MIkroskopen statt T Transmission EElektronenmikroskop.