Le sorgenti di elettroni: differenze tra le principali sorgenti termoioniche

Le sorgenti termoioniche impiegate in microscopia elettronica sono due: un semplice filamento di tungsteno, il quale assomiglia ai filamenti all’interno delle vecchie lampadine ad incandescenza, e un cristallo di esaboruro di lantanio, molto spesso indicato tramite la sua formula chimica: LaB6. Le due tipologie di sorgenti condividono lo stesso supporto, ossia due piccoli perni di renio sui quali viene montata la sorgente vera e propria.

Come già trattato in un precedente articolo, la caratteristica fondamentale di queste sorgenti è la loro refrattarietà. Infatti, durante il proprio funzionamento, una sorgente termoionica raggiunge temperature dell’ordine di migliaia di gradi. Di conseguenza, la scelta del materiale con cui realizzare queste sorgenti non è stata lasciata al caso. Il tungsteno è un elemento che possiede un eccellente refrattarietà, nettamente superiore a quella dell’esaboruro di lantanio: quest’ultimo infatti esige una gestione molto più cauta durante la fase di saturazione e di desaturazione, necessaria ad evitare improvvisi shock termici che potrebbero compromettere la struttura del cristallo. Inoltre, il tenore di vuoto necessario per mantenere operativo un cristallo di esaboruro di lantanio ed evitarne la contaminazione superficiale è molto maggiore rispetto a quello richiesto per un filamento di tungsteno. Nonostante questo, le prestazioni di una sorgente ad esaboruro di lantanio surclassano quelle di un filamento di tungsteno.

Qualora si utilizzi il microscopio principalmente per operazioni routinarie, una sorgente a filamento di tungsteno è, nella maggior parte dei casi, una scelta ottimale, dato che è una sorgente robusta in termini di resistenza agli shock termici e agli archi elettrici, di basso costo e facilmente sostituibile. Tuttavia, una sorgente a esaboruro di lantanio è caratterizzata da una densità di corrente molto più elevata rispetto ad una sorgente a tungsteno. Inoltre, i cristalli di esaboruro di lantanio possono essere realizzati con punte molto fini, tali da produrre crossover di dimensioni sensibilmente contenute. Questi due aspetti garantiscono una luminosità significativamente superiore rispetto a quella di una sorgente a tungsteno, unitamente ad un’alta coerenza spaziale e una minore policromaticità della sorgente stessa, riducendo l’entità delle aberrazioni cromatiche.

Foto al SEM di una punta di un filamento di tungsteno (Williams D.B. and Carter C.B., Transmission Electron Microscopy: A Text Book for Materials Science,1st edition, Springer)
Foto al SEM di un cristallo di esaboruro di lantanio (Williams D.B. and Carter C.B., Transmission Electron Microscopy: A Text Book for Materials Science,2nd edition, Springer)

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