产生单中子微束的方法和装置的制作方法

专利名称：产生单中子微束的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及辐射生物学、核物理、粒子物理和粒子加速器等领域，更具体的说是一种产生单中子微束的方法和装置。
但目前的单粒子微束装置的粒子种类仅局限在氢和氦以及它们的同位素等有电荷态的离子，尚未见到用有静止质量却无电荷态的单中子微束装置。中子的穿透力较强，当它穿过生物体后，由于没有质量沉积，也没有电荷沉积，因此只有能量沉积，故对研究粒子与生物体相互作用中质量、电荷、能量的生物学效应有非常重要的意义。另外，在粒子物理和核物理研究中若能有定位发射单个中子的装置，对于进一步进行核物理与基本粒子的基础研究也致关重要。
粒子在与生物体相互作用时，除了能量的损失外，有静止质量的粒子若沉积在生物体内则可以与生物体内的其它原子结合，即产生质量的沉积，有电荷态的粒子若沉积在生物体内则可以对生物体的电荷分布产生影响。在研究这些问题时，最好能确定一个因素如能量沉积，而排除其它因素，这样就非常有助于研究的进一步深入。因此，有必要在现有单个荷电粒子微束基础上提出一种单个中子微束发生装置。再有，若能有一种装置能够定向产生中子的装置，对材料科学、核物理和粒子物理研究也是大有裨益的。
中子产生靶采用厚度为几十-几百微米的Be靶、B靶等。
产生单中子微束的装置，其特征在于包括荷电粒子加速装置、微束系统、中子产生靶、中子探测系统。
微束系统包括孔径为微米量级的瞄准器、几微米厚的真空封膜、中子个数探测器。
瞄准器采用不锈钢片打成微米孔，或毫米孔内加微米级毛细管，真空封膜采用3μm厚的Mylar膜，中子探测探测器采用闪烁体探测器。
由于大于一定能量的荷电粒子(如2MeV的质子)在穿过特殊的靶物质时可以产生中子，因此，在现有的质子加速装置和微束系统后面加上中子产生靶，就可以产生既能够控制中子个数又能使中子的运动方向比较固定的单中子微束系统。
本发明包含以下几部分荷电粒子加速装置、微束系统、中子产生靶、中子探测系统。
(1)荷电粒子加速装置可以采用2MV以上的静电加速器，如Vande Graaff静电加速器，粒子可以采用质子或α粒子。除加速器外，配套的光路系统与真空系统也是必不可少的。
(2)微束系统包括孔径为微米量级的瞄准器、厚度为几微米的真空封膜。瞄准器、真空封膜等技术目前均比较成熟。
(3)中子产生靶能产生中子即可，可以用Be靶、B靶等，厚度为几十-几百微米。
(4)中子探测系统验证产生中子的方法也比较成熟，可以用闪烁中子探测器等探测手段。在验证确实产生中子后，可以用普通的中子计数器进行计数，用能谱探测器测量中子能谱。这部分技术目前也比较成熟。
本发明的效果有了能精确定位发射单个中子的装置，辐射生物学、粒子物理和核物理的研究将有一种新型的技术平台。本发明是一种在控制时段内能发射单个中子的装置，发射的中子有定向性，范围在微米-几百微米量级或更小。
图2是本发明单质子微束装置束流输运线的示意3是本发明微束系统、中子产生和中子探测系统示意1中1为荷电粒子加速装置，2为微束系统，3为中子产生靶，4为中子探测系统。
图2是一台单质子微束装置束流输运线的示意图。使用美国高压工程公司的Van de Graaff静电加速器，配以相应的光路系统(偏转磁铁、聚焦透镜、束流探测等)与真空系统(机械泵-分子泵组、真空计，真空好于10-4Pa)即可。质子从静电加速器出来经第一个偏转磁铁D1偏转90°后经四极透镜Q1聚焦，再经第二个偏转磁铁D2偏转90°，射入微束室，四极透镜Q1与第二个偏转磁铁D2之间有一个电子开关(实际上是一对平行板)，当电子开关上加高压时，束流偏转掉，当电子开关不加电压时束流通过，单个中子就在通过电子开关的脉冲弱束流射入中子产生靶中获得。控制电子开关的信号由计算机给出。其中5为加速器，6是聚焦束探测，7是偏转磁铁，8是直靶，9是束流稳定，10是四极透镜，11是束开关，12是真空泵，13是另一偏转磁铁，14是水平靶，15是光阑，16是真空保护阀，17是预瞄准器，18是瞄准器。
图3是微束系统、中子产生和中子探测系统示意图。瞄准器可以采用不锈钢片打孔，或毫米孔内加微米级毛细管的方法，真空封膜采用3μm厚的Mylar膜。质子的定位工作由微米孔径的瞄准器完成。当一团流强很弱的质子到达瞄准器时，只有在瞄准器孔径范围内的粒子才有可能穿过瞄准器，其它粒子全被挡住。穿过瞄准器的质子再穿过中子产生靶产生中子，中子穿过十几-几十微米后的闪烁体膜和4微米的聚丙烯射入细胞内，实现对细胞的定位照射。中子在闪烁体内损失能量引起闪烁体产生光子，光子被光电倍增管收集后变成电信号，一个电脉冲标志着获得一个中子。其中19是束流，20是光导，21是真空封膜，22是铝箔，23是样品架，24是瞄准器，25是中子产生靶，26是闪烁体，27是聚丙烯(起固定中子产生靶等的作用)。
中子产生靶3能产生中子，在微束装置后。矩形靶，圆靶均可，厚度为几十-几百微米。
中子探测系统4中子探测器有很多种，包括闪烁体和光电倍增管两大部分。所有有机闪烁体都可用于直接探测中子，Li2O·2SiO2(Ce)锂玻璃和Li(Eu)单晶都是良好的中子闪烁体，ZnS(Ag)粉与有机玻璃粉混合可以制成快中子屏，ZnS(Ag)与浓缩硼酸混合可以制成慢中子屏。光电倍增管的技术比较成熟。
权利要求
1.产生单中子微束的方法，其特征在于通过荷电粒子加速装置加速带电粒子如质子和氦离子，通过微束系统获得束斑为微米量级的极弱束流后，再通过中子产生靶，就可以产生既能够控制中子个数又能使中子的运动方向比较固定的单中子微束。
2.根据权利要求1所述的产生单中子微束的方法，其特征在于中子产生靶采用厚度为几十-几百微米的Be靶、B靶等。
3.产生单中子微束的装置，其特征在于包括荷电粒子加速装置、微束系统、中子产生靶、中子探测系统。
4.根据权利要求3所述的产生单中子微束的装置，其特征在于微束系统包括孔径为微米量级的瞄准器、几微米厚的真空封膜、中子个数探测器。
5.根据权利要求3或4所述的产生单中子微束的装置，其特征在于瞄准器采用不锈钢片打成微米孔，或毫米孔内加微米级毛细管，真空封膜采用3μm厚的Mylar膜，中子探测探测器采用闪烁体探测器。
全文摘要
本发明提出了产生单中子微束的方法和装置，利用一定能量的荷电粒子在穿过特殊的靶物质时可以产生中子的特点[如
文档编号H05H3/06GK1450848SQ0213849
公开日2003年10月22日 申请日期2002年10月23日 优先权日2002年10月23日
发明者吴瑜, 余增亮, 王绍虎, 李军, 陈斌 申请人:中国科学院等离子体物理研究所