具有高效离子收集的离子生产系统的制作方法

本公开大体上涉及重金属离子生产领域，例如医疗保健应用中所使用的重金属离子的生产。更具体来说，本公开涉及改进收集和构成在高提取能量下加速离开离子源的离子的效率。

背景技术：

1、涉及离子束的先前技术通常意图提供离子束与衬底材料之间的高能量碰撞，以便对衬底材料产生改变。这类系统中的离子本身无法有效地保留在衬底材料中，且其可溅射、升华或散射出。这类系统和方法并不提供离子本身的高效收集。相比而言，本申请的一个目的是收集离子束的离子作为可例如被收集、存储、运输、使用等(例如在医疗保健应用中)的构成材料。

技术实现思路

1、本公开的一个实施方案为例如离子生产系统的系统。所述系统包含：离子源，其配置成产生具有第一极性的离子；提取电极，其配置成从离子源提取离子作为具有提取能量的离子束；靶材，其相对于提取系统定位以使得离子束入射在靶材上；以及电压源，其耦合到靶材且配置成使靶材保持在具有第一极性的第一电压下。第一电压使在提取能量下的离子的动能减小，使得靶材离子(target ion)在靶材处的有效势能变成提取电压与靶材的第一电压之间的差。此有效较低能量使溅射最小化、减小靶材上的热负荷且使靶材上的离子的收集最大化。当有效能量变得类似于或低于蒸发离子的热能时，可将离子以薄膜的形式沉积在衬底上，因此使离子的捕捉最大化。

2、在一些实施例中，第一电压小于提取能量。第一电压还可大于提取电位的95％或大于提取电位的99％。第一电压可比提取电位小对应于离子的热能的量。第一电压可比提取电位小大约100v，使得当离子束到达靶材时，离子束具有大约100v的能量(注意，在此情形下，离子动能常常用伏特表示，其中一伏特等于一焦耳每库仑；在其它惯例中，这些值可用ev表示)。

3、在一些实施例中，提取能量在20kv与80kv之间，例如在40kv与60kv之间。在一些实施例中，第一极性为正的。

4、在一些实施例中，靶材配置成收集电离材料作为靶材上的膜。在一些实施例中，所述系统还包含在提取电极与靶材之间的质量分辨孔隙，其中所述孔隙配置成阻挡离子的非所要子集到达靶材。

5、在一些实施例中，离子包含镱(“yb”)离子。靶材可包含晶体结构。靶材可包含碳纤维材料。

6、本发明的另一实施方案为一种用于收集离子的方法。所述方法包含向离子束提供提取能量。离子束包含具有第一极性的离子。所述方法还包含：定位靶材以使得离子束入射到靶材上；使靶材保持在具有第一极性的第一电压下，使得第一电压在离子束接近靶材时使提取能量减小；以及将离子收集在靶材上。

7、在一些实施例中，所述方法还包含从靶材移除离子作为已构成的中性材料。离子可包含镱原子。

8、提取电位可大于靶材的电压。在一些实施例中，第一电压和提取电位相差对应于离子的热能的量。向离子束提供提取能量可包含使用保持在提取电压下的电极使离子加速离开离子源。提取电压可具有第一极性且大于靶材的电压。

9、本公开的另一实施方案为一种系统，所述系统包含：离子源，其配置成产生具有第一极性的离子；一个或多个提取电极，其配置成从离子源提取离子作为具有提取能量的离子束；质量分辨狭缝或孔隙，其配置成从离子束选择所要同位素以使得所要同位素离子束穿过质量分辨狭缝或孔隙；靶材，其相对于质量分辨狭缝或孔隙定位以使得所要同位素离子束入射在靶材上；以及电压源，其耦合到靶材且配置成使靶材保持在具有第一极性的第一电压下。第一电压在所要同位素离子束接近靶材时使提取能量减小，以使溅射最小化且使靶材上的离子的收集最大化以再构成电离材料。在一些实施例中，磁分析器定位于一个或多个提取电极与质量分辨狭缝或孔隙之间，且磁分析器配置成产生磁场，所述磁场配置成使得离子束的所要同位素与其它同位素分离。

技术特征：

1.一种系统，其包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一电压小于所述提取能量。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一电压大于所述提取能量的95％。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一电压大于所述提取能量的99％。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的系统，其中所述第一电压比所述提取能量小对应于所述离子的热能的量。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的系统，其中所述提取能量在20kv与80kv之间。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的系统，其中所述提取能量在40kv与60kv之间。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的系统，其中所述第一电压比所述提取能量小大约100v，使得当所述所要同位素离子束到达所述靶材时，所述所要同位素离子束具有大约100v的能量。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的系统，其中所述第一极性为正的。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的系统，其中所述靶材配置成收集所述电离材料作为所述靶材上的膜。

11.根据权利要求1到10中任一项所述的系统，其进一步包括在所述一个或多个提取电极与所述质量分辨狭缝或孔隙之间的磁分析器，其中所述磁分析器配置成产生磁场，所述磁场配置成使得所述离子束的所述所要同位素与其它同位素分离。

12.根据权利要求1到11中任一项所述的系统，其中所述离子包括镱离子。

13.根据权利要求1到12中任一项所述的系统，其中所述靶材包括晶体结构。

14.根据权利要求1到13中任一项所述的系统，其中所述靶材包括碳纤维材料。

15.一种用于收集离子的方法，其包括：

16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括从所述靶材移除所述所收集离子作为已构成的电离材料。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其中所述电压和所述提取能量相差对应于所述离子的热能的量。

18.根据权利要求15到17中任一项所述的方法，其中向所述离子束提供所述提取能量包括使用保持在提取电压下的电极使所述离子加速离开离子源，其中所述提取电压具有所述第一极性且大于所述靶材的所述电压。

19.根据权利要求15到18中任一项所述的方法，其中所述提取能量大于所述电压。

20.根据权利要求15到19中任一项所述的方法，其中所述离子包括镱原子。

21.根据权利要求15到19中任一项所述的方法，其中使用根据权利要求1到14中任一项所述的系统来执行所述方法。

技术总结
本发明涉及一种系统，其包含：离子源，其配置成产生具有第一极性的离子；一个或多个提取电极，其配置成从所述离子源提取所述离子作为具有提取能量的离子束；质量分辨狭缝或孔隙，其配置成从所述离子束选择所要同位素以使得所要同位素离子束穿过所述质量分辨狭缝或孔隙；靶材，其相对于所述质量分辨狭缝或孔隙定位以使得所述所要同位素离子束入射在所述靶材上；以及电压源，其耦合到所述靶材且配置成使所述靶材保持在具有所述第一极性的第一电压下。所述第一电压在所述所要同位素离子束接近所述靶材时使所述提取能量减小，以使溅射最小化且使所述靶材上的所述离子的收集最大化以再构成电离材料。

技术研发人员：J·谢尔曼,S·切雷克吉安
受保护的技术使用者：阳光技术有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11