单离子束技术概述

 对单离子束的发展和应用作了介绍。结合我国首台单离子束装置CAS-LIBB，综合讨论了准直器限流型和静电透镜聚焦型两种典型单离子束的技术结构。限流型结构简单但定位精度有限，聚焦型条件苛刻但可获得亚微米束，是单离子束发展的趋势。评估了前探测、全前置探测和后探测3种单离子束探测方式及其特点，研究了这3种探测方式对辐照离子的计数精度和单离子束品质产生的影响。对CAS-LIBB装置研制了光导型全前置探测器以提高计数精度和束流品质。最后设计了快速荧光在线检测技术方案。     

CAS-LIBB单粒子微束装置的微束入射点位置确定和系统定位精度研究

中国科学院离子束生物工程学重点实验室建成了一台单离子微束装置(CAS-LIBB)。CAS-LIBB装置由一台van de Graaff 静电加速器产生能量在2.0-3.0 MeV 的离子。该微束系统主要用于实施对生长在一种薄塑料膜上的细胞核的指定位置投射预定个数离子的技术。系统采用安装在束流末端的石英毛细玻璃管作为瞄准器来实现束流的微化并截取微束。细胞辐射实验中对细胞的识别和定位由一套计算机集成控制程序来完成。本文将从对微束的捕捉和定位（确定离子出口的准确位置），以及该微束系统的定位精度测量方面进行研究和讨论。当采用内径为5 μm,长度为980 μm的毛细管作瞄准器时，系统的定位精度为：91％的实验对象定位在距离预定位置2.4μm的范围内，98％的实验对象定位在距离预定位置3.6μm的范围内。     

加速管中离子运动轨迹的计算

 根据静电透镜的聚焦规律,采用微元模型进行积分,导出了加速管中离子的运动轨迹,并根据轨迹特性对加速管的聚焦效应进行了讨论。结果显示,加速管对离子轨迹的聚焦效应受离子入射角和电极粗细的影响很大,但几乎与其电极数量无关。     

Single long-polymer translocation through a long pore

This paper theoretically studies the free energy and conformational entropy of a long polymer threading a long nanopore (n₀/N \ge 0.1) on external electric field. The polymer expanded model is built in this paper, that is, a single long polymer chain with N monomers (each of size a) threading a pore with n₀ monomers can be regarded as polymer with N+n_{0} monomers translocating a 2-dimension hole embedded in membrane. A theoretical approach is presented which explicitly takes into account the nucleation theory. Our calculations imply that, the structure of polymer changes more acutely than other situation, while its leading monomer reaches the second vacuum and its end monomer escapes the first vacuum. And it is also shown that the length scale of polymer and pore play a very important role for polymer translocation dynamics. The present model predicts that the translocation time depends on the chemical potential gradient and the property of the solvent on sides of pore to some extent.     

5.5 MV静电加速器终端电压稳定系统

 采用对静电加速器终端电压的稳定性进行控制，以提高单离子束流品质。设计了陷波器、低通放大器、带通放大器、误差放大器等信号处理电路。陷波器为双T形结构，其中心频率为50 Hz，此频率用以滤除工频干扰。带通放大器的中心频率为35 Hz，带宽为60 Hz。误差放大器输出0～10 V的控制信号，控制电晕针放电电流。测试了单离子束能谱和束斑。结果表明：静电加速器终端电压稳定性得到明显改善，其不稳定性小于1%，提高了单离子束束流品质。     

用于静电加速器的高频离子源及其引出特性

 根据离子束生物工程的需要,设计和研制了一台用于静电加速器的小型高频离子源。针对使用环境从理论上确定了离子源的结构和尺寸。通过实验调试取得了引出束流与引出电压、聚焦电压以及放电气压之间的变化特性曲线,测定了引出束流的束径包络,对束流的不稳定性进行了分析,在设计中采取了有效的措施抑制束流不稳定性。结果表明,离子源的最佳工作条件为引出电压1 600V~1 800V,放电气压在（4~8）×10^-4Pa范围,此时离子源可引出最大束流30μA。束流大小及其稳定性均达到预期要求。