Почему в электронном микроскопе используется высокое напряжение? объясните как можно подробнее, с точки зрения физики

Электронные пучки получили широкое практическое применение в приборах электронной микроскопии. Используя источники свободных электронов и различные типы линз, фокусирующих или дефокусирующих пучки электронов, сконструировано большое число аналогов оптических устройств. Физические основы электронно-оптических приборов были заложены почти за сто лет до создания электронного микроскопа ирландским математиком У. Р. Гамильтоном, установившим существование аналогии между прохождением световых лучей в оптически неоднородных средах и траекториями частиц в силовых полях. Перспективность применения электронной оптики стала ясна после выдвижения в 1924 г. гипотезы о волнах де Бройля. Благодаря чрезвычайно малой длине волны электронов, предел разрешения, характеризующий способность прибора отобразить раздельно мелкие, максимально близко расположенные детали объекта, у электронного микроскопа составляет 2-3 Å (1Å=10-10м) . Это в несколько тысяч раз меньше, чем для оптического микроскопа. Первое изображение объекта, сформированное пучками электронов, было получено в 1931 г. немецкими учеными М. Кноллем и Э. Руска.
Необходимым условием перемещения электронов в виде пучка на большое расстояние является создание на их пути вакуума, поскольку в этом случае средняя длина свободного пробега электронов между столкновениями с газовыми молекулами будет значительно превышать расстояние, на которое они должны перемещаться. Для этих целей достаточно поддерживать в рабочей камере вакуум приблизительно 10-4 Па. Источником электронов служит металл (обычно вольфрам) , из которого после его нагревания в результате термоэлектронной эмиссии испускаются электроны. С помощью электрического поля поток электронов можно ускорять и замедлять, а также отклонять в любых направлениях, используя электрические и магнитные поля.

Исторически первым был изготовлен просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) , в котором электроны, после прохождения через объект, попадают на электронную линзу, которая формирует увеличенное изображение объекта. Оптическая схема ПЭМ полностью эквивалентна соответствующей схеме оптического микроскопа, в котором световой луч заменяется электронным лучом, а оптические линзы или системы линз заменяются электронными линзами или системами электронных линз. Достоинством ПЭМ является большая разрешающая способность. Основной недостаток связан с тем, что объект исследования должен быть очень тонким (обычно тоньше, чем 0.1 мкм) . Кроме того, в ПЭМ используют электроны большей энергии. В зависимости от исследуемого материала электроны ускоряют до кинетической энергии в диапазоне от нескольких кэВ до нескольких МэВ. Это приводит к нагреву образца вплоть до разрушения и испарения.
Более простым и универсальным для практического применения является сканирующий и растровый электронный микроскоп. РЭМ предназначен для исследования массивных объектов с разрешением, существенно более низким, чем у ПЭМ, - от 50 до 200 А. В растровом электронном микроскопе хорошо сфокусированный электронный пучок (зонд) развертывают с помощью магнитной или электростатической отклоняющей системы по заданной площади на объекте исследования. При взаимодействии электронов пучка с объектом возникает несколько видов излучений – вторичные и отраженные электроны; электроны, прошедшие через объект (если он тонкий) ; рентгеновское излучение. Любое из этих излучений может регистрироваться соответствующим детектором, преобразующим излучение в электрические сигналы, которые после усиления модулируют пучок электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) .
С увеличением ускоряющего напряжения возрастает проникающая способность электронов, что дает возможность изучать объекты большей толщины. Известны электронные микроскопы с ускоряющим напряжением 500, 1000, 1500 и даже 3500 кВ. Такие микроскопы позволяют изучать объекты толщиной до нескольких микрометров.