РУСКА (Ruska), Эрнст

25 декабря 1906 г. – 27 мая 1988 г.

Нобелевская премия по физике, 1986 г.
совместно с Гердом Биннигом и Гейнрихом Рорером

Немецкий физик Эрнст Август Руска родился в Гейдельберге и был пятым ребенком (из семи детей) профессора-ориенталиста Юлиуса Фердинанда Руски и Элизабет (в девичестве Мерке) Руски. В 1925 г. Р. приступил к углубленному изучению физических наук в Мюнхенском техническом университете, в 1927 г. перешел в Берлинский технический университет. Практику он проходил в компаниях «Сименс унд Хальске» (Берлин) и «Браун – Бовери» в Мангейме. Став в 1931 г. по окончании Берлинского технического университета инженером, он два года спустя защитил докторскую диссертацию по электротехнике под руководством Макса Кнолля.

Работая над диссертацией, Р. совершил открытие, которое в конечном счете привело к изобретению электронного микроскопа. Основная идея изобретения отталкивалась от ограниченности возможностей обычного оптического микроскопа, предел разрешения которого – длина волны видимого света. Видимый свет имеет длину волны около 5000 ангстремов, или одной полумиллионной метра, диаметр же атома составляет всего лишь 1 ангстрем (одну десятимиллиардную метра). Невозможно построить оптический микроскоп такой мощности, чтобы в него можно было рассматривать столь малые объекты.

К середине 20-х гг. было хорошо известно, что электромагнитное излучение (например, свет) обладает корпускулярными свойствами, т.е. ведет себя как поток частиц. В 1924 г. французский физик Луи де Бройль высказал гипотезу о том, что частицы, например электрон, в свою очередь обладают волновыми свойствами. Де Бройль вычислил, что чем больше энергия электрона, тем короче должна быть длина его волны. Например, электрон с энергией 100 килоэлектронвольт имеет длину волны около 0,1 ангстрема, или около одной десятой диаметра атома. В 1927 г. Клинтон Дж. Дэвиссон и Лестер Джермер из лаборатории «Белл» экспериментально подтвердили существование волновых свойств электрона.

Поскольку электрон может иметь длину волны в десять раз меньшую, чем диаметр отдельного атома, экспериментаторы стали подумывать о постройке микроскопа, в котором вместо света использовались бы электроны. В конце 20-х годов Р. удалось существенно продвинуться по пути создания электронного микроскопа, когда он открыл, что магнитная катушка может действовать как линза для электронов. Кроме того, ему удалось построить магнитные линзы с таким коротким фокусным расстоянием, что их можно было использовать для получения изображения объекта, облучаемого электронами.

Самый первый электронный микроскоп, разработанный Р. и Кноллем в 1931 г., состоял из двух последовательно расположенных магнитных линз. При 15-кратном увеличении этот прибор был значительно менее мощным, чем современные оптические микроскопы, но именно он позволил установить основной принцип электронной микроскопии. В 1933 г. Р. построил вариант электронного микроскопа, разрешающая способность которого позволяла определять детали размером в 500 ангстремов исследователям удалось изучать детали в десять раз меньшие, чем те, которые способны разрешать самые мощные оптические микроскопы.

После защиты докторской диссертации в 1933 г. Р. становится сотрудником телевизионной компании в Берлине и занимается усовершенствованием технологии производства телевизионных трубок. В 1937 г. он в должности инженера-электрика фирмы «Сименс» принимает участие в разработке первого коммерческого массового электронного микроскопа. Этот прибор с разрешающей способностью в 100 ангстремов впервые поступил на рынок в 1939 г. В настоящее время существуют электронные микроскопы, способные разрешать детали размером 1 ангстрем.

Разработанный Р. электронный микроскоп называется просвечивающим. При работе просвечивающего микроскопа исследуемый материал (под микроскоп помещается его тонкий срез) бомбардируется узким пучком электронов. Проникая в материал, электроны отклоняются от прямолинейного пути, причем их отклонение зависит от состава и структуры материала. Поместив на пути электронного пучка фотоэмульсию, исследователь получает увеличенное изображение материала. Электронный микроскоп Р. нашел применение в самых различных областях науки, в т. ч. при исследовании металлов, вирусов, белковых молекул и других биологических структур.

Изобретенный Р. просвечивающий микроскоп стимулировал разработку электронных микроскопов других типов, наиболее важным из которых, по-видимому, является сканирующий электронный микроскоп. В этом приборе на образец направляется остро сфокусированный пучок электронов, и исследователь вместо того, чтобы наблюдать электроны, прошедшие сквозь материал, наблюдает электроны, претерпевшие рассеяние на нем. Магнитные катушки позволяют управлять перемещением падающего пучка по поверхности изучаемого материала так же, как конденсаторы управляют перемещением электронного луча по поверхности телевизионной трубки, фиксируя вариации в распределении рассеянных электронов, исследователь получает объемное изображение в отличие от плоскостного изображения (срез!), получаемого с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Поскольку разрешение, достигаемое на сканирующем электронном микроскопе, ниже, чем разрешение просвечивающего микроскопа, эти два типа электронных микроскопов дополняют друг друга.

В 1949 г., в бытность свою сотрудником компании «Сименс», Р. становится приват-доцентом (внештатным лектором) Берлинского технического университета. В том же году он получает звание почетного профессора Свободного университета в Берлине. В 1954 г., за год до ухода из компании «Сименс», Р. становится членом. Общества Макса Планка, которое назначило его в 1957 г. директором контролируемого Обществом Института электронной микроскопии. Через два года он принимает предложение занять пост профессора электронной оптики и электронной микроскопии в Берлинском техническом университете Р. продолжал активную исследовательскую деятельность в области электронной оптики и микроскопии вплоть до выхода в отставку, последовавшего в 1972 г.

Р. был удостоен половины Нобелевской премии 1986 г. «за фундаментальные работы по электронной оптике и создание первого электронного микроскопа». Другая половина премии была присуждена Герду Биннигу и Гейнриху Рореру за их вклад в создание сканирующего туннелирующего микроскопа. На церемонии презентации лауреата представитель Шведской королевской академии наук сказал «Значение электронного микроскопа для различных областей науки, особенно биологии и медицины, ныне общепризнано. За последние десятилетия электронная микроскопия достигла необычайного расцвета, появились важные технические усовершенствования и принципиально новые схемы электронных микроскопов. Открытие Р. вряд ли может быть переоценено, и на фоне этого важность первых фундаментальных работ становится все более очевидной. Хотя в области электронной микроскопии работало немало исследователей, вклад Р. отчетливо доминирует Проведенные им электронно-оптические исследования и создание первого настоящего электронного микроскопа имели решающее значение для последующего развития электронной микроскопии».

В 1937 г. Р. вступил в брак с Ирмелой Рут Гайгис, у них двое сыновей и дочь. Р. умер 27 мая 1988 г.

Кроме Нобелевской премии, Р. удостоен премии Зенкенберга Университета Франкфурта-на-Майне (1939), серебряной медали Лейбница Прусской академии наук (1941), премии Ласкера Американской ассоциации здравоохранения (1960), медали и премии Дарделла Лондонского физического института (1975) и медали Котениуса Германской академии естествоиспытателей «Леопольдина» (1975). Он был почетным доктором университетов Киева, Модены, Торонто и Свободного университета Берлина.

Ранее опубликовано:

Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.
© The H.W. Wilson Company, 1987.
© Перевод на русский язык с дополнениями, издательство «Прогресс», 1992.

Дата публикации:

15 августа 2000 года