mikroskop

Optik Mikroskop

     En basit mikroskop, 20 cm kadar bir borunun iki ucuna iki mercek yerleştirilerek oluşturulur. Üstteki mercek büyüteç görevi görür, ama cismin kendine değü, mikroskopun « objektifi » denen alt uçtaki merceğin verdiği çok büyütülmüş görüntüye bakmakta kullanılır.
Pratikte yukardaki mercek, büyüteç görevi yapan ve « göz merceği» denen iki mercekli bir sistemdir. Bunun üzerinde, gözlemcinin gözünü yerleştireceği bir göz yuvası bulunur. Göz merceği aslında astronomik gökdürbünlerinin ve dürbünlerin göz merceklerine çok benzer. Mikroskopun çok özel durumu objektifinden kaynaklanır. Objektif, bir merceğin « odak uzaklığı » çok uzaktaki bir cismin, mesela Güneş’in görüntüsünün oluştuğu uzaklıktır. Bir büyüteçte odak uzaklığı birkaç cm’dir: bu mesafeye yerleştirilirse, Güneş'ten gelen ışınlarla bir kağıt parçasını tutuşturmak mümkün olur.
     Mikroskopun objektifiyse, birkaç milimetrelik odak uzaklığına sahip olmalıdır, çünkü odak uzaklığının biraz ötesine yerleştirilecek cismin, objektifin en az 20 cm arkasında çok büyütülmüş bir görüntüsünün olması istenir. İşte bu görüntüye göz merceğinden bakmak gerekir. Bu çok kısa odak uzaklığı birçok zorunluluk getirir. Önce, böylesine kısa odak uzaklığ) olan bir mercek çok « kambur » olur. Adeta iki veya üç milimetre çapında küçük bir bilye görünümünde olacak ve görüntü çok bozulacaktır. Bu bakımdan, objektif gerçekte, çok büyük bir hassasiyede yontulmuş ve yerleştirilmiş birçok mercekten oluşur. Daha sonra, bu yerleştirmeye rağmen çap yine çok küçük kalır, bu yüzden cismin aydınlatılmasına özen gösterilir.
    Nihayet, objektifin çok kısa olan odak uzaklığı son derece hassas bir ayarlama gerektirir. Alan derinliği ve ayarlama. Sağlıklı bir göz, 25 cm ile sonsuz arasında farklı mesafelerde yer alan cisimlere « uyum » sağlayabilecek, yani « ayarlama » yapabilecek yetenektedir.
     Gözün güçlü bir büyüteçle (göz merceği gibi), mesela 2 cm ile 2,5 cm arasında yer alan cisimleri net olarak görebilmesi mümkün olur. Bu büyütecin «alan derinliği » 0,5 cm’dir. İyi bir mikroskopta bu alan derinliği milimetrenin birkaç yüzde birini geçmez. Cisimde meydana gelebilecek en ufak yer değiştirme, objektif tarafından verilen görüntüde, yani göz merceğinin gördüğü görüntüde, çok daha büyük bir yer değiştirmeye yol açar. Bu bakımdan aygıtın mükemmel bir dengeye ve çok ince bir ayarlamaya ihtiyacı vardır. Mikroskop borusu mikrometrik bir vida aracılığıyla hareket ettirilir.
      Bütün bunlar bir mikroskoptan beklenen büyütmede sınırlamalara neden olur. Ama daha beteri de var. Abbe ve Zeiss 1880 yılında, ışığın doğası nedeniyle, gözlemlenebilen ayrıntıların küçüklüğünün de belirli bir sınırı olduğunu kanıtlamışlardır.

Elektron Mikroskobu

     Işık dalgaların genel özelliklerini, özellikle kırınımı gösterir; bunun bir belirtisi de bir « ışık ışınını» küçük bir delik aracılığıyla tek başına bırakma imkânsızlığıdır: delik ne kadar küçük olursa ışık demeti çıkarken o kadar fazla sapma gösterir.
Mikroskop için ışığın bu ö- zelliği, kullanılan mikroskopun gücü ne olursa olsun, biryan dalga boyundan küçük aynntılann (mor ışık için 0,2 mikrometre) ayırt edilme imkânsızlığı olarak kendini gösterir. Daha ileri gitmek için, daha kısa dalga boyu gerekli olmaktadır.
Dalga boylan on bin kere daha kısa olan X ışınları gibi uygun elektromanyetik dalgalar bulunmaktadır. Yalnız, bunları odaklamak mümkün değildir: «X ışınlı mercekler » henüz yoktur. Bu mesele 1920’ye kadar da çözümsüz olarak kaldı. Elektronik optik.
Çözüm, 1925 yılma doğru, L. de Broglie’nin « dalga-parçacık » üzerindeki çalışmalarından geldi. Eğer ışık dalgası, kuvantum kuramının gerektirdiği gibi « parçacık » karakterine sahipse, elektronlar gibi taneciklerin de dalga özellikleri göstermesi gerekmekteydi. 50 ila 100 kilovoltluk gerilim altında hızlandırılmış bir elektron demetine denk gelecek dalga boyu, X ışmlarının dalga boyu değerine yakın bir değer olmakta ve bu defa elektron elektriksel bir yük taşıdığından, manyetik veya elektrostatik merceklerle bunu saptırmak ve elektron demederini odaklamak mümkün olmaktaydı. Bu merceklerin optik merceklere göre bir üstünlükleri de vardı. Odak uzaklıkları bir düğme çevrilerek değiştirilebiliyordu. 1931’e gelindiğinde ilk elektron mikroskopu ortaya çıktı.
     Hava, elektron demetlerini soğurduğundan her şeyin vakum altında yapılması gerekiyordu. Aynı sebeple incelenecek cismin mikrometrenin onda biri düzeyinde olması gerekiyordu. Bununla birlikte çeşidi öğeleri garip şekilde optik mikroskopun öğelerini andınyordu. Isıtılmış bir tungsten tel tarafından üretilen ve bir potansiyel farkıyla hızlandınlan elektronlar, manyetik bir « kondansör »den geçerek cisim üzerine odaklanır. İki « mercek » bu cismin çok büyütülmüş bir görüntüsünü verir, pek doğal olarak bu görüntüye büyüteçle bakmak söz konusu değildir. Görüntü ya flüorışıl bir ekran üzerine (bir televizyon aygıtmdakinin benzeri) ya da bir fotoğraf filmi üzerine aktarılır.
     Böylece 500 000 dolayında bir büyütme elde edilir ki bu, optik mikroskopun büyütmesinden yaklaşık 1 000 kere daha fazladır; böylece mikrometrenin binde biri düzeyindeki ayrıntılar incelenebilir. Buna rağmen atomlan görmek için bu büyütmeyi on kere daha artırmak gerekir. Bunun için, yalnız adı mikroskop olan bambaşka araçlar kullanmak gerekeceğe benzemektedir.

Atomları Görmek

Bu aygıtların ilki olan alan etkili mikroskop, 1951 yılında ortaya çıktı. Ucu, (0,05 mikrometre yançapmda) iletken flüorışıl bir tabakayla kaplı camdan bir ampulün merkezinde bulunan son derece ince metal bir iğneden oluşmaktaydı. Ampulle uç arasındaki bir gerilim farkı, ucun civannda ve onun son derece küçük yançapı nedeniyle çok büyük bir alan yaratıyordu. Ampul içinde bulunan helyum atomlan uçla temasa geçtiğinde iyonlaşıyor ve oluşan iyonlar gerilim farkı altında hızlanarak ampule, oluştukları yerin tam karşısında çarpıyordu, yani iğne ucunun atomlarından birinin üzerinde bu oluşum görünüyordu. Böylece iğne ucunu oluşturan atomların bir haritası elde ediliyordu. Daha yeni olan tünel etkili mikroskop, malzemenin yüzeyinde dolaştırılan bir mikrosondanın konumunu 1 angströmlük duyarlılıkla kontrol etme imkânına dayanır. Bu tür uzaklıklarda elektronlar bir atomla sonda arasındaki aralığı geçebilir, ama alttaki tabaka bunun için « çok uzaklaşmış » olduğundan yüzeydeki iki atomu ayıran aralığı geçemez. Mucidine 1986 Nobel ödülü kazandıran bu aygıt, bu defa yüzeydeki atomları görmeyi, daha doğrusu yoklamayı sağlamıştır.