捷克/斯洛伐克电镜的历史：Armin Delong等人的回忆录

Armin Delong (1925–2017) 是捷克斯洛伐克的电子显微镜学家与工程师，被广泛认为是该国电镜技术发展的重要先驱。他在冷战时期的卓越贡献，推动了捷克斯洛伐克以及东欧国家在电子光学领域的独立科研能力。

在 20 世纪 50 至 60 年代， Delong 领导团队成功开发了捷克斯洛伐克首台自主设计的透射电镜（ TESLA BS 242 ），一举打破了西方国家对高端科学仪器的技术垄断，为社会主义阵营国家争得了科研硬实力。

在冷战背景下，面对西方的技术封锁， Delong 的研究成果帮助捷克斯洛伐克建立了本土化的电镜产业。他的团队与国营企业 TESLA 紧密合作，研制的设备广泛应用于材料科学和生物医学研究，为东欧国家的基础科研提供有力支持。

Delong 的成就曾在 1958 年的布鲁塞尔世博会上展出，赢得国际社会的高度认可。他的设计理念（包括模块化结构设计）不仅推动了捷克斯洛伐克电镜技术的发展，还深刻影响了苏联及其他东欧国家的电子光学设备研发方向。

1 捷克斯洛伐克电镜 的萌芽

捷克斯洛伐克，拥有 1500 万人口，是中欧较小的国家之一。平均每人约有 0.36 公顷土地、 0.32 公顷森林、 0.15 辆汽车，以及 0.000034 台电镜，也就是说，约 3 万人共用一台电镜，其中 90% 是国产设备。这不仅意味着该国能够商业化生产原子能电站、机车和汽车，也在电镜制造领域占有一席之地。

自 1950 年到 1977 年，捷克斯洛伐克研发和生产了 1800 多台不同类型的电镜，从最初的两级透射电镜到使用场发射电子枪的超高真空扫描电镜（ SEM ），其中大部分出口到社会主义国家。虽然生产规模不及英美德等国，捷克斯洛伐克仍是少数几个对电镜发展做出贡献的国家之一。这些设备的商业化生产，开拓了许多国内外实验室在研究有机与无机微观结构上的可能性。

在电镜研发历史上，捷克斯洛伐克的起步相对较晚。第一台国产电镜诞生于 1949 年，而那时 RCA （ Radio Corporation of America ） 公司已生产了数百台电镜，比西门子第一台商用电镜晚了 10 年。然而，这个时间节点正值二战后捷克与斯洛伐克社会创新力量高涨的时期，高等教育、科研实验室的重建为电镜研发提供了不容忽视的动力。

二战期间，纳粹占领导致捷克斯洛伐克众多高等院校被关闭，而在战后，这些学校陆续恢复，吸引了大量热情高涨的青年科学家。布尔诺理工大学理论与实验电工技术研究所就是其中的典型代表。在阿莱什 · 布拉哈教授的领导下，这个研究所逐渐恢复元气。布拉哈教授曾在法国从事高压线路研究，战后他敏锐地意识到电子技术的前景，随即着手研发连续抽真空示波器 （ 图 1 ） ，并利用斯柯达工厂的资源，积累了电子光学设备设计经验。

由于研究生人数有限，布拉哈教授从学生中选拔合作者。这一过程多通过考试进行，因为教授无法逐一认识所有听他课程的学生。当我被问及是否愿意加入实验室时，我毫不犹豫地答应了。这一细节虽然看似微不足道，但生动反映出当时催人奋进的科研氛围。白天我们上课和实验，晚上就在实验室加班。研究工作极其耗时，以至于团队中有人因专注科研而延迟毕业。

我们的研发从一个带冷阴极的简单连续抽真空示波器的设计开始。这是布拉哈教授深思熟虑的安排，旨在帮助我们积累经验。捷克斯洛伐克电镜的建造想法受到团队的热烈欢迎。教授希望我们对电子源（比如 Induni 冷阴极）与成像电子透镜（区别于用于阴极射线示波器的聚焦透镜）有全面了解。为此，我们制成了著名的三脚架实验装置（图 2 ），成功复现了 Ruska 的实验。这一成就极大鼓舞了我们，推动团队全力以赴开始设计全功能电镜。

图 2 1947 年的双透镜实验电子光学平台。

当时，战后捷克斯洛伐克已运行了少量进口电镜。首批引入的是联合国救济与复兴管理署（ UNRRA ）分发的两台 RCA EMU 2 设备。其中一台供布拉格查理大学医学院的沃尔夫教授使用，他引入了生物组织复型技术，另一台则交由布尔诺马萨里克大学医学院的赫尔奇克教授。随后，法国 CSF 公司、瑞士 Trüb-Taüber 以及瑞典 Siegbahn-Schönander 的电镜也被引进。然而，在这些外来设备到达之前，捷克斯洛伐克自主研发的第一台电镜项目已经启动。

我们获取知识的重要来源，是 M.vonArdenn 授撰写的《 Elektronen-Übermikroskopie 》一书。这是一部令人着迷的读物，激励我们逐步攻克各项技术难题。这段研发旅程毫无疑问是一场冒险。 1950 年，经过不懈努力，我们的电镜终于呈现了首幅图像。该设备已满足标准电镜的所有基本要求，配备有热发射电子枪、聚光镜、物镜和投影镜。尽管我们参考了当时技术最为成熟且易于获取的 RCA EMU 2A 电镜，但新设备也包含了团队的诸多创新心血。

2 捷克斯洛伐克建造 的 第一台 透射 电镜

在理论与实验电工技术研究所研发首台电镜的过程中，弥漫着一种独特的探索氛围。 1949 年，人们普遍认为电镜是一种复杂的设备，拥有诸多技术难题，且需要特殊材料和零部件。在战后的捷克斯洛伐克，这似乎是个无法解决的任务。但这项 “ 被认为不可能的 ” 挑战，最终落到了不受传统禁锢的学生和应届毕业生肩上。在布拉哈教授的领导下，缺乏经验的团队展现了非凡的干劲和勇气，实践中更是获得了罕见的独立性。

团队由四名年轻人组成 —— 三名学生： [A. Delong （ 23 岁）、 V. Drahoš （ 23 岁）、 L. Zobac （ 22 岁） ] 和一名设计师 [J. Speciálný （ 26 岁） ] 。研究所的工作室以及来自布尔诺工程工厂的熟练工匠，为电镜的研制提供了必要支持。工匠们不仅完成了所有设计制造，还提供了 有价值 的建议与经验。

电镜生产在材料供给上并未遭遇重大障碍。当时的需求相对简单，主要使用软铁、黄铜、铜和铝。物镜极靴采用 Poldi-Armco 钢制作，经过精密研磨，获得了令人满意的低像散效果。荧光屏材料则较为特殊，起初使用的是为 X 射线设备设计的荧光粉，尽管效果有限，但后续改为 EMU 2A 电镜的专用荧光粉。

真空系统采用了现有的商业组件。由 Fysma 公司生产的扩散泵基于石蜡抽气，而这款泵的设计者为布拉格查理大学的多莱杰克教授。同时，国内生产的旋转油泵也被用作辅助设备。真空管路的设计和高真空测量由研究所另一学生团队完成。

加速电压源的建设是研发过程中的一个难题。由于捷克斯洛伐克是 X 射线诊断设备的传统生产国，首个 50 千伏加速电源以现有材料和零部件搭建而成，但稳定性欠佳。随后，团队借助 X 射线管厂家的整流真空二极管和电容器厂家的高压电容，成功设计了一个高频加速电源，该设计类似于 RCA 电镜的版本。团队还利用二战遗留下的功率管，构建了高频发生器并设计出电子电流稳定器，这种资源的利用为研发提供了不可忽视的助力。

1949 年，首台电镜进入测试阶段，成功拍摄了第一批图像。然而，分辨率受到物镜轴向像散的限制。团队尝试使用希利尔的校正方法在物镜极靴间加入八个软铁螺丝，但操作过于繁琐。最终，采用四线圈像散校正器的方案，位于物镜下方，并通过机械旋转调整校正场方向。这一改进的电镜随后批量生产了 25 台，为捷克斯洛伐克研究实验室提供了重要支持。

3 台式透射 电镜 BS 242

台式 透射 电镜 的建造是捷克斯洛伐克 电镜 的成就之一。建造台式 电镜 的想法早在 1951 年就 有， 然而，实际工作是在两年后的 1953 年开始的。目标是建造一个尽可能简单的 电镜 ，使用现有的不需要专门处理的材料 —— 一个对生产要求不会太高的 电 镜。另一方面，它要为用户提供最大的操作可能性。

台式 电镜 的设计者在建造两级 电镜 （基于 RCA EMU 2A ）方面积累了经验。因此他们能够更安全地设计一些部件。一个年轻工程师和技术人员组成的小团队在 1954 年完成了原型机。其横截面如图 4 所示。整体外观如图 5 所示。

与早期电子显微镜相比，台式电子显微镜的设计显得更为复杂。虽然其照明系统仅由电子枪和 Steigerwald 设计的 " 远焦 " 组成，仅能提供较窄范围的电流密度和照明孔径角，但成像系统采用了四个磁透镜：物镜、中间透镜、衍射透镜和投影透镜，不仅支持广泛的放大率，还可以实现选区衍射。

真空系统采用了旋转油泵和玻璃扩散油泵，安装在镜筒后方，通过空气对流冷却。简单的阀门机构位于扩散泵上方，显微镜只有在更换摄影材料（如 35 毫米胶片）时才打开空气通道。样品更换依靠杆式气闸完成，这一设计让样品放置变得便捷。

物镜采用平坦的上极靴设计，确保样品可以与物镜保持适当距离。杆式气闸分为两部分：样品架部分与 x-y 台连接，便于在垂直于光轴的方向上移动样品；另一部分则在插入真空时保护样品。两部分拧在一起时形成良好密封，这一简单高效的设计持续多年未有修改。该原理还用于将样品自动降低到上极靴孔中。

为了校正轴向像散，设备设计了由真空外部的四个线圈组成的像散校正器，易于操作，无需真空导通装置。三透镜投影系统的极靴通过机械对中嵌入磁路中。电子光学系统还包括三个外部可调的光阑：限制照明区域的光阑、物镜光阑和选区衍射光阑。

观察室和胶片相机通过车削和铣削技术加工而成，镜筒安装在支架上，支架的两侧设有操作元件，用于样品移动和聚焦。为实现电子加速，设备配备了 60 千伏的油绝缘高频电源，其紧凑设计允许直接放置在镜筒旁边的桌子上。设备早期使用电池供应透镜激励电流，但很快被安装在桌子下的电子稳定器所取代。

这台显微镜的初始分辨率为 25 埃，后续提升至 15 埃。其操作简便，而使用 35 毫米胶片的问题则通过用户自行采用真空干燥技术加以解决。该设备共有 800 多台制造销售，出口至全球 20 个国家，生产持续近 15 年。令人惊讶的是，整个生产周期中设备基本未进行实质性改动。

与现代透射电镜相比，这台设备确实在分辨率和多功能性上存在显著差距。然而，在复杂性、操作便利性和成本方面却占有优势。那么，这种设备是否完全失去了意义？尽管它的性能早已被超越，但它的独特之处仍有值得深思的价值。

这台显微镜最大的特点就是结构简单，因而操作也非常容易。它小巧便携，能够直接放置于桌面上，拆装方便。具备一般技术培训的操作人员无需担心安装或拆卸问题，同时还能全面了解设备各部件的功能。这种优势尤其适合 教学目的 ，提供了一个直观且易于使用的学习工具。相比之下，现代电镜由于复杂性，无法实现这样的灵活性。

尽管简化，这台设备仍保留了透射电镜的所有核心功能。它能够提供比光学显微镜高两个数量级的分辨率，清晰演示物镜光阑对比度的效果，支持明场与暗场模式图像展示，并能进行晶格的电子衍射演示。然而，它的简单设计使其较为依赖维护，难以像光学显微镜那样长期无故障运行，这也是需要改进的地方。

现代透射电镜的设计目标是实现理论分辨率，这使得维护变得必不可少。如何利用现代技术开发出一种操作简便、结构优化、成本适中的设备，以便在保证较高分辨率的同时简化操作流程？这是一个值得探讨的问题。

扫描电镜可能是目前最接近这一目标的设备。它在操作简便性和性能之间实现了一定的平衡，但对于某些样品而言，扫描电镜仍不足以提供全面的信息内容。这表明透射电镜领域仍需要一款台式设备。这种设备应当坚持简单结构、易于操作和低成本的设计原则，同时尝试结合两种设备的优点。

台式透射电镜的另一个优势在于其低廉的生产成本和价格。如果降低追求极限性能的要求，设备的材料、技术及工序也会相应简单化。事实上，这类显微镜的生产材料成本很低， 1985 年的售价仅需几千美元。

设备中的关键工艺集中在 极靴的加工 上，而其他部件包括真空系统和电源单元的构造相对简单。生产过程也很少遇到问题，因材料缺陷导致的报废部件寥寥无几。这种易于制造和维护的特点，为设备的大规模普及提供了可能性。

在 20 世纪 50 年代初，这款 电 镜因其简单、便捷且经济的特点大获成功，尤其满足了众多生物实验室的需求，而表面复 型样 品的研究正好契合了该设备的能力范围。这让人不禁思考，现代设备虽性能先进但价格昂贵。若能重新回归简单设计的思路，是否会让更多领域的人能够方便地利用显微技术？这是一个值得我们反思和探索的有趣课题。

4 捷克斯洛伐克的 电镜 生产

捷克斯洛伐克的首台电镜研发得到了工业界的资金支持，目的是实现工业化生产。 20 世纪 50 年代初，为满足国内科研需求，开始筹备电镜及相关设备的生产。

布尔诺成立了一家科学工作室，以工业部门为依托，基于首台电镜的开发文档生产了 25 台透射电镜。工作室迅速成为 Tesla Brno 公司的一部分，并于 1957 年开始批量生产台式电镜。最初，产量逐年提升，最高峰每年生产 100 余台。然而，随着市场对透射电镜性能的要求提高，更高端设备相继问世，台式电镜的需求逐渐减少。但即便如此，该设备在改进和复杂化的几代后，仍持续生产至 20 世纪 70 年代初。

试图通过将透射电镜置于专用台面并重建部分功能组件的尝试并未成功，反而导致价格上涨，市场热度下滑，最终宣告台式电镜的辉煌时代结束。尽管如此，在短短 15 年间，这类电镜已累计生产了 827 台，取得了堪称巨大的成功。它曾屡获殊荣，包括 1958 年布鲁塞尔世博会金奖，更重要的是赢得了广泛用户的认可。

毫无疑问， Tesla Brno 公司生产台式电镜，为研发和生产更先进的电镜奠定了基础。这一成功源自捷克斯洛伐克科学院自 1954 年起形成的研发团队，同时也得益于 Tesla Brno 逐渐培养出的经验丰富的工人、工程师和技术人员团队。

台式电镜的生产还带动了其他科学设备（如核磁共振波谱仪）和电子测量仪器的研发与生产，进一步提升了 Tesla Brno 的核心竞争力。值得一提的是，在 Tesla Brno 的实验室中，还成功设计并制造了两款自主研发的电镜，充分显示了其技术实力。表 1 列出了捷克斯洛伐克 电镜 生产的概况。