产生单粒子纳米束的方法和装置的制作方法

专利名称：产生单粒子纳米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和粒子加速器等领域，具体地说是一种产生单粒子的纳米束的方法和装置。
装置出口的束斑是单粒子束装置的一项重要指标。在研究缩小用于细胞辐射研究的单粒子束装置出口束斑的问题上，比较通用的方法是使用孔径很小的瞄准器，一般可以获得直径为5-10μm左右或更小的束斑。美国哥伦比亚大学的单粒子束装置从1995年建成到现在，出口束斑直径基本上还是5μm左右。Gerhard等人计划研制一台静电透镜，用于缩小哥伦比亚大学单粒子束装置的出口束斑，目标是力争达到2μm，改进后的最终目标为0.3μm。英国Gray实验室的单粒子束装置出口束斑目前为1μm左右(网上信息)。从现有的文献来看，单粒子束装置束品质优化的研究目前正处于起步阶段，对影响束品质原因的探讨还不够深入，若能研制出束斑更小的单束装置，将会带来单束与辐射生物学等领域研究的革命。
影响单粒子束装置束斑大小的因素是多方面的，假设加速器的流强是恒定的，同时束流的传输是稳定的，可能影响单粒子束装置出口束斑大小的原因主要应包括以下几种(1)射入瞄准器的束流发散或斜入射，粒子与瞄准器碰撞导致瞄准器出口的束流半张角增大，引起瞄准器出口束斑增大；(2)粒子与瞄准器出口的固体膜和样品架上的细胞盘碰撞会带来角度的歧离；(3)瞄准器与样品架间距对瞄准器出口束斑有影响，当瞄准器出口束流发散时，瞄准器与样品架间距增大会导致瞄准器出口束斑增大；(4)瞄准器孔径的限制；(5)瞄准器出口到样品架之间的气体分子与粒子碰撞造成的粒子散射。对第五个原因，原中科院等离子体物理研究所博士生彭士香在其学位论文中已经通过实验研究过，束斑大小随瞄准器出口到样品架的间距长短近似呈线性关系，气体散射对束流的半张角几乎没有影响。因此缩小瞄准器出口束斑的办法应该是设法减少固体膜和细胞盘对粒子碰撞产生角度歧离、缩瞄准器的孔径改变束流射入瞄准器的性质。
本发明就是要通过对以上影响瞄准器出口束斑的因素的改进，使瞄准器出口的束斑缩小到纳米量级，为辐射生物学和材料学研究提供高品质的单个粒子束。
产生单粒子纳米束的装置，包括加速器、束流传输系统、纳米束实现系统和束流发射度测量与束流聚焦调节系统。
束流传输系统包括聚焦束探测、偏转磁铁、直靶、束流稳定、四级透镜、束开关、真空泵、水平靶、光阑、真空保护阀、预瞄准器和瞄准器。
纳米实现系统包括束流、微米孔、纳米孔、纳米孔镀膜和真空封膜。
本发明的效果有了本发明，对已经获得5～10μm左右或更小的束斑的单粒子微束装置有望使束斑缩小至纳米量级，使得单个粒子束与辐射生物学领域的研究达到纳米尺度。
图2为加速器与束流传输系统图。
图3为纳米实现系统示意图。
权利要求
1.产生单粒子纳米束的方法，其特征在于在较成熟的单粒子微束装置的加速器与粒子传输系统与微束系统基础上，通过对发射度测量与束聚焦调节，探测束流性质，进而改变速流的品质，使束流以平行或聚焦的状态射入瞄准器，通过采取后探测方法减小固体膜厚度，进而减小粒子与固体膜碰撞带来的角度歧离，再通过采用在微米孔上蒸镀材料，获得纳米孔的办法缩小瞄准器孔径，从而使瞄准器出口的束斑缩小到纳米量级，为辐射生物学和材料学研究提供高品质的单个粒子束。
2.根据权利要求1所述的产生单粒子纳米束的方法，其特征在于采取后探测方法减小固体膜厚度，是除了3.5微米的真空封膜外，在细胞辐照前不再添加其他固体膜。
3.产生单粒子纳米束的装置，其特征在于包括加速器、束流传输系统、纳米束实现系统和束流发射度测量与束流聚焦调节系统。
4.根据权利要求3所述的产生单粒子纳米束的装置，其特征在于束流传输系统包括聚焦束探测、偏转磁铁、直靶、束流稳定、四级透镜、束开关、真空泵、水平靶、光阑、真空保护阀、预瞄准器和瞄准器。
5.根据权利要求3所述的产生单粒子纳米束的装置，其特征在于纳米实现系统包括束流、微米孔、纳米孔、纳米孔镀膜和真空封膜。
全文摘要
本发明是对单粒子微束装置的改进与发展。目前的单粒子微束装置辐照精度最小在微米量级。由于单粒子定位定量照射靶材料，可以揭示粒子注入效应的本质，因此缩小单粒子微束装置的出口束斑则有助于深入研究粒子与物体相互作用的本质。本发明立足于束流发射度的测量与束聚焦调节、减小固体膜厚度、缩小瞄准器孔径，因而可以缩小单粒子微束装置的出口束斑。发明的核心内容是纳米孔的瞄准器和使得束流平行或会聚入射瞄准器的调节装置。本发明有望使单个粒子束技术与辐射生物学等领域研究的进入纳米尺度。
文档编号H05H3/00GK1450846SQ02138508
公开日2003年10月22日 申请日期2002年10月26日 优先权日2002年10月26日
发明者吴瑜, 余增亮, 王绍虎, 胡素华, 陈斌, 李军, 时钟涛, 张俊 申请人:中国科学院等离子体物理研究所