Würde ein kleines Elektronenmikroskop in einem CubeSat im Weltraum bei 400 km gut funktionieren?

Es gibt jetzt ein Elektronenmikroskop im Weltraum!

Angenommen, wenn ich im Lotto gewinne, kann ich eine kleine, bescheidene SEM- Säule bauen und sie in einen 6U-Cubesat stecken, der eine Seite öffnet, damit die Elektronenoptik für das Vakuum des Weltraums offen ist, anstatt ein umständliches Vakuumpumpen bereitzustellen.

Der Cubesat wird von der ISS freigegeben, so dass er der Umgebung bei 400 km ausgesetzt ist. Es ist mit einer großen 100 m x 1 cm großen Schleife aus Kapton oder dünner Metallfolie an einem Motor ausgestattet, so dass es Einschläge von Mikrometeoriten (oder Andromeda-Stamm) sammelt und sie dann untersucht, zumindest ist das meine Entschuldigung für den Start, hoffentlich lassen sie mich Navigieren Sie damit um die ISS herum, um Schäden an den verschiedenen Materialien an der Außenseite der ISS zu untersuchen.

Frage: Wie gut ist das Vakuum bei 400 km für ein REM? Kann es in Torr ausgedrückt werden? Mit anderen Worten, 1E-03? 1E-06? 1E-10? Wie hoch kann sie während einer Periode hoher Sonnenaktivität steigen?

Mein kleines SEM hat hauptsächlich gekapselte Solenoid-Elektromagnete (100 Gauss, um 1 kG zu sagen) zusammen mit einigen kleinen Scanspulen für die Bildgebung und elektrostatischen Linsen in der Pistole. Wird das ein Problem in Bezug auf geladene Teilchen da oben oder das Erdfeld sein?

Was ist mit dem heißen Wolframfaden in der Elektronenkanone? Wird das ein Problem sein?

Wird mein Sekundärelektronendetektor im Weltraum von Elektronen überschwemmt?

Selbst wenn sich herausstellt, dass das Vakuum ziemlich gut ist, gibt es Arten, die Materialien in meinem SEM angreifen?

Hochvakuumarbeit ist mein Hobby, also ist das eine wahnsinnig interessante Frage.
@ikrase Ich wünschte wirklich, es gäbe eine Experimental Techniques in the Physical Sciences SE-Site. Chemistry, Biology and Earth Science SE stellen sich gerne solchen Fragen, ebenso wie Engineering SE und Electronics SE, aber Physics SE ignoriert sie entweder oder schließt sie als "nicht über Physik".
Ich bin sehr einverstanden. Ich wünschte auch, es gäbe eine "Vakuum-, Plasma-, Massenspektrometrie- und SEM" -Site, obwohl IDK, wie viele Leute sie benutzen würden.
@ikrase sag den letzten Teil nicht ;-) Irgendwann in der Zukunft kann es sinnvoll sein, eine neue SE-Site zu starten, wenn es breite genug Unterstützung gibt.
Das Elektronenmikroskop kann nur leitfähige Objekte abbilden, daher müssen Sie irgendwie eine dünne Metallbeschichtung auf Ihr Ziel blasen. Auch die Ionen und geladenen Teilchen könnten eine Menge Rauschen verursachen, da Ihr Mikroskop am Ende ein Geigerzähler oder ein Spektrometer für kosmische Strahlung sein könnte.
@ user3528438 Ich habe einige Erfahrungen aus erster Hand mit der Elektronenmikroskopie von kleinen dielektrischen Partikeln und Strukturen; 1) Solange Sie es vermeiden können, die Probe schneller aufzuladen als zu entladen, ist alles in Ordnung, manchmal ist es nützlich, die Bevölkerungsstatistik der ungefähren Partikelgrößen zu erhalten, selbst wenn Sie keine Bilder mit höchster Auflösung von einzelnen Partikeln haben, und 2) Für einige Messungen wie EDX können Sie auch eine gewisse Aufladung tolerieren. Bei höheren kV gibt es mehrere Sekundärelektronen für ein ankommendes Elektron, sodass sich Dielektrika positiv aufladen, aber bei niedriger Spannung (z. B. unter 1 kV) ...
@ user3528438 ... Sie können die eingehende Ladung vom Strahl grob mit der ausgehenden Ladung von Sekundärteilen ausgleichen. Es hängt wirklich davon ab, welche Art von Messung Sie vornehmen möchten. Ein zufälliges Beispiel für ein hochauflösendes Sub-1-kV-REM: hitachi-hightech.com/global/products/device/semiconductor/… und auch Nichtleitende Proben können ohne Beschichtung mit einem Umgebungs-REM (ESEM) oder Niederspannungsmodus abgebildet werden des SEM-Betriebs.

Antworten (1)

Es sieht so aus, als ob der atmosphärische Druck in 400 km Höhe der ISS im Hochvakuumbereich von 1E-6 Torr liegt. (760 Torr = 1 bar). Dies kann durch die Tatsache erschwert werden, dass die Temperatur der Thermosphäre stark variiert.

Dieses Niveau an sich ist gut genug für die meisten Hochvakuumtechnologien wie Elektronenkanonen, Massenspektrometer usw., aber es ist nicht das Ultrahochvakuumniveau (1E-9 Torr), das für einige der benötigt wird modernste und fortschrittlichste Vakuumtechnologien. In der Regel hilft die Miniaturisierung der Vakuum- und Ladungsteilchentechnologie, bei mittelmäßigem Vakuum zu arbeiten.

Es ist üblich, dass die verschiedenen Teile eines Elektronenmikroskops auf sehr unterschiedliche Vakuumqualitäten gepumpt werden, wobei die Säule manchmal auf wahnsinnige UHV-Werte heruntergepumpt wird, während die Probenkammer einfach nicht auf diesen Wert gepumpt werden kann, weil sie die Probe enthalten muss. die einen Dampfdruck ungleich Null hat. Wenn Sie eine UHV-Säule verwenden möchten (wird für einige der langlebigsten und technologisch fortschrittlichsten Elektronenemitter benötigt, weniger für das traditionelle Wolframfilament), können Sie sie wahrscheinlich größtenteils schließen und Ionenpumpen betreiben (keine beweglichen Teile!). um es noch weiter herunterzupumpen - es besteht keine Notwendigkeit, es abzudichten.

Möglicherweise haben Sie Bedenken hinsichtlich des Ausgasens von Materialien in Ihrem CubeSat - das Innere der Säule sollte wahrscheinlich immer noch nur aus Materialien bestehen, aus denen ein normales SEM bestehen würde (Edelstahl, Kupfer, Aluminium, Gold, Silber, Nickel, Glas). , Keramik, Wolfram und Molybdän sowie die absolute Mindestmenge an Viton-Elastomer oder PEEK-Kunststoff, wenn Sie es unbedingt brauchen).

Leider kann ich nicht viel zu den Magnetfeldern oder Elektronen im Weltraum sagen, außer dass letztere möglicherweise durch geeignete elektrostatische Abschirmung behandelt werden können.

Das ist sehr hilfreich, danke!
Ich denke, eine kleine Turbopumpe würde den Trick tun. Im Weltraum braucht es keine Vorpumpe oder Vakuumdichtungen und mit Magnetlagern braucht es sehr wenig Energie.
Befindet sich der Weltraum nicht bereits im Turbopumpen-Vakuum?
Würde ein kleines Elektronenmikroskop in einem CubeSat im Weltraum bei 400 km gut funktionieren?
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