低能离子注入育种中次级效应影响的模拟研究

低能离子注入育种作为一种有效的育种方法在实践中进行了大量的尝试并取得了一系列重要成果,但其作用机理一直都存在着巨大的争议,特别是射程很短的低能重离子如何穿透到种子内部触发生物效应。本研究利用SRIM、CASINO、Geant4模拟程序对低能离子注入生物样品的离子注入深度进行模拟和定量分析,并对次级粒子可能产生的影响进行了定量模拟研究。结果显示,低能重离子本身射程一般都小于1 μm,选用轻离子、提高注入能量、采用干种子进行注入,都有利于增加穿透深度。次级过程中,反冲质子的最大射程比初级入射离子的稍大,不能显著提升穿透能力。次级过程产生的粒子中只有X射线可以明显提高穿透种子的深度,只要剂量足够大,总会有少量X射线穿透到很深的地方。The breeding method by low-energy ion implantation has been proved to be a valuable breeding method by a large number of practical attempts, but the mechanism of the method has always been in a large dispute. The most difficult thing to be understood is how the low energy heavy ion with such a short range (normally shorter than 1 μm) can penetrate into the inner part of seeds to trigger the biological effects. In this paper, simulations with quantitative analysis were performed for the low energy ion implantating into biological samples and the effects caused by the secondary particles using SRIM, CASINO and Geant4 simulation programs. The results showed that the ranges of low energy heavy ions are normally less than 1 μm. The ranges can become longer if dry seeds and light ions are used with a higher energy. The ranges of recoil protons are only a little longer than that of the primary ions. Among the secondary particles produced in the ion implanting process, only the X-ray can obviously increase the penetration depth in seeds. There always will be a small amount of X-rays which can penetrate into the deeper place in the seed if the ion dose is high enough.     

低能N+注入植物种子射程分布的模拟计算

伴随着离子束生物技术的广泛应用, 国内许多单位开展了低能离子注入植物种子的实验研究. 其中关于低能离子注入植物种子诱变的物理机理, 集中在离子注入的深度-浓度分布上. 一些单位直接使用纵向非静态(LSS)理论和TRIM程序来计算低能离子注入植物种子的深度-浓度分布, 却发现计算结果与实验测量结果相差甚远. 所以在对植物种子靶材料进行处理和对LSS理论进行修正的基础上, 在二维近似情况下, 用蒙特卡罗方法分别模拟计算了200keV V⁺和20keV Ti⁺注入花生和棉花种子的射程分布, 得到了与实验结果较符合的曲线. 在此模型基础上, 计算了同样初始条件和理论计算模型下无法从实验上测量的N⁺注入植物种子的射程分布, 初步地为低能N⁺注入植物种子射程分布提供了一种理论计算方法.     

低能离子注入宫颈癌细胞的红外光谱分析

利用离子注入机所产生的低能N+模仿宇宙中低能离子作用于人宫颈癌细胞(HeLa cell),探索其对人类细胞的影响及作用机制。因实验中的低能离子产生和加速要在真空中进行,细胞在离子注入同时将受到真空的影响,为此研究人员利用石蜡油保护细胞以防止注入时的水份蒸发。注入处理完毕后收集细胞,采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)分析真空和低能N+束注入后细胞中大分子的相对含量、构型及其构象变化等方面的信息。结果表明：(1)不同处理后的样品在3 300 cm-1附近吸收谱带存在明显差异。对照样品的特征峰位为3 300 cm-1,而其他样品中除了注入5×1014 N+·cm-2外,红外吸收峰均向长波数方向移动,真空2×1015 N+·cm-2样品的频移尤为明显至3 420 cm-1处。(2)与对照样品相比较,各处理样品的1 378 cm-1处吸收峰峰位均向长波数方向频移。(3)处理样品相对于对照样品而言,2 360 cm-1处吸收峰均向长波数方向移动。该结果说明低能离子注入处理可以引起细胞中核酸、蛋白的含量和构象变化。     

低能离子注入引起的植物种子微结构的变化

以植物干种子芸豆和花生为生物体材料，采用正电子湮没技术（PAT）测定了该两类生物样品的正电子湮没寿命谱（PAL）。测量结果表明，在芸豆和花生生物体内存在着大量微小的孔洞，孔洞的直径分别为0．48nm和0．7nm。植物种子的这类特殊的微孔结构是低能离子注入生物效应机理的基础。对注入200keV低能V离子的花生样品也测量了它的PAL谱，并与未经离子注入的花生样品的PAL谱作了比较。     

离子注入后小麦种子表皮细胞的扫描电镜观察

应用扫描电镜观察了低能氮离子注入小麦干种子后表层细胞结构的变化.结果表明,离子注入对小麦表皮细胞有明显的损伤作用.随着离子剂量的增大,离子对种子细胞的损伤程度增大,且种子表面有孔洞出现.     

离子注入层的X射线光电子能谱分析

采用金属蒸汽真空弧（MEVVA）离子源发出的强束流脉冲钨离子,对H13钢进行了离子注入表面改性研究,借助X射线光电子能谱（XPS）考察了注入表面层中钨,氧,铁的化学状态,研究发现,钨离子注入层中钨元素以替位钨和三氧化钨形式存在,铁元素以金属铁和三氧化二铁形式出现,而且各价态元素的原子比随深度而变化。     

真空、低能离子注入后HeLa细胞的吸收光谱研究

在选用了石蜡油作为细胞耐受真空的保护剂基础上,分别采集了人宫颈癌细胞(HeLa细胞)经真空和不同剂量低能离子注入后的紫外吸收光谱.实验结果显示:HeLa细胞在202及260 nm附近均有特征性的吸收峰.数据的进一步分析发现:(1)HeLa细胞经真空处理后的紫外吸光值随着真空时间的延长而增加,且真空对细胞紫外吸收光谱的影响大于单纯的石蜡油浸泡影响;(2)真空对于HeLa细胞紫外吸光值的影响远低于低能离子注入的影响;(3)HeLa细胞在注入不同剂量的低能N+后,紫外吸光值会随着注入剂量的增大而增加.在上述分析的基础上,本文又探讨了低能N+束注入对肿瘤细胞的结构、各成分的组成比例及分子排列的影响,该研究为深入探索低能离子注入生物样品的作用机理奠定了基础.     

低能离子注入植物种子的深度分布及生物效应机理研究

采用四种物理测量方法：扫描电子显微镜和能量色散x射线分析，质子激发x荧光分析，双光子激光扫描显微技术和正电子湮没技术测定了能量为200keV V⁺ 注入干花生种 子的深度分布.测量结果表明，注入的低能离子在干种子花生内的深度远比TRIM95的理论计算值为高.对低能离子注入植物种子后的生物效应的机理进行了讨论. 关键词： 低能离子注入 植物种子 深度分布 生物效应机理     

低能加速器的应用

 加速器是利用电磁场来加速带电粒子的装置,如加速电子、质子、离子等。按能量区分,加速器分成高能加速器、中能加速器和低能加速器。其中能量低于100MeV的小型低能加速器在医学、工业辐照、离子注入及核分析技术等领域均有广泛的应用。一、加速器在医学上的应用1.疾病的诊断传统的XCT是透射型CT,测定的是通过肌体的X射线强度的衰减情况,医生从不同的衰减来分析病变情况。加速器介入医学后,促使了一代能测试脏器功能的新的发射型CT(简称ECT)的问世。     

Fe+注入植物种子射程实验的Monte-Carlo仿真

研究表明,TRIM程序运算结果与实验测量离子注入种子的射程分布数据相差甚远.本文根据种子微结构的特点,综合考虑多种因素,设计种子微结构模型和运算程序,用Monte-Carlo仿真不同能量（110 keV,20 keV,200 keV）、不同注量（2×10¹⁶ ions·cm^-2,5×10¹⁶ ions·cm^-2,10¹⁷ ions·cm^-2,2×10¹⁷ ions·cm^-2）的Fe⁺注入花生、彩棉、小麦种子的射程分布,结果显示本设计程序仿真的结果与实验测量数据较为吻合.所获得的注入离子与种子微结构相互作用的随机抽样模拟运算方法,为离子注入与生命体相互作用的理论研究提供新的思路.     

200 keV V+注入花生种子深度-浓度分布的蒙特卡罗模拟

在对植物种子靶材料进行处理和对LSS理论进行修正的基础上,用蒙特卡罗方法模拟计算了在一维和二维近似情况下,200 keV V⁺注入花生种子的深度-浓度分布,得到了与实验结果较符合的曲线.并在同样初始条件和理论模型下,计算了200 keV N⁺注入植物种子的深度-浓度分布,为研究低能离子注入植物种子深度-浓度分布提供了一种初步的理论计算方法.     

低能离子束处理前后氨基酸和碱基的拉曼光谱研究

本文报导我们利用激光拉曼光谱获取低能离子束生物诱变信息的初步探索。初步的研究结果表明拉曼光谱可以给出离子注入前后生物分子结构突变或重组,分子结构突变与注入剂量的关系,分子的光催化修复、自然修复以及离子注入改变的光敏性等信息。     

在低价氮离子中实现3s-2p软X射线的最佳条件研究

从实现离子的基态和激发态之间粒子数反转的主要参量入手，数值计算了基态的 粒子数密度、上能级和下能级的统计权重之比、三体复合速率和自发辐射衰减速率之比等每个参量对反转粒子数密度的影响，并且以基于光场感生电离（OFI）复合机制B－likeN系统为例对实际系统进行分析讨论，给出了实现基于光场感生电离B-like N45.21nm3s-2p跃迁激光放大的最大激光功率密度。     

低能离子对氨基酸损伤的红外光谱研究

分别轻注入机和气体常压孤光放电产生的你了子作用于固态和溶液中的氨基酸,研究了样品红外光谱的变化。结果表明,两种方式产生的离子对氨基酸有相同或相似的损伤作用,如分子重排、外来离子沉积等,而且低能离子作用于溶液样品表现出更显著、更丰富的损伤效果。     

Angular Distribution Analysis of Nitrogen Ions in a Low Energy Dense Plasma Focus Device

Angular distribution of nitrogen ions from a 4 kJ plasma focus device (PFD), as obtained by two detection methods was studied. The results obtained with two methods including consisting of (i) polycarbonate (PC) detectors (1 mm thick with about 15 cm diameter large etchable area) using electrochemical etching (ECE) at 50 Hz and 48 kV cm^–1 field strenth and (ii) an array of five Faraday cups (FC) are analyzed, compared and discussed in this paper. The results obtained by the two detectors are quite different. A new concept is proposed in this paper for the ring‐shaped angular distribution of ions. (© 2013 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

低能电子径迹中能量沉积频率分布

根据我们建立的径迹结构Monte Carlo计算模型,计算了低能电子在液态水中径迹范围内DNA分子片段模型和染色质丝片段模型区域内的能量沉积频率分布,结果与OREC和CPA程序结果进行了比较,这些计算结果为解释低能重离子注入生物体造成深部生物效应而提出的一种物理机制──软X射线机制提供了理论依据.