Efeitos da blindagem eletromagnética em ambiente de laboratório de microscopia eletrônica (parte 3): comparação de vários métodos para melhorar o ambiente eletromagnético

O ambiente de um laboratório de microscopia eletrônica não afeta diretamente o microscópio eletrônico em si, mas afeta a qualidade da imagem e o desempenho geral do microscópio. Durante a operação de um microscópio eletrônico, o fino feixe de elétrons precisa viajar em um ambiente de alto vácuo, cobrindo uma distância de 0,7 metros (para Senlatamento Eelétron Microscópioe) a mais de 2 metros (para transmissão TEelétrons Mmicroscópioe). Ao longo do caminho, fatores externos como campos magnéticos, vibrações do solo, ruído no ar e fluxos de ar podem fazer com que o feixe de elétrons se desvie do caminho pretendido, levando a uma degradação na qualidade da imagem. Portanto, requisitos específicos precisam ser atendidos para o ambiente circundante.

A blindagem eletromagnética passiva de baixa frequência envolve principalmente dois métodos, que diferem no material de blindagem usado: um método usa materiais de alta permeabilidade (como aço, aço silício e ligas mu-metálicas), e o outro método usa materiais de alta condutividade(como cobre e alumínio). Embora os princípios de funcionamento destes dois métodos sejam diferentes, ambos conseguem uma redução eficaz dos campos magnéticos ambientais.

A. O método de material de alta permeabilidade, também conhecido como método de desvio de circuito magnético, funciona encerrando um espaço finito (Região A) com materiais de alta permeabilidade. Quando a intensidade do campo magnético ambiental é Ho, a relutância magnética do material de alta permeabilidade é muito menor que a do ar (o aço Q195 comum tem uma permeabilidade de 4.000, o aço silício varia de 8.000 a 12.000, as ligas de metal mu têm uma permeabilidade de 24.000, enquanto o ar tem um valor aproximado de 1). Aplicando a lei de Ohm, quando Rs é muito menor que Ro, a intensidade do campo magnético dentro do espaço fechado (Região A) diminui para Hi, alcançando a desmagnetização (ver Figura 1 e Figura 2, onde Ri representa a relutância do ar dentro do espaço A, e Rs representa a relutância do material de blindagem). Dentro do material de blindagem, os domínios magnéticos sofrem vibração e dissipam energia magnética na forma de calor sob a ação do campo magnético.

Como o aço silício e as ligas mu-metálicas apresentam anisotropia na permeabilidade e não podem ser martelados, dobrados ou soldados durante a construção (embora teoricamente, o tratamento térmico possa melhorar essas propriedades, é impraticável para grandes produtos fixos), seu desempenho eficaz é significativamente reduzido. No entanto, eles ainda podem ser usados ​​para fins suplementares ou de reforço em certas áreas especiais sem martelar, dobrar ou soldar.

Os materiais de alta permeabilidade são caros, por isso geralmente não são amplamente utilizados na blindagem de microscópios eletrônicos e são vistos apenas em algumas áreas específicas (como aberturas de portas, aberturas de guias de onda, etc.).

A eficácia do método de desvio do circuito magnético está aproximadamente linearmente relacionada à espessura do material de blindagem, que teoricamente pode ser infinitamente fino.

B. O método de material de alta condutividade, também conhecido como método do campo magnético induzido, funciona encerrando um espaço finito com materiais de alta condutividade. O campo magnético ambiental atua sobre o material de blindagem através da sua componente de campo elétrico, induzindo uma força eletromotriz, que por sua vez gera uma corrente induzida e um campo magnético induzido. Com base nos princípios fundamentais da eletromagnetismo, este campo magnético induzido é igual em magnitude (ligeiramente menor devido à resistência) e oposto em direção ao campo magnético original (com um ligeiro atraso de fase). Assim, o campo magnético dentro do espaço finito é neutralizado e enfraquecido, alcançando a desmagnetização.

Uma maior compreensão do método do campo magnético induzido pode ser obtida considerando a operação de um motor de indução trifásico, que fornece informações sobre os princípios de funcionamento dos campos magnéticos induzidos. É importante notar que um motor assíncrono de gaiola de esquilo não pode atingir o campo magnético rotativo (50 Hz × 60 s = 3.000 RPM) porque as barras de gaiola de esquilo não podem cortar linhas magnéticas, evitando assim a geração de correntes induzidas, campos magnéticos induzidos e força motriz. .

A eficácia do método do campo magnético induzido é independente da espessura do material de blindagem dentro de uma determinada faixa.

C. Características comuns de ambos os métodos: É necessária soldagem de penetração total e a altura da costura de solda não deve ser inferior à espessura do material de blindagem. Deve-se prestar atenção ao projeto de aberturas em diversas escalas e portas de guias de onda. O sucesso do projeto/produção afetará muito a eficácia da blindagem (aplicando a teoria do "elo mais fraco" à blindagem). Também é importante observar que a vibração do microscópio eletrônico na sala de blindagem não deve exceder a do ambiente circundante (houve casos em que o campo magnético passou na inspeção, mas a vibração aumentou em relação ao original, causando não conformidade ).

A partir de seus princípios básicos de funcionamento, é evidente que tanto o método de desvio de circuito magnético quanto o método de campo magnético induzido são ineficazes para campos DC. Eles também são geralmente ineficazes para campos próximos de CC (nesses casos, um desmagnetizador ativo é necessário para melhorar a interferência eletromagnética próxima de CC).

Aï¼Compare os dois métodos em uma tabela:

Após uma análise cuidadosa, o método de desvio do circuito magnético é mais vantajoso. O desmagnetizador passivo de baixa frequência tem vantagens como tamanho pequeno, peso leve, baixo custo, sem impacto ao meio ambiente e possibilidade de instalação pós-compra.

No entanto, um ponto importante a notar é que a blindagem magnética é muitas vezes um projecto “confiado”, o que significa que muitas vezes inclui sistemas eléctricos, de água, de ar condicionado, de iluminação e de rede, bem como monitorização, durante o processo de construção. Portanto, caso haja necessidade de reforma, oferece maior relação custo-benefício.

No geral, a blindagem magnética passiva tem melhor eficácia do que os desmagnetizadores, mas devido aos motivos acima mencionados, os desmagnetizadores ainda podem ser a única opção em alguns ambientes.

Para Microscópio Eletrônico de Varredura, a diferença entre esses métodos não é significativa. No entanto, para o Microscópio Eletrônico de Transmissão, recomenda-se o uso de blindagem magnética tanto quanto possível, pois os requisitos para campos magnéticos são geralmente mais altos em comparação com o Microscópio Eletrônico de Varredura.