专利名称:粒子束流截面直径控制器件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种纳米技术领域：
的器件及其制备方法，特别涉及一种粒子束流
截面直径控制器件及其制备方法。
技术背景
带电粒子加速器、中子加速器在医学、工业、农业、国防、环境、材料和能源等领域 有广泛的应用，在一些研究领域如细胞精准定位诱变等研究中，需要将粒子束流截面直径 (简称束流直径)控制在很小范围内。目前已能将加速器的束流直径控制在Pm级，但还不 能满足某些研究领域的需要，如材料微加工特别是固体纳米孔的制作用以研究带电生物大 分子如DNA和RNA的穿孔动力学，用现有的加速器制作出的纳米孔，或是很不规则，或是孔 径过大，很难满足实验要求。如果能将粒子束流截面直径控制在纳米范围以内，制作出的纳 米孔将在性能上大幅度提高，但上述问题目前并没有得到解决。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为02138495. 9、专利公开号为 CN1450848，名称为"产生单中子微束的方法和装置"的专利中提出，通过微束系统可获得束 斑为微米量级的极弱束流。微束系统包括孔径为微米量级的瞄准器，最后可产生束流截面 直径在微米级的中子束，但不能在纳米级小到lnm进行操作。检索中还发现，中国专利申请 号为02138508. 4，专利公开号为CN1450846、名称为"产生单粒子纳米束的方法和装置"的 专利中提出采用在微米孔上蒸镀材料获得纳米孔的办法，可縮小瞄准器孔径，从而使瞄准 器出口的束斑縮小到纳米量级，且有望使已经获得5-10 ii m左右或更小的束斑的单粒子微 束装置縮小束斑至纳米量级，但该专利并未提供纳米孔的具体尺寸，因为l-1000nm都属于 纳米量级，而且用上述方法制作的这种纳米孔很难实现形状的规则和三维尺度的可控性， 特别是孔的截面，目前无论是离子束穿孔、电子束穿孔、溅射以及纳米级内镀等，都还无法 在此尺度上制作出规则的圆形。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种粒子束流截面直径控制器件及 其制备方法，使器件的形状规则和三维尺度的可控，制作的内径在l-5nm之间的粒子束流 截面直径控制器件安装在带电粒子或中子加速器瞄准器的出口，可将粒子束流直径控制在 1_5歷。
本发明是通过如下技术方案实现的，本发明粒子束流截面直径控制器件为管状 体，内部形状规则，内径l-5nm，外径大于lmm，长度l-10mm。
本发明还提供了上述粒子束流截面直径控制器件的制备方法，具体步骤包括
(1)石英管拉伸购置商业空心石英玻璃棒(内径在ym-mm级)，加温到 1000-120(TC后拉伸，按十倍的比例拉细后，冷却到室温，在其外部套一空心石英玻璃棒，再 加温到1000-120(TC后继续按十倍的比例拉伸，由于石英管的空心初始内径为已知，这样反 复拉伸、包裹，再拉伸和再包裹，可获得内径l-5nm、外径在lmm以上的空心管，至此，实现第一、二维尺度的控制；
(2)切割将上述空心管固定于切片机上，用钻石刀或激光刀按垂直于中间材料 纵轴方向、在l-10mm间按不同长度切割，获得不同长度(l-10mm)的粒子束流截面直径控制 器件，至此，实现第三维尺度的控制。
本发明克服了现有技术无法制作在l-5nm范围圆筒形纳米孔的不足，提供一种粒 子束流截面直径控制器件及其制备方法，获得形状规则和三维尺度(管状体的内径、外径 和长度)可控的纳米器件，特别是将纳米器件的内径控制在l-5nm，将纳米器件中的纳米孔 作为粒子束流的出口，从而实现在l-5nm级控制带电粒子或中子等束流的直径，提高对靶 标处理的精准性。
具体实施方式
下面结合
附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 实施例l
购置商业空心石英玻璃棒(内径lmm、外径lcm)，加温到120(TC下拉伸，按十倍的 比例拉细后，冷却到室温，再在其外部套上一空心石英玻璃棒，重新加温到120(TC后，再按 十倍的比例拉伸，这样反复套管、加温、拉伸和冷却，获得内径lnm，外径lmm以上的空心管， 将空心管固定于切片机上，用钻石刀垂直于中间材料纵轴方向切割，按lmm的厚度切割，最 终获得内径lnm、外径约lmm以上和长度在lmm的粒子束流截面直径控制器件。 效果用空心石英玻璃棒，经加温、拉伸、冷却、外套空心石英玻璃棒和再加温、拉 伸、冷却等程序反复加工，最后用钻石刀切割，可以获得内径lnm，外径lmm以上，长度在lmm 的器件，将此器件安装在电子加速器瞄准器的出口 ，可以将出口的电粒子束流截面直径控 制器件的内径控制在lnm。 实施例2
购置内径lmm、外径lcm的商业空心石英玻璃棒，加温到IOO(TC时拉伸，按十倍的 比例拉细后，冷却到室温，再在其外部套上空心石英玻璃棒，重新加温到IOO(TC后，按十倍 的比例拉伸，这样反复套管、加温、拉伸和冷却，获得内径在3nm，外径lmm以上的空心管，将 上述空心管固定于切片机上，用激光刀垂直于中间材料纵轴方向切割，按5mm的厚度切割， 最终获得内径5nm、外径lmm以上和长度在5mm的粒子束流截面直径控制器件。 效果用空心石英玻璃棒，经加温、拉伸、冷却、外套空心石英玻璃棒和再加温、拉 伸、冷却等程序，最后用激光刀切割，可以获得内径5nm、外径lmm以上、长度5mm的器件，将 该器件安装在离子加速器瞄准器中，可以将离子束流截面直径控制器件的内径控制在5nm。 实施例3
购置内径lmm、外径lcm的商业空心石英玻璃棒，加温到IIO(TC时拉伸，按十倍的 比例拉细后，冷却到室温，再在其外部套上空心石英玻璃棒，重新加温到IIO(TC后，再按十 倍的比例拉伸，这样反复套管、加温、拉伸和冷却，获得内径2nm，外径在lmm以上的空心管， 将空心管固定于切片机上，用激光刀垂直于中间材料纵轴方向切割，按lmm的厚度切割，最 终获得内径2nm、外径lmm以上和长度在10mm的粒子束流截面直径控制器件。
效果用空心石英玻璃棒，经加温、拉伸、冷却、外套空心石英玻璃棒和再加温、拉
4伸、冷却等程序，最后用激光刀切割，可以获得内径2nm、外径lmm以上、长度10mm的器件，将
该器件安装在质子加速器瞄准器上，可以将质子束流截面直径控制器件的内径控制在2nm。
实施例4
购置内径lmm、外径lcm的商业空心石英玻璃棒，加温到120(TC时拉伸，按十倍的 比例拉细后，冷却到室温，再在其外部套上空心石英玻璃棒，重新加温到120(TC后，再按十 倍的比例拉伸，这样反复套管、加温、拉伸和冷却，获得内径3nm，外径在lmm以上的空心管， 将空心管固定于切片机上，用激光刀垂直于中间材料纵轴方向切割，按lmm的厚度切割，最 终获得内径2nm、外径lmm以上和长度在3mm的粒子束流截面直径控制器件。 效果用空心石英玻璃棒，经加温、拉伸、冷却、外套空心石英玻璃棒和再加温、拉 伸、冷却等程序，最后用激光刀切割，可以获得内径3nm、外径lmm以上、长度3mm的器件，将 该器件安装在中子加速器瞄准器上，可以将中子束流截面直径控制器件的内径控制在3nm。
权利要求
一种粒子束流截面直径控制器件，其特征在于，其形状为管状体，内径1-5nm、外径在1mm以上，长度1-10mm。
2. 根据权利要求
1所述的粒子束流截面直径控制器件的制备方法，其特征在于，具体步骤包括(1) 石英管拉伸购置商业空心石英玻璃棒，加温后拉伸，待冷却到室温后再在其外部套空心石英玻璃棒，重新加温后继续拉伸，由于石英管的空心初始内径为已知，这样反复拉伸、包裹，再拉伸和再包裹，获得内径l-5nm、外径在lmm以上的空心管；(2) 切割将上述空心管固定于切片机上，垂直于中间材料纵轴方向、在l-10mm间按不同长度切割，获得粒子束流截面直径控制器件。
3. 根据权利要求
2所述的粒子束流截面直径控制器件的制备方法，其特征是，所述的商业空心石英玻璃棒，其内径在ym-mm级。
4. 根据权利要求
2所述的粒子束流截面直径控制器件的制备方法，其特征是，步骤(1)中所述的加温，是指将温度升高到1000-1200°C 。
5. 根据权利要求
2所述的粒子束流截面直径控制器件的制备方法，其特征是，步骤(1)中所述的拉伸，是指按十倍的比例拉细。
6. 根据权利要求
2所述的粒子束流截面直径控制器件的制备方法，其特征是，步骤(2)中所述的切割，是指用钻石刀或激光刀切割。
专利摘要
一种粒子束流截面直径控制器件及其制备方法，属于材料科学领域。本发明粒子束流截面直径控制器件，为管状体、内径1-5nm、外径大于1mm、长度1-10mm。本发明还提供了粒子束流截面直径控制器件的制备方法，通过对商业空心石英玻璃棒进行加温、拉伸、冷却、外套空心石英玻璃棒和再加温、拉伸、冷却等程序，最后用钻石刀或激光刀切割，获得内径1-5nm、外径在1mm以上、长度1-10mm的纳米器件。本发明粒子束流截面直径控制器件，可实现在1-5nm级控制带电粒子或中子等束流的直径，提高对靶标处理的精准性。
文档编号G21K1/02GKCN1988052 B发布类型授权 专利申请号CN 200610147231
公开日2010年5月19日 申请日期2006年12月14日
发明者王志民 申请人:上海交通大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (3),