產生單粒子納米束的方法和裝置的製作方法
2023-04-26 15:39:06
專利名稱：產生單粒子納米束的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及輻射生物學和粒子加速器等領域，具體地說是一種產生單粒子的納米束的方法和裝置。
裝置出口的束斑是單粒子束裝置的一項重要指標。在研究縮小用於細胞輻射研究的單粒子束裝置出口束斑的問題上，比較通用的方法是使用孔徑很小的瞄準器，一般可以獲得直徑為5-10μm左右或更小的束斑。美國哥倫比亞大學的單粒子束裝置從1995年建成到現在，出口束斑直徑基本上還是5μm左右。Gerhard等人計劃研製一臺靜電透鏡，用於縮小哥倫比亞大學單粒子束裝置的出口束斑，目標是力爭達到2μm，改進後的最終目標為0.3μm。英國Gray實驗室的單粒子束裝置出口束斑目前為1μm左右(網上信息)。從現有的文獻來看，單粒子束裝置束品質優化的研究目前正處於起步階段，對影響束品質原因的探討還不夠深入，若能研製出束斑更小的單束裝置，將會帶來單束與輻射生物學等領域研究的革命。
影響單粒子束裝置束斑大小的因素是多方面的，假設加速器的流強是恆定的，同時束流的傳輸是穩定的，可能影響單粒子束裝置出口束斑大小的原因主要應包括以下幾種(1)射入瞄準器的束流發散或斜入射，粒子與瞄準器碰撞導致瞄準器出口的束流半張角增大，引起瞄準器出口束斑增大；(2)粒子與瞄準器出口的固體膜和樣品架上的細胞盤碰撞會帶來角度的歧離；(3)瞄準器與樣品架間距對瞄準器出口束斑有影響，當瞄準器出口束流發散時，瞄準器與樣品架間距增大會導致瞄準器出口束斑增大；(4)瞄準器孔徑的限制；(5)瞄準器出口到樣品架之間的氣體分子與粒子碰撞造成的粒子散射。對第五個原因，原中科院等離子體物理研究所博士生彭士香在其學位論文中已經通過實驗研究過，束斑大小隨瞄準器出口到樣品架的間距長短近似呈線性關係，氣體散射對束流的半張角幾乎沒有影響。因此縮小瞄準器出口束斑的辦法應該是設法減少固體膜和細胞盤對粒子碰撞產生角度歧離、縮瞄準器的孔徑改變束流射入瞄準器的性質。
本發明就是要通過對以上影響瞄準器出口束斑的因素的改進，使瞄準器出口的束斑縮小到納米量級，為輻射生物學和材料學研究提供高品質的單個粒子束。
產生單粒子納米束的裝置，包括加速器、束流傳輸系統、納米束實現系統和束流發射度測量與束流聚焦調節系統。
束流傳輸系統包括聚焦束探測、偏轉磁鐵、直靶、束流穩定、四級透鏡、束開關、真空泵、水平靶、光闌、真空保護閥、預瞄準器和瞄準器。
納米實現系統包括束流、微米孔、納米孔、納米孔鍍膜和真空封膜。
本發明的效果有了本發明，對已經獲得5～10μm左右或更小的束斑的單粒子微束裝置有望使束斑縮小至納米量級，使得單個粒子束與輻射生物學領域的研究達到納米尺度。
圖2為加速器與束流傳輸系統圖。
圖3為納米實現系統示意圖。
權利要求
1.產生單粒子納米束的方法，其特徵在於在較成熟的單粒子微束裝置的加速器與粒子傳輸系統與微束系統基礎上，通過對發射度測量與束聚焦調節，探測束流性質，進而改變速流的品質，使束流以平行或聚焦的狀態射入瞄準器，通過採取後探測方法減小固體膜厚度，進而減小粒子與固體膜碰撞帶來的角度歧離，再通過採用在微米孔上蒸鍍材料，獲得納米孔的辦法縮小瞄準器孔徑，從而使瞄準器出口的束斑縮小到納米量級，為輻射生物學和材料學研究提供高品質的單個粒子束。
2.根據權利要求1所述的產生單粒子納米束的方法，其特徵在於採取後探測方法減小固體膜厚度，是除了3.5微米的真空封膜外，在細胞輻照前不再添加其他固體膜。
3.產生單粒子納米束的裝置，其特徵在於包括加速器、束流傳輸系統、納米束實現系統和束流發射度測量與束流聚焦調節系統。
4.根據權利要求3所述的產生單粒子納米束的裝置，其特徵在於束流傳輸系統包括聚焦束探測、偏轉磁鐵、直靶、束流穩定、四級透鏡、束開關、真空泵、水平靶、光闌、真空保護閥、預瞄準器和瞄準器。
5.根據權利要求3所述的產生單粒子納米束的裝置，其特徵在於納米實現系統包括束流、微米孔、納米孔、納米孔鍍膜和真空封膜。
全文摘要
本發明是對單粒子微束裝置的改進與發展。目前的單粒子微束裝置輻照精度最小在微米量級。由於單粒子定位定量照射靶材料，可以揭示粒子注入效應的本質，因此縮小單粒子微束裝置的出口束斑則有助於深入研究粒子與物體相互作用的本質。本發明立足於束流發射度的測量與束聚焦調節、減小固體膜厚度、縮小瞄準器孔徑，因而可以縮小單粒子微束裝置的出口束斑。發明的核心內容是納米孔的瞄準器和使得束流平行或會聚入射瞄準器的調節裝置。本發明有望使單個粒子束技術與輻射生物學等領域研究的進入納米尺度。
文檔編號H05H3/00GK1450846SQ02138508
公開日2003年10月22日 申請日期2002年10月26日 優先權日2002年10月26日
發明者吳瑜, 餘增亮, 王紹虎, 胡素華, 陳斌, 李軍, 時鐘濤, 張俊 申請人:中國科學院等離子體物理研究所