Resumen

El artículo aborda el efecto del flujo crítico, que se examina en el bombeo de la cámara de bombeo diferencial del Microscopio electrónico de barrido ambiental (ESEM). El artículo compara el estado del flujo en el área de la cámara bombeada a una relación de presión en las aberturas cuando ocurre el flujo crítico y sus ventajas en el diseño de las cámaras versus el flujo sin obstruir la boquilla. Los problemas se resolvieron utilizando el método de volumen finito por el sistema Ansys Fluent.

1. Introducción

Usando el Microscopio Electrónico de Barrido Ambiental (ESEM) es posible obtener muestras que contienen agua en su condición natural [1]. Esto puede lograrse utilizando una presión de gas relativamente alta en la cámara de muestras, porque el examen de las muestras biológicas a baja presión no es posible debido a su desecación. Otra ventaja es que no es necesario chapar la muestra porque no está cargada, por lo que el haz de electrones no se desvía. Esto permite observar muestras que contienen mayor o menor cantidad de agua, muestras líquidas y materiales dieléctricos y después de algunos ajustes es incluso posible observar muestras químicamente activas, reacciones químicas y procesos biológicos.

Lograr y mantener una presión más alta en la cámara de muestras (tan alta como la presión de 3 000 Pa) separada de la baja presión dentro del área de la fuente de elec- trones de 10^-3 Pa a 10^-9 Pa pone requisitos específicos en el diseño del microscopio y su sistema de bombeo. Es necesario dividir el microscopio utilizando aberturas que contengan agujeros del orden de decenas a cientos de micrómetros que formen la cámara de bombeo diferencial (PLA 1 y PLA 2 en la Fig. 1) [2]. De esta manera, podemos lograr la menor presión posible en el eje óptico del microscopio que está en la trayectoria del haz de electrones primario, así como podemos mantener una alta presión en la cámara del espécimen al mismo tiempo. Normalmente se utiliza un sistema de bombas de vacío rotativas, de difusión o turbo moleculares para bombear el interior de la cámara de muestras y la cámara adyacente de bombeo diferencial, o bombas de vacío de iones para la fuente de electrones. En este caso, sigue siendo necesario asegurar la desecación más lenta posible de la muestra.

Debido a la mayor presión de gas en la cámara de muestras del ESEM, se producen interacciones de los electrones con las moléculas y los átomos de los gases (principalmente los vapores de agua) y, por consiguiente, con el haz de electrones primario original difuso [3]. La difusión de los electrones primarios aumenta con el aumento de la presión, el número atómico medio de gas, la distancia de trabajo y la disminución del voltaje de aceleración del haz.

• Materias:Simulación por computadores digitales Microscopia electrónica Métodos de simulación Método de elementos finitos Defensa militar Contadores de fluidos
• Subjects:Digital computer simulation Electron microscopy Simulation methods Finite element method Military defence Flow meters
• Palabras claves:Ansys Fluido, cámara de bombeo diferencial, ESEM, SolidWorks.
• Keywords: Ansys Fluent, differentially pumped chamber, ESEM, SolidWorks.