¿Funcionaría bien un pequeño microscopio electrónico en un cubesat en el espacio a 400 km?

¡Ahora hay un microscopio electrónico en el espacio!

Supongamos que una vez que gano una lotería puedo construir una columna SEM pequeña y modesta y colocarla en un cubesat de 6U que se abre por un lado para permitir que la óptica de electrones se abra al vacío del espacio en lugar de proporcionar un bombeo de vacío engorroso.

El cubesat se libera de la ISS, por lo que está expuesto al medio ambiente a 400 km. Está equipado con un gran bucle de kapton de 100 m x 1 cm o una fina lámina de metal en un motor para que recoja los impactos de micrometeoritos (o cepa de Andrómeda) y luego los estudie, al menos esa es mi excusa para lanzarlo, espero que me dejen navegue alrededor de la ISS para estudiar el daño a los diversos materiales en el exterior de la ISS.

Pregunta: ¿ Qué tan bueno es el vacío a 400 km para un SEM? ¿Se puede expresar en Torr? En otras palabras, 1E-03? 1E-06? 1E-10? ¿Qué tan alto puede elevarse durante un período de alta actividad solar?

Mi pequeño SEM tiene electroimanes de solenoide encapsulados en su mayoría (100 gauss para decir 1 kG) junto con algunas bobinas de exploración pequeñas para imágenes y lentes electrostáticas en la pistola. ¿Será eso un problema en términos de partículas cargadas allá arriba o del campo de la Tierra?

¿Qué pasa con el filamento de tungsteno caliente en el cañón de electrones? será eso un problema?

¿ Mi detector de electrones secundario se verá inundado por electrones en el espacio?

Incluso si el vacío resulta ser bastante bueno, ¿hay especies que ataquen los materiales en mi SEM?

El trabajo de alto vacío es mi pasatiempo, por lo que esta es una pregunta increíblemente interesante.
@ikrase Realmente desearía que hubiera Técnicas Experimentales en el sitio de Ciencias Físicas SE. Química, Biología y Ciencias de la Tierra SE se complacen en responder este tipo de preguntas, al igual que Ingeniería SE y Electrónica SE, pero Física SE las ignora o las cierra como "no sobre física".
Estoy totalmente de acuerdo. También desearía que hubiera un sitio de "vacío, plasma, especificación de masas y SEM", aunque no sé cuántas personas lo usarían.
@ikrase no diga esa última parte ;-) En algún momento en el futuro, puede ser viable comenzar un nuevo sitio SE si hay un apoyo lo suficientemente amplio.
El microscopio electrónico solo puede obtener imágenes de objetos conductores, por lo que debe soplar de alguna manera una fina capa de metal hacia su objetivo. Además, los iones y las partículas cargadas podrían introducir una tonelada de ruido porque su microscopio podría terminar siendo un contador Geiger o un espectrómetro de rayos cósmicos.
@ user3528438 Tengo experiencia de primera mano con microscopía electrónica de pequeñas partículas y estructuras dieléctricas; 1) Siempre que pueda evitar cargar la muestra más rápido de lo que puede descargar, está bien, a veces es útil obtener las estadísticas de población de tamaños de partículas aproximados incluso si no tiene imágenes de máxima resolución de partículas individuales, y 2) para algunas medidas como EDX también puede tolerar algo de carga. A mayor kV, hay múltiples electrones secundarios para un electrón entrante, por lo que los dieléctricos se cargarán positivamente, pero a bajo voltaje (por ejemplo, por debajo de 1 kV)...
@ user3528438 ... puede equilibrar aproximadamente la carga entrante del haz con la carga saliente de los secundarios. Realmente depende del tipo de medición que estés tratando de hacer. Un ejemplo aleatorio de un SEM sub-1 kV de alta resolución: hitachi-hightech.com/global/products/device/semiconductor/… y también las muestras no conductoras pueden obtenerse imágenes sin recubrimiento utilizando un SEM ambiental (ESEM) o un modo de bajo voltaje de operación SEM.

Respuestas (1)

Parece que la presión atmosférica a la altitud de 400 km de la ISS está en el rango de alto vacío de 1E-6 torr. (760 torr = 1 bar). Esto puede complicarse un poco por el hecho de que la temperatura de la termosfera varía enormemente.

Este nivel, por sí mismo, es lo suficientemente bueno para la mayoría de las tecnologías de alto vacío, como cañones de electrones, espectrómetros de masas, etc., pero no está en el nivel de ultra alto vacío (1E-9 torr) necesario para algunas de las las tecnologías de vacío más modernas y avanzadas. Como regla general, la miniaturización ayuda a que la tecnología de vacío y de partículas cargadas funcione en vacíos mediocres.

Es común que las diferentes partes de un microscopio electrónico se bombeen a calidades de vacío muy diferentes, y la columna a veces se bombea a niveles increíbles de UHV, mientras que la cámara de muestra simplemente no se puede bombear a ese nivel porque debe contener la muestra. que tiene una presión de vapor distinta de cero. Si desea usar una columna UHV (necesaria para algunos de los emisores de electrones más duraderos y tecnológicamente más avanzados, menos para el filamento de tungsteno tradicional), probablemente pueda cerrarla y hacer funcionar bombas de iones (¡sin partes móviles!) para bombearlo aún más, no hay necesidad de sellarlo.

Es posible que tenga algunas preocupaciones sobre la desgasificación de los materiales en su cubesat: el interior de la columna probablemente debería estar hecho solo de materiales de los que estaría hecho un SEM normal (acero inoxidable, cobre, aluminio, oro, plata, níquel, vidrio , cerámica, tungsteno y molibdeno, además de la cantidad mínima absoluta de elastómero Viton o plástico PEEK cuando sea absolutamente necesario).

Desafortunadamente, no puedo dar una gran respuesta sobre los campos magnéticos o los electrones en el espacio, excepto que estos últimos pueden tratarse con una pantalla electrostática adecuada.

Esto es muy útil, gracias!
Creo que un poco de turbobomba haría el truco. En el espacio no necesita bomba previa ni sellos de vacío y con cojinetes magnéticos necesita muy poca energía.
¿No está el espacio ya en los niveles de vacío de la bomba turbo?
¿Funcionaría bien un pequeño microscopio electrónico en un cubesat en el espacio a 400 km?
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