НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1986 г. / ФИЗИКА / ЕРНСТ РУСКА

Ернст Руска (Ernst Ruska)

25 декември 1906 г. – 27 май 1988 г.

Нобелова награда за физика (заедно с Герд Биниг и Хайнрих Рорер)

(За фундаменталната му работа в областта на електронната оптика и за конструирането на първия електронен микроскоп)

Германският физик Ернст Август Руска е роден в Хайделберг като пето дете (от седем деца) на професора ориенталист Юлиус Фердинанд Руска и Елизабет (родена Мерке) Руска. През 1925 г. Руска започва да изучава задълбочено физически науки в Мюнхенския технически университет, а през 1927 г. се мести в Берлинския технически университет. Практикува в „Сименс унд Халске“ (Берлин) и „Браун-Бовери“ в Манхайм. След като завършва Берлинския технически университет през 1931 г. и става инженер, Руска защитава две години по-късно докторска дисертация по електротехника под ръководството на Макс Кнол.

Докато работи върху дисертацията си, Руска прави откритие, което в крайна сметка води до изобретяването на електронния микроскоп. Основната идея на изобретението се основава на ограничените възможности на обичайния оптичен микроскоп, пределът на чиято разделителна способност е дължината на вълната на видимата светлина. Видимата светлина има дължина на вълната около 5000 ангстрьома, или една половинмилионна част от метъра, докато диаметърът на атома е само 1 ангстрьом (една десетмилиардна част от метъра). Невъзможно е да се направи оптичен микроскоп с такава мощност, че с него да могат да се изследват толкова малки обекти.

До средата на 20-те години е добре известно, че електромагнитното излъчване (например светлината) има корпускулярни свойства, иначе казано - държи се като поток от частици. През 1924 г. френският физик Луи дьо Бройл изказва хипотезата, че частиците, например електронът, имат от своя страна и вълнови свойства. Дьо Бройл изчислява, че колкото по-голяма е енергията на един електрон, толкова по-къса трябва да бъде дължината на вълната му. Например електрон с енергия от 100 килоелектронволта има дължина на вълната около 0,1 ангстрьома, или около една десета от диаметъра на атома. През 1927 г. Клинтън Дж. Дейвисън и Лестър Гермър от лабораториите „Бел“ потвърждават експериментално съществуването на вълнови свойства на електрона.

Тъй като електронът може да има дължина на вълната десет пъти по-малка от диаметъра на отделен атом, експериментаторите започват да мислят за създаване на микроскоп, който да използва електрони вместо светлина. В края на 20-те години Руска успява да постигне значителен напредък в създаването на електронен микроскоп, когато открива, че магнитна намотка може да действа за електроните като леща. В допълнение той успява да създаде магнитни лещи с толкова късо фокусно разстояние, че могат да бъдат използвани за получаване на изображение на обект, облъчен с електрони.

Първият електронен микроскоп, разработен от Руска и Конъл през 1931 г., се състои от две последователни магнитни лещи. При 15-кратно увеличение този инструмент е значително по-малко мощен от съвременните оптични микроскопи, но именно той прави възможно установяването на основния принцип на електронната микроскопия. През 1933 г. Руска създава версия на електронен микроскоп, чиято разделителна способност позволява да се определят детайли с размери от 500 ангстрьома. Изследователите успяват да изучат десет пъти по-малки детайли от тези, които могат да се видят с най-мощните оптични микроскопи.

След защитата на докторската си дисертация през 1933 г. Руска става служител на телевизионна компания в Берлин и усъвършенства технологията на производство на телевизионните тръби. През 1937 г., като електроинженер в „Сименс“, той участва в разработването на първия комерсиален масов електронен микроскоп. Този инструмент с разделителна способност от 100 ангстрьома се появява за първи път на пазара през 1939 г. Днес има електронни микроскопи, способни да дадат образ на детайли от 1 ангстрьом.

Разработеният от Руска електронен микроскоп се нарича трансмисионен. По време на работа на трансмисионния микроскоп, изследваният материал се бомбардира от тесен сноп електрони. Прониквайки в материала, електроните се отклоняват от праволинейния си път, като тяхното отклонение зависи от състава и структурата на материала. Като постави фотографска емулсия по пътя на електронния сноп, изследователят получава увеличено изображение на материала. Електронният микроскоп на Руска намира приложение в различни области на науката, включително в изследването на металите, вирусите, протеиновите молекули и други биологични структури.

Изобретеният от Руска трансмисионен микроскоп стимулира разработването на други видове електронни микроскопи, най-важният от които очевидно е сканиращият електронен микроскоп. В това устройство остро фокусиран сноп електрони се насочва към образеца и изследователят, вместо да наблюдава електроните, преминали през материала, наблюдава електроните, които са разпръснати от него. Магнитни намотки позволяват да се управлява движението на падащия сноп върху повърхността на изследвания материал по същия начин, по който кондензаторите контролират движението на електронния сноп върху повърхността на телевизионна тръба. Като фиксират вариациите в разпределението на разпръснатите електрони, изследователят получава триизмерно изображение, за разлика от плоското изображение, получавано с помощта на трансмисионния електронен микроскоп. Тъй като разделителната способност, постигана със сканиращ електронен микроскоп, е по-ниска от тази на трансмисионния микроскоп, двата вида електронни микроскопи се допълват взаимно.

През 1949 г., като служител все още на „Сименс“, Руска става приват-доцент в Берлинския технически университет. През същата година получава званието почетен професор на Берлинския свободен университет. През 1954 г., година преди да напусне компанията „Сименс“, Руска става член на дружеството „Макс Планк“, което го назначава през 1957 г. за директор на контролирания от дружеството Институт за електронна микроскопия. Две години по-късно Руска приема предложението да заеме поста професор по електронна оптика и електронна микроскопия в Берлинския технически университет. Той продължава активните си изследвания в областта на електронната оптика и микроскопията до пенсионирането си през 1972 г.

През 1937 г. Руска се жени за Ирмела Рут Гайгис, семейството има двама сина и дъщеря.

Освен с Нобеловата награда, Руска е удостоен с наградата Зенкенберг от университета във Франкфурт на Майн (1939 г.), със сребърния медал Лайбниц на Пруската академия на науките (1941 г.), с наградата Албърт Ласкър на Американската здравна асоциация (1960 г.), с медал и наградата Дардъл на Лондонския физичен институт (1975 г.) и с медала Котениус на Германската академия на естествоизпитателите „Леополдина“ (1975 г.). Почетен доктор на университетите в Киев, Модена, Торонто и на Берлинския свободен университет.

Превод от руски: Павел Б. Николов