单粒子束装置的束品质优化研究
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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。
Ion beam bioengineering which is created by professor Z.L. Yu is a new cross subject. It has accomplished many important achievements in gene transformation mediated by ion beam, mutagenic breeding, enviromental radiation and human health and so on. For the single-ion microbeam can irradiate cell in precise spatial and a predefined number of particle, so it can boost the research and appliance of low energy ion beam bioengineering. However, it is good beam quality that is preliminary for the irradiation in precise spatial and a predefined number of particle, hence it is important to study on the single-ion microbeam facility and it's beam quality.
The paper mainly focused on the beam transport part of ASIPP key laboratory of ion beam bioengineering and it's component elements, for example, van de Graff accelerator, bending magnet, magnetic quadruple lenses, beam shutter, collimator and so on. The laboratory has performed the milestone achievement that is beam passed the hole of lO^m diameter in experiments. Many experimental results are discussed by theories according to experiments. Moreover the paper makes forth of the hypothesis of optimizing the beam quality.Through measuring the emittance, the facility can change the parameters of magnetic quadruple lenses to optimize the beam quality in real-time.
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。
Ion beam bioengineering which is created by professor Z.L. Yu is a new cross subject. It has accomplished many important achievements in gene transformation mediated by ion beam, mutagenic breeding, enviromental radiation and human health and so on. For the single-ion microbeam can irradiate cell in precise spatial and a predefined number of particle, so it can boost the research and appliance of low energy ion beam bioengineering. However, it is good beam quality that is preliminary for the irradiation in precise spatial and a predefined number of particle, hence it is important to study on the single-ion microbeam facility and it's beam quality.
The paper mainly focused on the beam transport part of ASIPP key laboratory of ion beam bioengineering and it's component elements, for example, van de Graff accelerator, bending magnet, magnetic quadruple lenses, beam shutter, collimator and so on. The laboratory has performed the milestone achievement that is beam passed the hole of lO^m diameter in experiments. Many experimental results are discussed by theories according to experiments. Moreover the paper makes forth of the hypothesis of optimizing the beam quality.Through measuring the emittance, the facility can change the parameters of magnetic quadruple lenses to optimize the beam quality in real-time.
引文
[1] 北京师范大学低能核物理研究所编，离子注入原理和技术，北京出版社，1982
[2] 郑建邦，王辉，刘效增等，低能离子注入对聚苯胺薄膜的改性研究，真空科学与技术，2000，20(3)：197～199
[3] 王广厚，团簇物理学，物理，1995，24(1)：13～19
[4] 余增亮，离子注入水稻诱变育种机理初探，安徽农业科学，1989，39(1)：12～16
[5] 吴丽芳，李红，离子束生物工程应用研究进展，物理，1999，28(12)：708-712
[6] 邵春林，低能离子生物学定量研究，中国科学院等离子体物理研究所博士论文，1995
[7] Venue the Royal Society, London Organizer Japan Science Foundation, London Vise Mens Conference for the Human Frontier Science Program, Apr. 1,1987
[8] 余增亮，低能离子生物学，科学，1993(4)：65-67
[9] Yu Zengliang et al, Mutation Breeding by Ion Implantation, Nucl. Instr. Meth., 1991, B59/60: 705-708
[10] 余增亮著，离子束生物技术引论，安徽科技出版社，合肥，1998
[11] Yu Zengliang, Studying of Ion Implantation Effect on the Bioloy in China, China Nuclear Science &Technology Report,1993, CNIC-00748, ASIPP-0036
[12] 邵春林，余增亮，第二次全国离子注入效应会议论文集，合肥，1993
[13] 陈佳洱，核技术，科学出版社，北京，1991
[14] 吴跃进，余增亮，离子束辐照在水稻诱变育种中应用研究进展，第二次全国离子注入效应会议论文集，合肥，1993
[15] 郑冬官等，离子注入在棉花育种中的诱变功效，安徽农业大学学报，1994，
[16] 苏一，李毅，辛华等，绿豆种胚中离子注入深度的研究，核技术，1997，20(12)：718-721
[17] 姚建铭等，第二次全国离子注入生物效应学术会议论文集，合肥，1993
[18] 虞龙，许安，王纪等，低能离子注入在Vc高产菌株选育中的应用，激光生物学报，1999，8(3)：217-220
[19] 姚建铭等，离子注入花生四烯酸产生菌改良研究，第二届全国海洋生命活性物质与天然生化药物学术讨论会论文集，杭州，1998
[20] 姚建铭，朱皖宜，王纪等，离子注入利福霉素产生菌诱变选育研究，激光生物学报，1999，8(3)：214-216
[21] 鲁润龙等，N离子束对离体和体内DNA影响的初步研究，安徽农学院学报，1991，18(4)：294-298
[22] Yu Zeng liang et al, Transferring Gus gene into intact rice cells by low energy ion beam, Nucl. Instr. & Meth., 1993, B80/81:1328-1331
[23] 程备久，田秋元，姚佐文等，离子注入法导入棉花外源基因的研究，安徽农业大学学报，1993，增刊：19-22
[24] 吴丽芳，李红，宋道军等，低能氩离子束介导将绿色荧光蛋白基因导入小麦的研究，南京农业大学学报，2000b，23(3)：17-20
[25] Toda Yoshinori et al, Transfer and expression of GUS gene in tobacco pollen exposed to ion beam, Breeding science(JP), 1998, 48(2): 139
[26] 杨剑波，低能离子束介导基因转移研究，中科院等离子体物理所博士论文，1993
[27] 吴敬德，汪秀峰等，玉米稻光合效率的分析，安徽农业科学，1997，25(2)：112-113
[28] 宋道军等，离子束介导植物远缘分子杂交研究，2000年中国博士后学术大会论文集
[29] Wang Xiangqin, Han Jianwei, Shao Chunlin et al. Viva origino, 1998, 26(2): 109～115
[30] 潘自强，中国国民剂量初步评价，辐射防护，1997，17(2)
[31] 吴李君，α单粒子对细胞核及细胞质照射的生物效应研究，美国Columbia大学和中科院等离子体所博士论文，1999
[32] Zirkle,R.E.&bloom,W.(1953) Irradiation of parts of individual cells. Science, 117,487～493
[33] Seed ,J.(1960)Inhibition of nucleic acid synthesis caused by X-irradiation of the nucleolus. Processings of the Royal Society, B152,387～396
[34] Berns,M.W.,Olson,R.S.&Rounds,D.E.(1969)In vitro production of chromosomal lesions with an argon laser, microbeam.Nurture,221,74～75
[35] Zirkle,R.E.(1957)Advances in Biological and Medical Physic,4,104～106
[36] Davis,M.&Smith,C.L.(1957)The irradiation of individual parts of single cells in tissue culture with a microbeam of a particles Apparatus experimental cell Research,12,15～34
[37] Haynes,R.H.&Zirkle,R.E.(1960)An alpha particle microbeam for partial cell irradiation(Abstract).Radiation Research, 12,442
[38] Kraske,F.,Ritter, S.,Scolz,M.,Schneider, M.,Kraft,G.,Weisbord,U.&Kankleit,E.(1990)Directed irradiation of mammalian cells bu single charged particles with a given impact parameter. Radiation protection Dosimetry,31,315～318
[39] 张欣，用于细胞放射生物学研究的α照射模型，军事医学科学院硕士论文，1996
[40] 吴李君，单离子细胞精确定位照射的研究，中科院等离子体物理所内部报告，2001
[41] 彭士香，微束物理性能的研究和微束装置设计，中科院等离子体物理所博士论文，2000
[42] 叶铭汉，静电加速器，科学出版社，1965年
[43] High Voltage Engineering Corporation, instruction book of the 5.5 MeV Model CN Positive Ion Accelerator, Burlington, Massachusetts U.S.A.
[44] 詹福如，5.5MeV静电加速器的实验研究，中科院等离子体物理所博士论文，2000
[45] 吕建饮编著，带电粒子束光学，北京大学重离子物理研究所，1999
[46] 桂伟燮，荷电粒子加速器原理，清华大学出版社，北京，1994
[47] 夏慧琴，刘纯亮，束流传输原理，西安交通大学出版社，1991
[48] 时钟涛，胡智文，余增亮，单粒子束装置，现代物理知识，2003
[49] 王欲知，真空技术，四川人民出版社，1981
[50] 吕建钦，图形显示直线加速器与静电加速器粒子动力学计算程序LEADS，室藏资料
[51] 吕建钦，图形显示直线加速器与静电加速器粒子动力学计算程序LEADS，核技术，1994，17(9)，564
[52] 时钟涛，邓铁如，胡素华等，单粒子束装置中束线开关的研究，物理实验，2002
[53] 小斯坦利·汉弗莱斯，带电粒子束，原子能出版社，北京，1999
[54] 吴瑜，胡素华，余增亮等，影响单粒子束装置束品质因素的分析，全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集，深圳，2001
[55] 宋进虎，实时横向发射度测量，北京大学博士论文，1997
[56] C. Lejeune & J. Aubert, Emittance and Brightness:Definitions and Measurements, Appied Charged Particle Optics, Advances in Electronics and Electron Physics, Supplement 13A, 1980
[57] C. McKee, Creation, Transport and Measurement of Bright Relativistic Electron Beams, Ph.D. Thesis of Duke University, 1994
[58] P. Toft, The Radon Transform, Ph.D. Thesis, Technicai University of Denmark, 1996
[59] S. Humphries, Jr, Charged Particle Beams,1990
[60] 李泉凤，杨晓林，胡玉民，光学渡越辐射在电子束能谱测量上的应用，原子能科学与技术，1998，32(5)：395—396
[61] 李泉凤，张云凯，杜太斌，低能段的光学渡越辐射，清华大学学报(自然科学版)，1999，39(10)：69—73
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