Experimentelle Untersuchung der Streuung von 70-kV-Elektronen 



an KohlenstofTin kleinste Winkel 



G. Kempf und F. Lenz 



Rheinisch-Westfdlisches Institut jiir Chcnnikioskopie und 

 Imtitut fiir Elektronenoptik und Feinmechanik an der Technisc/wn Hochschule Aachen 



Uber die Streuung von Elektronen an Atomen 

 und amorphen Korpern (Gase, Fliissigkeiten oder 

 amorphe Festkorper) sind bereits viele experimen- 

 telle und theoretische Untersuchungen angestellt 

 worden. Da die Off'nung eines Elektronenstrahls 

 geniigend hoher Intensitiit mit einfachen Hilfsmit- 

 teln nicht wesentlich kleiner als etwa ein Grad ge- 

 macht werden kann, liegen bei den meisten Experi- 

 menten die kleinsten gemessenen Streuwinkel bei 

 einigen Graden. Die Mehrzahl der theoretischen 

 Arbeiten [1. 3, 4] ist ebenfalls nur fiir Streuwinkel 

 von mindestens der genannten GroBenordnung zu- 

 verliissig, da die Autoren fiir die Dichteverteilung 

 der Atomelektronen das Thomas-Fermi-Modell be- 

 nutzten. das sich fiir die Berechnung der Rontgen- 

 streuung sehr gut bewahrt hat und auch bei der 

 Elektronenstreuung fiir nicht zu kleine Streuwinkel 

 mit dem Experiment gut iibereinstimmende Ergeb- 

 nisse liefert. Fiir sehr kleine Streuwinkel ( ' 10"') 

 versagt das Thomas-Fermi-Modell deshalb. weil es 

 die Elektronendichteverteilung in groBem Kernab- 

 stand, die fiir die Streuung in sehr kleine Winkel 

 maBgebend ist, nicht richtig wiedergibt. Bei diesem 

 Atommodell geht die Elektronendichte wie r-'^ gegen 

 Null, wahrend in Wirklichkeit fiir groBe Kernab- 

 stiinde ein exponentieller Abfall der Elektronendichte 

 vorliegt. Bei der Berechnung der Wirkungsquer- 

 schnitte fiir die Kleinwinkel-Streuung von Rontgen- 

 strahlen an Atomen kommt es dagegen auf die ge- 

 naue Kenntnis der Elektronendichteverteilung im 

 Atom weniger an. 



Fiir die Elektronenmikroskopie, bei der die Strahl- 

 ofTnung wegen der Bildfehler der Elektronenlinsen 

 nicht groBer als einige 10- sein darf, interessieren 

 gerade die sehr kleinen Streuwinkel. Der Strahler- 

 zeuger eines Elektronenmikroskops muB also Strah- 

 len sehr kleiner Apertur erzeugen konnen. Wcgcn 

 dieser Eigenschaft seines Strahlerzeugers ist das 

 Elektronenmikroskop fiir die experimentelle Unter- 

 suchung der Kleinstwinkelstreuung besonders geeig- 

 net. 



Bisher ist uns erst eine experimentelle Arbeit iibcr 

 die Winkelverteilung der Kleinstwinkelstreuung von 

 Elektronen bekannt geworden [2]. Die Autoren 

 benutzten als Streusubstanz eine Chromfolie und 

 variierten die Strahlspannung zwischcn 20 und tSO kV. 

 Lenz [7] hat eine theoretische Streuformcl abgcleitet, 

 die besonders auf die richtige Wiedergabe der Streu- 

 querschnitte fiir kleinste Streuwinkel ( 10~') Wert 

 legt. Dahei wird als Niihcrung fiir die Elektronen- 



dichteverteilung das Wentzelsche Atommodell ver- 

 wandt, bei dem die Elektronendichte im Gegensatz 

 zum Thomas-Fermi-Modell in groBcm Kernabstand 

 exponentiell abfiillt. Dicerhalter.en Streuformcln sind 

 mathematisch einfacher und stimmcn in dem in- 

 teressierenden Bereich kleinster Winkel besser mit 

 den Experimenten von Bibermann und Mitarbeitern 

 iiberein [2] als die friiheren auf dem Thomas-Fermi- 

 Modell basiercnden Theorien. in der vorliegenden 

 Arbeit wird die Winkelverteilung bei der Streuung 

 von 70-kV-Elektronen an diinnen KohlenstofT-Folien 

 in Winkel zwischen 10"^ und 10 ' und ihre Abhiingig- 

 keit von der Dickc der Streufolic experimentell un- 

 tersucht und mit der Theorie von Lenz [7] verglichen. 



Herstellung der Streufolien. — Die meisten iiber- 

 mikroskopischen Objekte sind organische Substan- 

 zen, die nach einer gewissen Bestrahlungszeit im 

 Elektronenmikroskop in Kohlenstoff umgewandelt 

 werden. Darum ist die Streuung an Kohlenstoff von 

 besonderem Interesse. KohlenstofT-Folien neigen 

 auch nicht so sehr wie Metallfolien zur Kristallbil- 

 dung und lassen sich auf verschicdene Artcn her- 

 stellen, z. B. auBer durch Bedampfung auch durch 

 Beglimmen oder durch Reduktion von Folien aus 

 organischen Substanzen. Das letzterc Verfahren 

 wurde hier angewandt. Als Ausgangssubstanz wurde 

 Kollodium benutzt. Kollodium hat die Eigenschaft. 

 auch in sehr diinnen Schichten bis hinab zu etwa 

 100 A mechanisch widerstandsfiihig zu sein. Aus 

 diesem Grund wird es als Triigerfolie fiir elektronen- 

 mikroskopischc Priiparate vcrwandt. 



Die Herstellung der Folien geschah auf die in der 

 iibermikroskopischen Priiparationstcchnik iibliche 

 Weise. 



Das Elektronenbcugungsdiagramm zeigte nur sehr 

 schwache Debye-Schcrrcr-Ringc. so daB die Streu- 

 vertoilung an den Stellen ohne Beugungsringe als 

 ungestort betrachtct werden konnte. 



Bei Bestrahlung mit Elektronen werden die Nicht- 

 KohlenstofT-Atomgruppen des Kollodiums abgespal- 

 ten und es bieibt in der Folic nur KohlenstofT iihrig, 

 was von Konig [6] auf Grund des Beugungsdia- 

 gramms nachgewiesen und von Brockcs [5] durch 

 Wiigung und Ultrarot-Absorptionsmessung quanti- 

 tativ untcrsucht worden ist. Da wiihrend des Ab- 

 dampi'ens der verschiedcnen Atomgruppcn die An- 

 zahl der Streuzentren kleiner wird, iindert sich auch 

 die Streuverteilung und man kann daraus auf die 

 Zeit, die das Kollodium zu seiner Umwandlung in 

 KohlenstofT braucht, schlieBen. Es zeigte sich an 



