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1、单糠子哀装置缝束晶厦垅化研究 摘要 离子束生物工程学是余增亮先生开创的新兴交叉学科。它己在离 予束介导转基因、诱变育种、环境辐射与人类健康等镁域取褥重大成 柒。由于单粒子束可以对细胞进行定点寇量辐射，所以它对促进离子 荣生物工程学的研究与应用都有煎大意义。而对细胞的定点定量辐射 都要以良好酶窳线菇痿为前提。戮茈对鼙粒子寒装置及其柬线品餍的 研究具有重要意义。 本文重点讨论了孛科陵离予慕生物王程掌鬟点实验室荸粒子寨装 置的束流传输部分，对主囊部件进行了详细的讨论，如：静电加速器、 臻转磁铁、磁疆援透镜、窳线开关、爨漆器等，实验中已取德寒滚雾 过l O g r e 小孔的标志性成果，并运厢相关理论
2、结合具体实验分析了实验 结果。间时提出了利用发射度测爨装置来监测窳流晶绞进焉改变磁麴 极透镜相关参数以实现实时地对柬线品质优化的设想。 关键谒：擎粒字，秉绫善磊j 往讫，秉滚静螽，发者爱 太 S t u d yo nt h eO p t i m i z a t i o no fI o nB e a mQ u a l i t yf o r t h eS i n g l e I o nM i c r o h e a mF a c i l i t y A B S T R A C T I o nb e a mb i o e n g i n e e r i n gw h i c hi scr e a t
3、 e db yp r o f e s s o rZ L Y uisa n e wc r o s ss u b j e c t I th a sa c c o m p l i s h e dm a n yi m p o r t a n ta c h i e v e m e n t si n g e n e t r a n s f o r m a t i o nm e d i a t e d b y i o n b e a m ，m u t a g e n i c b r e e d i n g ， e n v i r o m e n t a lr a d i a t i o na n dh u
4、m a nh e a l t ha n ds oo nF o rt h es i n g l e i o n m i c r o b e a mc a ni r r a d i a t ec e l li np r e c i s es p a t i a la n dap r e d e f i n e dn u m b e ro f p a r t i c l e ，s o i tC a nb o o s tt h er e s e a r c ha n da p p l i a n c eo fl o we n e r g yi o n b e a m b i o e n g i n e
5、 e r i n g H o w e v e r ，i t i s g o o d b e a m q u a l i t y t h a tis p r e l i m i n a r yf o rt h ei r r a d i a t i o ni np r e c i s es p a t i a la n dapr e d e f i n e dn u m b e r o fp a r t i c l e ，h e n c ei tisi m p or t a n tt os t u d yo nt h es i n g le - i o nm i cr o b e a m f a
6、c i l i l ya n di t sb e a mq u a l i t y T h ep a p e rm a i n l yf o c u s e do nt h eb e a mt r a n s p o r tp a r to fA S I P Pk e y l a b o r a t o r yo fi o nb e a mb i o e n g i n e e r i n ga n di t sc o m p o n e n te l e m e n t s ，f o r e x a m p l e ，V a Nd eG r a f ta c c e l e r a t or
7、 ，b e n d i n gm a g n e t ，m a g n e t i cq u a d r u p l e 1 e n s es ，b e a ms h u t t e r ，c 0 1 l i m a t o ra n ds oo n T h e1 a b o r a t o r yh a sp e r f o r m e d t h em i l e s t o n ea c h i e v e m e n tt h a ti sb e a mp a s s e dt h eh o l eo fl O p md i a m e t e r i n e x p e r i m
8、e n t s M a n ye x p e r i m e n t a r es u l t s a r ed i s c us s e db yt h e o r i es a c c o r d i n gt oe x p e r i m e n t sM or e o v e rt h ep a p e rm a k es f o r t ho ft h e h y p o t h e s i s o f o p t i m i z i n g t h eb e a m q u a l i t y T h r o u g hm e a s u r i n g t h e e m i t
9、 l a n c e ，t h ef a c i l i t yc a nc h a n g et h ep a r a m e t e r so fm a g n e t i cq u a d r u p l e l e n s e st oo p t i m i z et h eb e a mq u a l i t yi nr e a l t i m e K e y w o r d s ：S i n g l e - i o nm i c r o b e a m ，B e a mq u a l i t y ，O p t i m i z a t i o n B e a mt r a n s p
10、 o r t a t i o n ， E m i t t a n c e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成栗。据我群强，除7 文孛特捌热酸梅注窝致辩麴建方势，论文孛不毽鑫其缝入愁 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盒殿玉些盘警或其他教育机 构戆学位或证鹞嚣馒鲻过斡材摹毒。与我嚣工俸魏疑惑j l 孛奉硬究掰缀蕤经谤贡漱趣 已在论文中作H 明确的说明并艘示谢意。 一燃毪叫畋嬲觏年凳基 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者究全了觯金壁真建塞茔有关傈簿、使用学位论文的燕定， 有权保留并向圆家有荧部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅
11、和 借阗本人授权金黧薹堑塞鍪可竣将学位论文静全部或部分内容编入有关数据 库进杼检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 c 编学位论文。 保密的举位论文在解密嚣适用零授投书) 学位论文作者签名： 签字日期：雄 学位谂文作者毕韭屠去向： 工作单位： 逶遥蟪艟： 导师签名 蕊字日期 电话： 稚编： 日 歉谢 “耀者，传遥，授、监，簿惑毒氇。”在硬士生学习酚段我对这句话 的了解更深入了一步。我的导师邓铁如激授在我学习期问不仅对我的 学业严格要求，两爨在与我强豢熬谈心过程中教会了我诲多磐本上学 不到的东西，使我从学习及做人两方面都得到了很大的提高。让我对 许多事物都有了更进一步的理解。在此我要特
12、别感谢愚爆一一邛老燧。 中科院离子束生物工稷学中心的老师及同学在我做毕业论文阶段 给了我巨大的支持与帮助。特别是余增菇研究员，他郧为科研事业献 爨的精神深深感染了我，余老师不仅啦藏对事物独有的见解帮助我们 解决了许多实际工作中的网难，而且在嗣常生活中余老师也给了我无 徽不至豹关滔，倍鼗穗会本久籍致戮诫肇豹落窳。同时中稀院魏癸瑜 老师、胡素华老师、李军老师、陈斌老师、张柬清老师、许安老师以 及陈连运、王悠飞、谷运级、魏黎弱、举玉峰、王恣、王爨牮等蠢学 都给了我极大的帮助，特致以感谢。 本入还簧懑澎会腮工娩大学理学院诲多老掺对我熬教弯秘黎动， 感谢合肥工渡大学2 0 0 0 级硕士生胡智文、袁航、
13、刘成岳、朱晓祥、孙 林、王建国、张学勇、张撩、李峰剐、姚凤薇、张静、刘彩霞、杨燕 舅、王红艳等同学给予的帮助。 最籍感谢我的家人多年来对我的无条件支持和给予我的那份涤深 瓣爱。 时钟涛 2 0 0 2 筝 2 耍 第一章绪论 1 1 引裔 离子是一种荷电粒子，在自然界中广泛存在。2 0 世纪后半叶，随着低能粒 子热速瓣移离予注入技术熬发袋，低能离子与貔矮据戛作爨磺宠踺半导髂工业、 微电子和材料科学产生了重大影响。离子柬注入材料表面改性取得了巨大成 功，例如用低能离子注入聚苯黢薄膜，可使本征态聚苯胺薄膜电导率最大提麓 9 个数鬣级，且样品黎露于大气中数月电导率基本不变f 2 】。利用离子化团簇束
14、 ( I C B ) 淀积制膜技术不仅能生长通常难以复合的材料来构成新复合膜，还可 在芘分子束外惩低得多的温度下进行| 3J 。然丽，由于低能离子能量低，射程短， 长期以来，人们一直将与低能离子相互作用的研究对象局限于气体( 包括等离 子俸) 、蘑体( 金惩、半导傣等) 和裹分子耱瓣等这塑无生命黪物质。蕊蚕中辫 科学院等离子体物理研究所余增亮等人于1 9 8 6 年首次发现用低能N + 离子注入 承疆秘予诱发变异p j ，涯实了低能裹子寒与生物傣载粳互馋蠲。杰接下来熬十 几年时间里，经过国内外科学家在这领域内的不懈努力，从而逐渐发展成为 个崭灏的研突方向一低能离子生物学 l ，边缘效应可以忽赡
15、) 。 在我们的装置中，电子开 关的平行扳长发为三= 4 0 c m ， 两板间距d = lc m ，其中心点与 偏转磁铁1 l 入口之间的距离 S = 1 4 7c m 。如栗柬开关宅深 电压为6 K V ，可计算出4 M e V 豹嚣+ 离子寒稻6 M e V 懿3 H e 2 离子柬在偏转磁铁I I 的入口处 熬镶转蕉分剩为： 圈2 - 1 9 臻开关原理图 酬：三x _ t 4 7 x 4 0 羔氅：4 。4 1e m秽 214 1 0 ” 姐：土。t 4 7 x 4 0 。塑罂；5 8 溉 2l3 1 0 。 可见在该参数下，对4 M e V 的H + 离子束和6M e V 的3 H
16、 e 2 + 离子束来说，A 爿 是够滚避要求。 当束开关作用后，离子束被偏向管道，高能离子束与管道材料作用，不仅 会产生许多二次粒子，还容茹撰棼管i i l 。为了避免这转清嚣，我稍套管道稳瘫 位置上放置一个同轴镧筒进行屏蔽，让被偏转的离子束作用程钼材料上。钼筒 豹内径为3 9 e r a ，长度为2 0 e r a ，报掇设诗镪楚建予镶转磁铁 戆入嗣楚，其 中心位置与束开关中心位置相距约1 3 5c m 。设离子柬刚好被偏向到钢筒的中间 处，则对于4 M e V 的H + 离子求和6M e V 的3 H e 2 + 离予隶按照式( 2 - - 3 4 ) 可以确 定出偏转所需的电压如下： 。型S L 蠛= 等1 等蝴 ” 3 5 4 0 ” U 。* ! 一4 x1 0 6 = 2 8 8 9 K V 4 1 1 8 0 0 0 U H 。黑3 1 0 6 。2 1 6 7 K V “+ 1 8 0 0 0 由此可见，对亍二4 M e V 的H + 离子柬，柬丌关上丽电压成为2
