时钟涛[1]2002年在《单粒子束装置的束品质优化研究》文中研究指明离子束生物工程学是余增亮先生开创的新兴交叉学科。它已在离子束介导转基因、诱变育种、环境辐射与人类健康等领域取得重大成果。由于单粒子束可以对细胞进行定点定量辐射，所以它对促进离子束生物工程学的研究与应用都有重大意义。而对细胞的定点定量辐射都要以良好的束线品质为前提，因此对单粒子束装置及其束线品质的研究具有重要意义。 本文重点讨论了中科院离子束生物工程学重点实验室单粒子束装置的束流传输部分，对主要部件进行了详细的讨论，如：静电加速器、偏转磁铁、磁四极透镜、束线开关、瞄准器等，实验中已取得束流穿过10μm小孔的标志性成果，并运用相关理论结合具体实验分析了实验结果。同时提出了利用发射度测量装置来监测束流品质进而改变磁四极透镜相关参数以实现实时地对束线品质优化的设想。
吴瑜, 胡素华, 陈斌, 李军, 张束清[2]2001年在《影响单粒子束装置束品质因素的分析》文中认为对影响单粒子束装置束品质的诸因素进行了细致分析,并提出了优化单粒子束装置束品质的方法。
吴瑜, 余增亮, 胡素华, 陈斌, 李军[3]2003年在《单粒子微束品质优化装置研制的设想》文中认为对影响单粒子微束装置束品质的因素进行了全面分析,并提出了一种优化单粒子微束装置束品质的方 法——用束流发射度精确测量与粒子束聚焦自动调节装置改进单粒子微束装置瞄准器出口束斑。
胡智文[4]2002年在《ASIPP微束装置计算机控制系统研究与实现》文中研究指明单粒子束装置(Single-ion Microbeam Facility)是一种可以将粒子束的束径限制在微米量级的范围内，并将预定个数的粒子注入到细胞中的某一指定位置的辐射装置。作为辐射生物学发展的前沿，单粒子束装置为辐射生物学研究提供了一个强有力的手段并可以解决传统研究方法无法解决的问题，在世界范围内受到广泛的重视。 中科院等离子体所离子束生物工程研究室率先建成了国内第一台单粒子微束装置。本课题作为实施单粒子束照射细胞系统的一部分，主要任务是通过对ASIPP微束装置计算机控制的研究，设计“ASIPP微束装置计算机控制系统”软件，确保实验过程中定量辐射的精确度和定位辐射的准确性，实现真正意义上的“定点辐射”和“定量辐射”。与此同时，对实验过程中产生的一系列实验数据进行必要的分析，为进一步进行离子束生物工程中的诱变方向性问题和估计低剂量电离辐射的生物体效应研究提供理论依据。作者承担了微束装置计算机控制系统的设计工作，完成了ASIPP微束装置计算机控制系统的系统设计、主程序以及样本架控制模块的设计；提出并实现了提高装置通量的相关优化策略等。这些工作为我国在预定时间内建成第一台单粒子微束装置，填补我国在这一领域的空白起到了重要的作用，并为ASIPP微束在若干技术参数上赶超英美微束奠定了基础。
陈连运[5]2002年在《单粒子束装置束线传输系统的研究》文中研究指明单粒子束装置(single-ion microbeam facility)是一种可以将粒子束的束径限制在微米量级的范围内，并将预定个数的粒子注入到细胞中的某一指定位置的辐射装置。作为辐射生物学发展的前沿，单粒子束装置为辐射生物学研究提供了一个强有力的手段并可以解决传统研究方法无法解决的问题，在世界范围内受到广泛的重视。 中科院等离子体所离子束生物工程研究室是国内第一家开展此项研究的单位。现在，本研究室的单粒子束装置以进入紧张的组装、调试阶段。本课题所做的工作主要是对偏转磁铁、磁四极场进行性能测试和对束线的传输进行模拟计算；编程实现离子记数和束开关的控制；计算出使用不同束线时束开关上所应该加上的电压值，并且对可能影响控制精度的因素进行了一些探讨，并提出相应的解决方案。本课题所做的工作，在束线调试时会起到重要的作用。 本课题来源于国家自然科学基金资助、中科院重大仪器研制项目，项目编号：19875054(子项目)。
柳岸[6]2011年在《单粒子微束装置的物理过程模拟与图像系统试验研究》文中进行了进一步梳理单粒子微束(Single-ion microbeam)装置荷电粒子(charged-particle microbeam)微束中的其中一种,它能够将粒子的束斑大小限制在微米量级的细胞或亚细胞尺度,并且可以精确到单个粒子的剂量的向靶的某个特定位置投射。自20世纪90年代中期研制成功以来,在环境低剂量暴露的健康影响等辐照生物学实验研究中发挥了重要作用,揭示了细胞辐照损伤近旁效应等一系列重要的荷电粒子与生物细胞相互作用的重要机理,成为一种可以对单个活态细胞精行精确手术的先进研究手段,因此受到了各国科学界的广泛重视,并且在世界范围内形成了了竞相发展的热点领域。复旦大学从单粒子微束细胞精确照射装置于2008年立项,拟建设基于2×3MV的串列加速器(NEc-9SDH-2)的单粒子微束装置,引出能量在MeV量级的质子束流以及8MeV的α粒子展开细胞辐照实验。考虑到影响束流品质的因素,作者在参与并搭建装置的同时,本文在第2章从束流光学计算的优化角度对最终到达生物平台前束线传输利用TRANSPORT/TURTLE进行了优化,达到了进入生物控制平台预准直的线度与束流发散角的要求,获得了最终x方向上不超过2mm,y方向上不超过3mm的束流,并把束流发散角限制在mrad内,并且排除了空间电荷效应可能导致的束流品质变化。在第3章,考虑到毛细管中微束的引出是设计中的难点问题,参照实际模型利用Geant4对毛细管的准直系统进行了Monte-Carlo模拟。确定了影响最终束流品质的可能因素,如束流发散角,能量变化,装配夹角,毛细管长度等参数,并且提出二次电子可能引起的污染,给实际调试的过程提供了指导。最后,本文结合物理情况,在第4章中对生物实验的过程结合生物实现的特点,提出生物辐照实验设计过程中的一般原则。
黄瑞萱[7]2016年在《高亮度光阴极注入器的特性研究和束流品质提高》文中指出短波长自由电子激光、逆康普顿散射X光源等大型科研装置以及各种基于超短电子束的探测技术都需要高亮度电子束作为驱动,而电子注入器是产生高亮度电子束的关键装置。光阴极注入器能够产生具有低发射度、短束团长度等特征的高亮度电子束,已然成为加速器领域的热门研究课题。但是更低发射度、更短束团、更高亮度的设计目标以及装置运行中的技术限制对光阴极注入器的设计者提出了更多挑战,因此有必要对光阴极注入器的特性以及如何进一步提高束流品质进行深入的研究和探讨。本论文围绕光阴极注入器这一前沿课题对电子枪热发射度的测量方法、暗电流的特性研究和消除方法、微波腔的偏轴束流动力学研究和发射度补偿策略、注入器中的束团速度压缩优化技术、金属阴极的量子效率提高等方面进行了研究。论文首先简要阐述高亮度电子源的研究现状、光阴极注入器的特点以及束流品质相关概念。在介绍光电发射过程、发射度常规测量方法之后,提出了基于漂移段测量热发射度的新方法,并对其涉及的物理过程进行详细的研究。模拟结果证明该方法能够直观地得到热发射度估算值,为束流发射度测量和光阴极热发射度特性的研究提供了方便。电子枪由于腔壁和阴极表面的场致发射会产生不需要的暗电流,尤其是连续波运行时,暗电流会严重损害设备运行。为解决注入器中暗电流的技术限制,我们对电子枪产生的暗电流进行了空间分布、流强、能谱等特征的综合研究。先对VHF枪的场发射来源作了模拟和实验的研究,建立了暗电流发射模型并跟踪其输运过程。然后对暗电流进行了定量研究,分析了消除暗电流的各种措施。其中提出的基于被动准直器的暗电流消除法能够在不影响主束流的前提下巧妙且有效地消除90%的暗电流,有望运用于连续波X射线自由电子激光等对暗电流发射有苛刻要求的加速器装置中。光阴极材料的使用寿命常常较短,同时存在量子效率随时间衰减、分布不均等问题。采用偏轴激光激发的方法可延长光阴极的使用寿命、改善量子效率分布不均等现象。但是微波腔的偏轴发射会引起束流横向-纵向相关性、发射度增长等问题,我们对这些技术难题作了具体剖析。同时建立了RF腔的偏轴束流动力学理论,通过双腔模型证明横向发射度补偿的可能性。采用投影发射度分解法,深层次分析偏轴束流的发射度增长原因,采用多目标遗传算法对偏轴束流的发射度进行优化,并得到详细的发射度补偿方案。为解决优化过程中的空间电荷力计算难题,我们建立了ASTRA和IMPACT-T两种软件联合模拟的方法,成功对偏轴束流进行科学、精确的优化计算。模拟结果证明在适当优化后,偏轴束流的发射度增长可控制在小范围内,在一定条件下的尾场效应也可忽略。偏轴运行方法将为光阴极注入器的高效稳定运行做出贡献。速度压缩是提高束流峰值流强、缩短束团长度的方法之一,主要用于较低能量的注入器阶段。但是目前的技术只能实现3倍左右的低压缩倍数,高压缩倍数无法实现是受到了非线性压缩和发射度无法补偿等现象的限制。对此我们提出了两个层面的改进措施。第一,通过降低加速管的梯度,实现线性压缩过程。同时证明了降低加速梯度还能降低对系统精度的要求,有利于实验操作和成本的降低。第二,首次提出在降低加速梯度的基础上做减速相位注入的方法,从而获得超高倍数压缩且横向发射度完全补偿的高亮度电子束。设计了新颖的速度压缩方案,采用了多目标遗传算法进行方案优化,模拟结果该方法可以实现19倍的束团压缩倍数并完全补偿束流横向发射度。该结果对短波长自由电子激光等研究有重要价值。偏振激光斜入射时光阴极的量子效率较高,但激光斜入射会引起光斑椭圆化、波前不同步等问题。我们提出了采用径向偏振激光正入射到圆锥型光阴极的设计构想,这种方法可以保持较高的量子效率,同时不会引起光斑椭圆化等问题。我们对它的可行性、束流模拟以及存在的问题进行了初步的研究。最后,我们针对光阴极注入器特性探究时涉及的需要进一步解决的问题进行了简要分析,对将来的改进工作提出了相关建议。
柳岸, 李嘉庆, 王旭飞, 张杰雄, 王建中[8]2012年在《毛细管准直微束过程模拟与微束品质分析》文中认为利用GEANT4程序对复旦大学单粒子微束的毛细管准直过程进行了蒙特卡罗模拟。计算结果表明:当前采用的1μm孔径、1 mm长度的毛细玻璃管准直器能够引出峰值能量2.2 MeV、能量分辨130 keV、束径2.4μm的质子微束,可达到装置对微束能量与束径分辨的设计指标,从理论上明确了毛细管准直微束引出的可行性。针对影响入射目标细胞微束品质的主要因素,分析了微束品质与准直系统和入射束流各状态参数的依赖关系,为毛细管准直微束的引出与优化提供了必要的理论依据。
王旭飞, 王晓华, 陈连运, 胡智文, 李军[9]2004年在《CAS-LIBB单离子束细胞定位照射装置实验研究》文中研究表明开发一个一个地向细胞预定位置投射离子的技术对评估环境低剂量暴露的危害性, 研究基因不稳定性、细胞近旁效应以及辐照损伤微观机理等具有重要作用. 技术的核心在于高品质微束的获取以 及粒子个数和定位照射的精确控制两个方面. CAS-LIBB单离子微束装置由一台5.5 MeV Van de Graff 静电加速器产生离子, 经两级磁偏转选择获得单能质子束流. 束流通过1.0mm内径、980mm高的石英毛细管瞄准器准直, 从3.5 mm真空封膜引出. 能量发散度(FWHM)<40 keV, 再穿过7mm反光铝箔、18 mm闪烁体薄膜和3.5 mm封装膜, FWHM<64.5 keV. 束流直径小于5 mm, 粒子数500~20000质子·s-1可调. 在细胞照射过程中, 闪烁体探测器和250 ns快速电子开关结合计算机控制模块, 粒子计数精度>98%, 定位精度≤±2 mm.
刘明[10]2017年在《SESRI装置的注入系统设计》文中研究指明空间离子辐射与航天材料、器件和生命体作用,能够引起总剂量、位移损伤、单粒子事件和细胞变异等效应,严重威胁航天器在轨安全运行和航天员健康。因此,国家”十二五”工程将在哈尔滨工业大学建造一台空间辐照地面模拟装置SESRI(全名Space Environment Simulation and Research Infrastructure),该装置能够模拟空间辐照环境,是研究离子辐射与材料、器件和生命体的重要手段。根据空间离子辐射环境主要特征、辐照研究需求以及加速器技术成熟性,将建设由双ECR离子源、直线注入器、同步加速器和3个实验终端组成的离子加速器系统。该系统的建成,将为我国航天辐照研究提供重要研究平台,缓解我国航天辐照研究机时严重不足的压力。论文主要研究SESRI装置同步加速器的注入系统设计。为了达到环内离子数的设计目标,注入系统的设计至关重要。论文先从理论部分推导与注入过程相关的束流动力学,强调注入过程所需要注意的各种因素,通过比较各种注入方式的原理,选择出适合SESRI系统的注入方案。分析结果表明,多圈注入方案是SESRI同步环注入方式的唯一选择。最后,对ACCSIM程序功能进行拓展补充,用粒子追踪方法模拟研究SESRI装置的粒子注入过程,并对各种元件参数进行了优化。结果表明,对于C6+离子束,粒子的注入效率为85.3%,离子数增益可达17.1,对于Bi32+,粒子的注入效率为76.1%,离子数增益可达17.5,均可满足设计要求。
参考文献：
[1]. 单粒子束装置的束品质优化研究[D]. 时钟涛. 合肥工业大学. 2002
[2]. 影响单粒子束装置束品质因素的分析[C]. 吴瑜, 胡素华, 陈斌, 李军, 张束清. '2001全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集. 2001
[3]. 单粒子微束品质优化装置研制的设想[J]. 吴瑜, 余增亮, 胡素华, 陈斌, 李军. 核技术. 2003
[4]. ASIPP微束装置计算机控制系统研究与实现[D]. 胡智文. 合肥工业大学. 2002
[5]. 单粒子束装置束线传输系统的研究[D]. 陈连运. 合肥工业大学. 2002
[6]. 单粒子微束装置的物理过程模拟与图像系统试验研究[D]. 柳岸. 复旦大学. 2011
[7]. 高亮度光阴极注入器的特性研究和束流品质提高[D]. 黄瑞萱. 中国科学技术大学. 2016
[8]. 毛细管准直微束过程模拟与微束品质分析[J]. 柳岸, 李嘉庆, 王旭飞, 张杰雄, 王建中. 强激光与粒子束. 2012
[9]. CAS-LIBB单离子束细胞定位照射装置实验研究[J]. 王旭飞, 王晓华, 陈连运, 胡智文, 李军. 科学通报. 2004
[10]. SESRI装置的注入系统设计[D]. 刘明. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所). 2017