БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ИО)
К недостаткам И. м. относятся заметная потеря энергии ионов даже при прохождении через очень тонкие объекты, что вызывает разрушение объектов, большая хроматическая аберрация (см. Электронные линзы), разрушение люминофора экрана ионами и слабое фотографическое действие. Эти недостатки привели к тому, что, несмотря на перечисленные выше преимущества И. м. по сравнению с электронным, он не нашёл пока практического применения. Значительно более эффективным оказался И. м. без линз — ионный проектор.
Лит.: The proceedings of the 3d International conference on electron microscopy, L., 1956, p. 220—99.
Ю. М. Кушнир.
Ионный насос
Ио'нный насо'с, вакуумный насос, в котором откачиваемый газ подвергается интенсивной ионизации, а образующиеся положительно заряженные ионы удаляются под действием электрического поля. С помощью И. н. создают разрежение 10-4 н/м2 (10-6 мм рт. ст.).
Ионный обмен
Ио'нный обме'н, обмен ионов в растворах электролитов (гомогенный И. о.). При смешении разбавленных растворов электролитов, например NaCl и KNO3 в смеси присутствуют ионы Na+, К+, NO3— и Cl—. Равновесное состояние выразится в этом случае уравнением: (реакция двойного обмена). Если одно из веществ, могущих получиться при взаимодействии, диссоциировано меньше других, равновесие сдвигается в сторону образования малодиссоциированного вещества. Равновесие сдвигается также в сторону образования летучего или малорастворимого продукта (если он выделяется из данной фазы) по реакциям:
При выпаривании равновесного раствора прежде всего начинается кристаллизация соли (комбинации ионов), обладающей меньшей растворимостью. Избирательность кристаллизации может быть вызвана также добавлением органических растворителей (спирт, ацетон, диоксан и т. п.).
При гетерогенном И. о. (ионообменная сорбция) обмен происходит между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твёрдой фазы — ионита. При соприкосновении ионита, насыщенного одним ионом, например Н+, с раствором, содержащим другие ионы, например Na+ и Ca2+, происходит обмен ионов между раствором и ионитом: в растворе уменьшаются концентрации Na+ и Ca2+ и появляется эквивалентное количество ионов Н+.
Гетерогенный И. о. имеет место при сорбции из растворов электролитов на некоторых минералах (алюмосиликатах, гидратах окисей металлов, цеолитах), в клетках и мембранах живых организмов и в синтетических ионообменных сорбентах. Гетерогенный И. о. широко применяется для обессоливания воды, идущей для питания котлов паром высоких параметров, в гидрометаллургии, в химической и фармацевтической промышленности (см. Иониты).
К. В. Чмутов.
Ионный проектор
Ио'нный прое'ктор, автоионный микроскоп, безлинзовый ионно-оптический прибор для получения увеличенного в несколько миллионов раз изображения поверхности твёрдого тела. С помощью И. п. можно различать детали поверхности, разделённые расстояниями порядка 2—3 , что даёт возможность наблюдать расположение отдельных атомов в кристаллической решётке. И. п. изобретён в 1951 немецким учёным Э. Мюллером, который ранее создал электронный проектор.
Принципиальная схема И. и. показана на рис. 1. Положительным электродом и одновременно объектом, поверхность которого изображается на экране, служит остриё тонкой иглы. Атомы (или молекулы) газа, заполняющего внутренний объём прибора, ионизуются в сильном электрическом поле вблизи поверхности острия, отдавая ему свои электроны. Возникшие положительные ионы приобретают под действием поля радиальное (перпендикулярное поверхности острия) ускорение, устремляются к флуоресцирующему экрану (потенциал которого отрицателен) и бомбардируют его. Свечение каждого элемента экрана пропорционально плотности приходящего на него ионного тока. Поэтому распределение свечения на экране воспроизводит в увеличенном масштабе распределение плотности возникновения ионов вблизи острия. Масштаб увеличения m равен отношению радиуса экрана R к радиусу кривизны острия r, m = R/r (чем тоньше остриё, тем больше увеличение).
Вероятность прямой ионизации газа в электрическом поле оказывается значительной, если на расстояниях порядка размеров атома (молекулы) газа создаётся падение потенциала порядка ионизационного потенциала этой частицы. Напряжённость такого поля чрезвычайно велика — от 2 до 6 в/, т. е. (2—6)×108 в/см. Столь сильное поле легко создать у поверхности острия (на удалении 5—10 от неё) при достаточно малом радиусе кривизны поверхности — от 100 до 1000 . Именно этим (наряду со стремлением к большим увеличениям) обусловлено использование в И. п. образца в виде тонкого острия. Происходящий в И. п. процесс ионизации газа в сильном поле острия носит название автоионизации.
Вблизи острия электрическое поле неоднородно — над ступеньками кристаллической решётки или отдельными выступающими атомами его локальная напряжённость увеличивается: на таких участках вероятность автоионизации выше и количество ионов, образующихся в единицу времени, больше. На экране эти участки отображаются в виде ярких точек. Иными словами, образование контрастного изображения поверхности определяется наличием у неё локального микрорельефа. Ионный ток и, следовательно, яркость и контрастность изображения растут с повышением давления газа, которое в И. п., однако, обычно не превышает примерно 0,001 мм рт. ст.; при более высоком давлении начинается газовый разряд.
Разрешающая способность И. п. зависит главным образом от касательных (относительно поверхности острия) составляющих тепловых скоростей ионов и от напряжённости ноля у острия. В отличие от электронного проектора, в И. п. влияние дифракции на разрешающую способность относительно мало вследствие значительно большей (по сравнению с электронами) массы ионов. Далее, разрешение И. п. существенно зависит от поляризуемости a атомов (или молекул) рабочего газа; наиболее пригодны для использования в И. п. газы с малой a (водород, гелий). Большинство частиц газа достигает поверхности острия, не претерпев ионизации. При обычных температурах они затем покидают её, обладая значительными касательными составляющими скорости. При охлаждении острия до температуры жидкого водорода или азота (20—78 К) неионизованные молекулы на некоторое время «прилипают» к нему, теряя свою кинетическую энергию. Их ионизация происходит после испарения с острия (для гелия на расстоянии » 5 от него; локальное распределение поля на таком удалении от поверхности достаточно хорошо выявляет атомную структуру острия, см. рис. 2).
И. п. широко применяется для исследования атомной структуры чистых металлов и различных сплавов и её связи с их механическими свойствами; всевозможных дефектов в кристаллах, в частности дислокаций и повреждений, вызванных радиоактивным облучением; влияния способов обработки, например пластических деформаций, на свойства материалов. С его помощью изучают процессы коррозии, адсорбции и десорбции, свойства тонких пленок, осаждённых на поверхности металлов. Сопоставление результатов исследований в электронном проекторе и в И. п. позволяет получить значительную информацию об электронных свойствах металлов, сплавов и плёночных систем, чрезвычайно важную в современной электронике. Ведутся работы, ставящие целью изучение с помощью И. п. структуры биологических молекул.
Лит.: Мюллер Э., Автоионная микроскопия, «Успехи физических наук», 1967, т. 92, в, 2, с. 293; Автоионная микроскопия, пер. с англ., М., 1971.
Рис. 1. Схема ионного проектора: 1 — жидкий водород; 2 — жидкий азот; 3 — остриё; 4 — проводящее кольцо; 5 — экран.
Рис. 2a. Изображения поверхности вольфрамового острия радиусом 950 Å при увеличении в 106 раз в электронном проекторе (а). На изображении можно видеть только структуру кристаллических плоскостей.
Рис. 2б. Изображения поверхности вольфрамового острия радиусом 950 Å при увеличении в 106 раз в гелиевом ионном проекторе (б) при температуре 22 К. С помощью ионного проектора за счёт разрешения отдельных атомов (светлые точки на кольцах) можно различить бисерно-цепочечную структуру ступеней кристалической решётки.
