Efectos del blindaje electromagnético en el entorno del laboratorio de microscopía electrónica (Parte 3): comparación de varios métodos para mejorar el entorno electromagnético

El entorno de un laboratorio de microscopía electrónica no afecta directamente al microscopio electrónico en sí, sino que afecta la calidad de las imágenes y el rendimiento general del microscopio. Durante el funcionamiento de un microscopio electrónico, el fino haz de electrones debe viajar en un ambiente de alto vacío, cubriendo una distancia de 0,7 metros (para Scanning Eelectrón Microscope) a más de 2 metros (para Ttransmisión Eelectrón Microscope). A lo largo del camino, factores externos como campos magnéticos, vibraciones del suelo, ruido en el aire y flujos de aire pueden hacer que el haz de electrones se desvíe de su camino previsto, lo que provoca una degradación en la calidad de la imagen. Por lo tanto, es necesario cumplir requisitos específicos para el entorno circundante.

El blindaje electromagnético pasivo de baja frecuencia implica principalmente dos métodos, que difieren en el material de blindaje utilizado: un método utiliza materiales de alta permeabilidad (como acero, acero al silicio y aleaciones de mu-metal), y el otro método utiliza materiales de alta conductividad(como cobre y aluminio). Aunque los principios de funcionamiento de estos dos métodos son diferentes, ambos logran una reducción efectiva de los campos magnéticos ambientales.

A. El método del material de alta permeabilidad, también conocido como método de desvío del circuito magnético, funciona encerrando un espacio finito (Región A) con materiales de alta permeabilidad. Cuando la intensidad del campo magnético ambiental es Ho, la reluctancia magnética del material de alta permeabilidad es mucho menor que la del aire (el acero Q195 común tiene una permeabilidad de 4000, el acero al silicio varía de 8000 a 12000, las aleaciones de mu-metal tienen una permeabilidad de 24000, mientras que el aire tiene un valor aproximado de 1). Aplicando la ley de Ohm, cuando Rs es mucho menor que Ro, la intensidad del campo magnético dentro del espacio cerrado (Región A) disminuye a Hi, logrando la desmagnetización (ver Figura 1 y Figura 2, donde Ri representa la reluctancia del aire dentro del espacio A, y Rs representa la renuencia del material de blindaje). Dentro del material de protección, los dominios magnéticos sufren vibraciones y disipan energía magnética en forma de calor bajo la acción del campo magnético.

Dado que el acero al silicio y las aleaciones de mu-metal exhiben anisotropía en la permeabilidad y no se pueden martillar, doblar ni soldar durante la construcción (aunque en teoría, el tratamiento térmico puede mejorar estas propiedades, no es práctico para productos fijos grandes), su rendimiento efectivo es significativamente reducido. Sin embargo, aún se pueden utilizar con fines complementarios o de refuerzo en determinadas áreas especiales sin martillar, doblar ni soldar.

Los materiales de alta permeabilidad son costosos, por lo que generalmente no se usan ampliamente en el blindaje de microscopios electrónicos y solo se ven en unas pocas áreas específicas (como espacios de puertas, aberturas de guías de ondas, etc.).

La efectividad del método de desvío del circuito magnético está relacionada aproximadamente linealmente con el espesor del material de protección, que en teoría puede ser infinitamente delgado.

B. El método del material de alta conductividad, también conocido como método del campo magnético inducido, funciona encerrando un espacio finito con materiales de alta conductividad. El campo magnético ambiental actúa sobre el material de protección a través de su componente de campo eléctrico, induciendo una fuerza electromotriz, que a su vez genera una corriente inducida y un campo magnético inducido. Basado en los principios fundamentales del electromagnetismo, este campo magnético inducido es igual en magnitud (un poco más pequeño debido a la resistencia) y de dirección opuesta al campo magnético original (con un ligero desfase). Así, el campo magnético dentro del espacio finito se contrarresta y debilita, logrando la desmagnetización.

Se puede obtener una mayor comprensión del método del campo magnético inducido considerando el funcionamiento de un motor de inducción trifásico, que proporciona información sobre los principios de funcionamiento de los campos magnéticos inducidos. Es importante tener en cuenta que un motor asíncrono de jaula de ardilla no puede alcanzar el campo magnético giratorio (50 Hz × 60 s = 3000 RPM) porque las barras de la jaula de ardilla no pueden cortar las líneas magnéticas, evitando así la generación de corrientes inducidas, campos magnéticos inducidos y fuerza motriz. .

La efectividad del método del campo magnético inducido es independiente del espesor del material de protección dentro de un cierto rango.

C. Características comunes de ambos métodos: se requiere soldadura de penetración total y la altura de la costura de soldadura no debe ser menor que el espesor del material de protección. Se debe prestar atención al diseño de aberturas en varias escalas y puertos de guía de ondas. El éxito del diseño/producción afectará en gran medida la eficacia del blindaje (aplicando la teoría del "eslabón más débil" al blindaje). También es importante tener en cuenta que la vibración del microscopio electrónico en la sala de protección no debe exceder la del entorno circundante (ha habido casos en los que el campo magnético pasó la inspección pero la vibración aumentó en comparación con el original, lo que provocó incumplimiento). ).

A partir de sus principios básicos de funcionamiento, es evidente que tanto el método de desviación del circuito magnético como el método del campo magnético inducido son ineficaces para los campos de CC. Por lo general, también son ineficaces para campos cercanos a CC (en tales casos, es necesario un desmagnetizador activo para mejorar la interferencia electromagnética cercana a CC).

Aï¼Compare los dos métodos en una tabla:

Tras un análisis cuidadoso, el método de desviación del circuito magnético es más ventajoso. El desmagnetizador pasivo de baja frecuencia tiene ventajas como tamaño pequeño, peso ligero, bajo costo, ningún impacto en el medio ambiente y la posibilidad de instalación posterior a la compra.

Sin embargo, un punto importante a tener en cuenta es que el blindaje magnético es a menudo un proyecto "encomendado", lo que significa que a menudo incluye sistemas eléctricos, de agua, aire acondicionado, iluminación y redes, así como monitoreo, durante el proceso de construcción. Por lo tanto, si hay necesidad de remodelación, ofrece una mayor relación costo-rendimiento.

En general, el blindaje magnético pasivo tiene mejor efectividad que los desmagnetizadores, pero debido a las razones antes mencionadas, los desmagnetizadores pueden seguir siendo la única opción en algunos entornos.

Para el Microscopio electrónico de barrido, la diferencia entre estos métodos no es significativa. Sin embargo, para el Microscopio electrónico de transmisión, se recomienda utilizar blindaje magnético tanto como sea posible, ya que los requisitos de campos magnéticos son generalmente mayores en comparación con el Microscopio electrónico de barrido.