强度径向分量为零。而其他与主轴平行的入射电子将受到电子所处位置磁感应强度径向分量Bz的作用，产生切向力Ft=evBr，使电子获得切向速度vt，如图4-4（b）所示。一旦电子获得切向速度vt，开始作圆周运动的瞬间，由于vt垂直于Bz，产生径向作用力Fr=evtBz，使电子向轴偏转。结果使电子作如图4-4（c）、（d）所示的那样的圆锥螺旋运动。一束平行于主轴的入射电子，通过电磁透镜后被聚焦在轴线上的一点，即焦点。这与光学玻璃透镜对平行于轴线入射的平行光聚焦的作用十分相似（见图4-4（e））。
上述分析了短线圈磁场的聚焦成像的原理。由于短线圈的磁感应强度较低，若把它装到由软磁次材料制成的具有内环形间隙的壳子里（见图4-5），这样的短线圈所产生的磁力线都聚集中在内环间隙附件的区域，显著提高该区域的磁场强度。图4-5（a）、（b）分别画出了电磁透镜中磁力线和等磁位面的分布，并显示出旋转对称的不均匀磁场对电子的聚焦作用。
图4-5 有软磁壳的电磁透镜
（a）磁力线的分布； （b）等磁位面分布
实验和理论证明，电子束在电磁透镜中的折射行为和可见光在玻璃透镜中的折射相似，满足下列性质：
（1）通过透镜光心的电子束不发生折射。
（2）平行于主轴的电子书，通过透镜后聚焦在主轴上一点F，称为焦点；经过焦点并垂直于主轴的平面称为焦平面。
（3）一束与某一副轴平行的电子束，通过透镜后将将聚焦在该副轴与焦平面的交点上。
电磁透镜与玻璃透镜一个显著不同的特点是它的焦距f可变；经验公式表明：
f?KUr （4-7） (IN)2式中，K是常数，其与软磁极靴几何因数相关，Ur是经相对论校正后的电子加速电压。从式（4-7）中可知，电磁透镜焦距与激磁安匝数（IN）的平方成反比，也就是说，无论激磁电流（I）方向如何改变，焦距总是正的，这表明电磁透镜总是会聚透镜。激磁线圈匝数（N）是固定不变的，只要调节激磁电流就可方便改变电磁透镜的焦距。
五．电磁透镜的像差
电磁透镜像玻璃透镜一样，也要产生像差，即使不考虑电子衍射效应对成像的影响，也不能把一个理想的物点聚焦为一个理想的像点。电磁透镜的像差也分为两类，一类是因透镜磁场的几何缺陷产生的，叫做几何像差，它包括球面像差（球差）、像散等。另一类是由电子的波长或能量的非单一性引起的色差。 ? 球差：电磁透镜的近轴区域和远轴区域对电子束的聚焦能力不同而引起球
差。远轴区域的电子通过透镜时，一般比近轴去的折射成都严重，使得会聚点延伸在一定长度上，而不是会聚在一点上，从而影响了点在显微镜的分辨率。在这个距离上存在着一个最小的散焦斑，如图5-1a中的A。它的半径在原物面的折算值可表示如下：
rs?Cs?? （5-1）
式中Cs：球差系数；ɑ：孔径半角。为了减小rs值，对ɑ的要求与（1-1）式相反。前者rs与ɑ3成正比。为了提高球差对分辨率应使ɑ减小；而前者由衍射所确定的分表本领确要求增大ɑ角。一般适中的ɑ角取值为：
???(?Cs)1/4 （5-2）
式中A为一常数，代入式（5-2）中，得到：
??K1CS1/4???? （5-3）
?是考虑球差的理论分辨本领，式中常数K1=0.6-0.8。设计电镜时应尽量减少球差Cs，并提高加速电压以缩短波长?来提高分辨率。
图5-1 电磁透镜的像差
? 色差：因为不同波长的电子线通过电磁透镜有不同的折射能力，因而聚焦能
力不同而使图像模糊。这犹如白光通过玻璃棱镜时，其中不同的波长走不通角度的路线，而被分成7种颜色的光一样。在电磁透镜的情况下，受两个因素影响：一是由于加速电压微小波动而导致电子速度变化，产生了“杂色光”；二是由于透镜本身的线圈存在激磁电流的微小波动，也导致聚焦能力的变化。电磁透镜中最小散焦斑，如图5-1，b中的B折算到原物面的半径rc，可表示如下：
rc?Cc{??U?I?} （5-4） UI?U?I上式中U和I分别代表加速电压和透镜电流的稳点度；Cs为色差系数。
? 像散：由于电磁透镜的周向磁场不对称引起像散，见图5-1c。在XX方向上
电子聚焦的能力弱，而在YY方向上的聚焦能力强。在C1处XX方向上的电子聚成一点，而在YY方向电子却散开形成狭长的光斑。同样，在YY聚焦的C2截面上也形成狭长的光斑。在系列光斑中，最小的斑在原物面的折算半径值可表示如下：
rf??fA.? （5-5）
式中?fA为像散焦距差。透镜制造精度差和极靴、光阑的污染都能导致像散。一般在电镜中附有消像散器，在操作中可随时按需要来校正像散。
六．透射电镜的构造
透射电镜是以电子束作为光线，用电磁透镜聚焦成像，电子穿透样品，获得透射电子信息的电子光学仪器。目前商品透射电镜的三个主要指标如下： （1）加速电压（一般在80-3000伏之间）； （2）分辨率（一般点分辨率在2-3.5A。）； （3）放大倍数（一般在30-80万倍之间）。
透射电子显微镜一般由电子光学系统（又称镜筒），真空系统和供电系统三大部分组成。
镜筒是透射电子显微镜的主体部分，其内部的电子光学系统自上而下顺序地排列着电子枪、聚光镜、样品室、物镜、中间镜、投影镜、荧光屏和照相机等装置。根据他们的功能不同又可将电子光学系统分为照明系统、样品室、成像系统和图像观察及记录系统。
（1）照明系统：照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置组成，其作用是提供一束亮度高、相干性好喝束流稳定的照明源。为满足中心暗物成像的要哦球，照明电子束可在2°-3°范围内倾斜。
电子枪：电子枪是透射电子显微镜的光源，要求发射的电子束亮度高、电子束斑的尺寸小，发射稳定度高。目前常用的是发射式热阴极三极电子枪，它是由
阴极、阳极和栅极组成，见图6-1。
图6-1 电子枪结构示意图
1-阴极； 2-栅极； 3-阳极； 4-电子束交叉点
阴极为0.1-0.95mm的“V”形钨丝。当加热时，钨丝的简短温度可高达2000°C以上，产生热发射电子现象。阴极与阳极之间有高电压，电子在高电压的作用下加速从电子枪中射出，形成电子束。在阴极和阳极之间有一栅极（又称控制极），它比阴极还负几百至几千伏的偏压，起着对阴极电子束流发射和稳定控制作用。同时，由阴极、栅极、阳极所组成的三极静电透镜系统对阴极发射的电子束起着聚焦的做哟个。在阳极孔附近形成一个直径小于50μm的第一交叉点，即通常所说的电子源，或称为点光源。
为了提高照明亮度，随后发明了电子逸出功小的六硼化镧（LaB6）做阴极。他比钨丝阴极的亮度高1-2个数量级，而且使用寿命增长。LaB6电子枪的结构原理见图6-2。
阴极为LaB6杆，其尖端半径仅为几个微米，另一端浸入油散热器中。LaB6被环绕其周围的W丝圈加热升温，W丝圈相对阴极保持负电位，以大电流通过