Spread in Electron Images with Particular Reference to Electron Micrography

Abstract

From consideration of electron track length as a function of energy, it is shown that image spread in a photographic layer should first increase with electron energy, to reach a maximum when the practical range of the electron matches the thickness of the emulsion coaling, and thereafter decrease. Thus, at a tixed ratio of silver halide to gelatin, maximum spread should increase and shift to higher energies with increasing weight ofsilver halide per unit area It can be deduced also that, for a fixed weight of halide per unit area, but variable silver halide gelatin ratio, the electron energy at which maximum spread appears will be substantially invariant, but the spread itself will vary in accordance with the thickness of the coating, e.g. the spread will decrease with increasing silver halide gelalin ratio.

Data on electron diffusion coefficients of coatings of a standard emulsion at various weights and silver halide gelatin ratios are presented for electron energies ranging from 25 keV to 100 keV. They provide confirmation of the various deductions described above and demonstrate that there is a unique relation between maximum diffusion coefficient and thickness of emulsion coating.

In considering the implications of the findings, so far as image quality in electron micrographs is concerned, attention is paid, in particular, to the case of specimen exposure in the microscope being limited to some fixed maximum. For this condition it is concluded that:

(a) Maximum image quality in the print using a given negative material is achieved on full development of the latter.

(b) With coatings of constant weight and silver halide gelatin ratio image quality in the print increases with increasing grain size of the emulsion.

(c) For an emulsion of a given grain size and silver halide gelatin ratio, image quality in the print is not affected by coating weight (or thickness), providing that coatings of different weights are developed to a similar degree.

(d) Image quality in the print can be improved by increase in the silver halide gelatin ratio of the negative material.

Résumé

En se rapportant à l’influence de l’énergie des électrons sur la longueur de leurstraces,ilest montré que l’étalement de l’imagedans une couche photographique doit d’abord augmenteren fonction de l’énergie des électrons pour atteindre un maximum quand le parcours utile des électrons correspond à l’épaisseur de la couche d’émulsion, et décroitre par la suite. En conséquence, pour un rapport halogénure d’argent-gélatine constant, l’étalement maximal doit augmenter et se déplacer vers les énergies les plus élevées lorsque la masse dhalogénure d’argent par unité de surface augmente. On peut en déduire aussi qu’en maintenant constante la masse enhalogénure d’argent par unité de surface, et en faisant varier le rapport halogénure d’argent-gélatine, l’énergie des électrons correspondantau maximum d’étalement doit être quasiment invariante, mais que l’étalement lui-même doit varier en fonction de l’épaisseur de la couche d’émulsion, à savoir qu’il doit diminuer lorsque le rapport halogénure d’argent-gélatine augmente.

Les valeurs des coefficients de diffusion des électrons dans une émulsionstandard couchée à des poids et rapports halogénure d’argentgélatine variés sont indiquées pour des électrons dont les énergies sont comprises entre 25 et 100 keV. Elles confirment les déductions présentées ci-dessus et montrent qu’il y a une relation univoque entre le coefficient de diffusion maximal et l’épaisseur de la couche d’émulsion.

En considérant les implications de ces observations, il apparait qu’en ce qui concerne la qualité des images en microscopie électronique, on doit en particulier porter l’attention sur le cas où l’exposition de l’échantillon est limitée à une valeur maximale fixée. Dans ces conditions:

(a) Le meilleur tirage avec un matériau photographique donné pour la prise de vue est obteni par développement complet de ce dernier.

(b) Avec des surfaces sensibles dont le poids et le rapport halogénure d’argent-gélatine sont identiques, la qualité de l’image tirée augmente lorsque la taille des grains de l’émulsion de prise de vue augmente.

(c) Pour des émulsions ayant même taille de grains et même rapport halogénure d’argent-gélatine, la qualité de l’image de l’épreuve tirée ne dépend pas du poids du couchage (ou de l’épaisseur) dans la mesure où les degrés de développement des différents couchages sont semblables.

(d)La qualité de l’image de l’épreuve peut être améliorée en augmentant le rapport halogénure d’argent-gélatine du produit photographique de prise de vue.

Zusammenfassung

Aus dem Zusammenhang zwischen Reichweite und Elektronenenergie wird abgeleitet, dass die Verwaschung des aufbelichteten Elektronenbildes in einer fotografischen Schicht mit steigender Energie zunächst zunehmen sollte; sil sollte ein Maximum erreichen, wenn die Reichweite der Elektronen mit der Schichtdicke übereinstimmt und und sollte bei weiterer Erhöhung der Energie wieder abnehmen. So sollte bei gegebenem Silver/Gelatine-Verhältnis die maximale Verwaschung mit steigendem Silverauftrag anwachsen und sich zu höheren Energien hin verschieben. Weiterhin kann abgeleitet werden, dass bei gegebenem Silverauftrag aber unterschiedlichem Silver/Gelatine-Verhältnis die Energie, bei der die maximale Verwaschung auftritt, nahezu konstant bleibt die Verwaschung selbst jedoch sollte sich entsprechend der Schichtdicke ändern, d. h. mit steigendem Silver/Gelatine-Verhältnis abnehmen.

Daten über Elektronen-Diffusion für verschiedene Schichten einer Standardemulsion, bei verschiedenem Auftrag und Silver GelatineVerhältnis werden mitgeteilt für Elektronenenergien im Bereich von 25 bis 100 keV. Sie bestätigen die vorhergehenden Ableitungen und zeigen, dass eine eindeutige Relation zwischen maximaler Verwaschung und der Dichte der Emulsionsschichten besteht.

Bei der Diskussion der Konsequenzen dieser Ergebnisse für die Bildqualität von elektronenmikroskopischen Aufnahmen ist zu berücksichtigen, dass die Strahlenbelastung des Präparates im Mikroskop einen gewissen Maximalwert nicht überschreiten sollte. Unter dieser Bedingung wird geschlossen dass:

(a) Die maximale Bildqualität in der Kopie beigegebenem Aufnahme material bei Ausentwicklung erreicht wird.

(b) Bei Schichten mit konstantem Auftrag bei gegebenem Silver/Gelatine-Verhältnis die Bildqualität in der Kopie mit steigender AgHal-Korngrosse der Negativemulsion ansteigt.

(c) Für eine Emulsion von gegebener Korngrösse und konstantem Silver/Gelatine-Verhältnis die Bildqualität in der Kopie nicht durch den Auftrag (bzw. die Schichtdicke) beeinflusst wird, vorausgesetzt, dass Schichten unterschiedlichen Auftrags in ähnlichem Grade entwickelt werden.

(d)Die Bildqualität in der Kopie durch Erhöhung des Silver/Gelatineverhältnisses des Negativmaterials verbessert wird.

Riassunto

Da considerazioni sulla lunghezza della traccia dell’elettrone come funzione dell’energia, viene dimostrato che la diffusione dell’immagine nello strato fotografico dovrebbe in primo luogo crescere col crescere dell’energia dell’elettrone fino a raggiungere un massimo quando il cammino pratico dell’elettrone raggiunge lo spessore dello strato d’emulsione, e quindi diminuire.

Cosi, per un dato rapporto alogenuro d’argento-gelatina, la massima diffusione dovrebbe aumentare espostarsi verso le più alte energie come aumenta il peso dell’alogenuro d’argento per unità di area.

Si può anche dedurre che, per un dato peso dialogenuro per unità di area, ma rapporto alogenuro d’argento-gelatina variabile, l’energia dell’elettrone per cui si ha la massima diffusione sarà sostanzialmente invariata, ma la diffusione di perse varierà a seconda dello spessore dello strato, cioè la difusione diminuirà col crescere del rapporto alogenuro d’argento-gelatina.

Vengono presentati dati relativi ai coefficienti di diffusione dell’elettrone per strati di una emulsione standard a varie coperture e vari rapporti alogenuro d’argento-gelatina, per energie elettroniche nel campo da 25 KeV a 100 keV. Questi confermano le deduzioni sopra descritte e dimostrano che vi è un’unica relazione fra il coefficiente di diffusione massimo e lo spessore dello strato di emulsione.

Considerando le consequenze di quanto trovato, per quanto concerne la qualità d’immagine di micrografie elettroniche, l’attenzione si è rivolta particolarmente al caso di una esposizione di un campione al microscopio.

Per questa condizione si è concluso che:

(a) Per un certo materiale negativo la migliore qualità di immagine in stampa si ottiene sviluppando a fondo il negative.

(b) Con stese di copertura e rapporto alogenuro d’argento-gelatina costanti, la qualità di immagine in stampa migliora colcrescere della dimensione dei granuli dell’emulsione.

(c) Per una emulsione con una certa dimensione dei granuli ed un dato rapporto alogenuro d’argento-gelatina, la qualità in stampa non dipende dalla copertura (spessore), purchè le stese a diversa copertura siano sviluppate allo stesso grado.

(d) La qualità in stampa può essere migliorata aumentando il rapporto alogenuro d’argento-gelatina del materiale negativo.