CN109545420B - 一种离子束生物辐照装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种离子束生物辐照装置及方法，包括真空靶室、抽真空系统，抽真空系统与真空靶室连通进行抽真空；真空靶室设置靶室舱门、进气阀门、离子源，待辐照的生物样品置于真空靶室中，离子源产生离子束辐照在生物样品上；抽真空系统包括冷阱、无油分子泵、无油前级泵，真空靶室、冷阱、无油分子泵、无油前级泵通过管路依次连通，真空靶室与冷阱之间设总阀门，总阀门与真空靶室之间设置颗粒过滤网，冷阱与无油分子泵之间设置无油分子泵阀门，抽真空系统还包括旁抽阀门，旁抽阀门第一端连接在冷阱与无油分子泵阀门之间，旁抽阀门第二端连接在无油分子泵与无油前级泵之间。本发明的优点是：可有效减少抽真空时水汽、油汽、颗粒等对泵组的影响。

Description

一种离子束生物辐照装置及方法

技术领域

本发明涉及离子束辐照领域，具体涉及一种离子束生物辐照装置及方法。

背景技术

离子束辐照生物样品技术，用于辐照生物类样品，以研究样品受到辐照后的生物效应和辐照机理，应用于基因工程、环境健康、医学放疗等诸多学科领域。离子束辐照生物样品只能在真空靶室中进行，对生物样品的辐照须具特殊要求，如洁净无污染的真空靶室、快速获取所需真空度、安全稳定的真空系统等条件。真空抽取越快、真空环境越洁净，则生物样品受到的副作用越小、离子束品质也越好，能更好地满足生物研究的期待。与物理、化学类样品不同，生物样品的复杂性表现如下：其一，生物样品内部通常蕴藏一定的水分，在真空状态下，生物样品水分将迅速膨胀转化成水汽，而水汽是严重影响真空系统的重要因素，表现在真空度难以提升、真空度稳定性差、损坏真空泵部件等方面。其二，生物样品不得受到污染，常规真空系统都存在返油或油汽挥发等情况，这将污染生物样品，严重时会导致生物样品死亡。其三，生物样品包括一些小颗粒种类，容易被吸入真空系统，对真空泵将产生威胁，乃至毁坏真空系统。因此，常规真空系统不适合生物样品的辐照条件。因此设计一种洁净、安全的离子束辐照装置，有效地克服真空靶室的油汽污染和水汽对真空系统的影响，防止小颗粒样品进入真空泵中，并适合于多种类生物样品的离子束辐照，为农业、生物、医药等科研应用提供重要的新技术平台，尤为必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有技术中离子束生物辐照装置除水汽不彻底、返油、油汽挥发、颗粒物易进入真空系统的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种离子束生物辐照装置，包括真空靶室、抽真空系统，抽真空系统与真空靶室连通进行抽真空；

所述真空靶室设置有靶室舱门、进气阀门、离子源，待辐照的生物样品置于真空靶室中，离子源产生的离子束辐照在生物样品上；

所述抽真空系统包括冷阱、无油分子泵、无油前级泵，真空靶室、冷阱、无油分子泵、无油前级泵通过管路依次连通，真空靶室与冷阱之间还设置有总阀门，总阀门与真空靶室之间的管路中设置有颗粒过滤网，冷阱与无油分子泵之间设置有无油分子泵阀门，所述抽真空系统还包括旁抽阀门，旁抽阀门的第一端连接在冷阱与无油分子泵阀门之间的管路上，旁抽阀门的第二端连接在无油分子泵与无油前级泵之间的管路上。

进一步的，所述离子源为冷阴极离子源。

进一步的，所述真空靶室中设置有样品台，生物样品置于样品台上。

进一步的，所述真空靶室上设置有复合真空计。

进一步的，所述无油分子泵倒置安装。

进一步的，所述颗粒过滤网为金属丝网，且金属丝网的孔径小于颗粒的粒径。

进一步的，所述抽真空系统还包括分子筛，分子筛设置在冷阱与无油分子泵阀门之间的管路上。

进一步的，旁抽阀门的第一端连接在冷阱与分子筛之间的管路上。

本发明还公开一种应用于上述离子束生物辐照装置的方法，包括如下步骤：

A、将生物样品置于真空靶室中，关闭靶室舱门、进气阀门，此时总阀门、无油分子泵阀门及旁抽阀门均处于关闭状态；

B、开启无油前级泵，然后开通旁抽阀门和总阀门，保持无油分子泵阀门关闭；

C、无油前级泵开始对真空靶室进行粗抽真空操作，当真空靶室中的真空度达到预定数值时，关闭旁抽阀门，同时开通无油分子泵阀门，启动无油分子泵；

D、无油分子泵正常运行，对真空靶室进行高真空抽取操作，当真空靶室中的真空度达到要求时，开启离子源；

E、离子源产生离子束，对生物样品进行辐照，当辐照剂量达到要求时，关闭离子源；

F、关闭总阀门和无油分子泵阀门，此时进气阀门和旁抽阀门亦处于关闭状态，关断无油分子泵电源；

G、打开进气阀门，当真空靶室的内外压强平衡时，关闭进气阀门，打开靶室舱门，取出生物样品；

H、重复上述步骤，对下一批次生物样品进行辐照；

I、全部样品辐照完毕后，关闭靶室舱门，打开旁抽阀门，对真空靶室进行粗抽真空操作，然后关闭旁抽阀门，关闭无油前级泵。

进一步的，步骤I中粗抽真空操作的时间为10-20min。

本发明的有益效果在于：

1.本发明设计了一种快速获取洁净安全真空环境的离子束生物辐照装置，适合生物类样品辐照的要求，解决了常规离子束辐照装置不能用于生物样品辐照的技术问题，为生物学的研究和应用提供了新的技术平台，本发明采用无油前级泵和无油分子泵，因此不存在油汽污染系统和样品的问题。在抽真空过程中，当生物样品为小颗粒种类时，容易被吸入抽真空系统，对无油分子泵、无油前级泵将产生威胁，乃至毁坏抽真空系统。颗粒过滤网的设置阻止了此类颗粒进入抽真空系统。水汽是影响真空抽率、危害真空泵的重要因素，本发明设置冷阱以凝结水汽，使得管道中水汽含量减少；因此，本发明克服了油汽、水汽和颗粒等有害因素的影响，能够快速稳定地获得洁净的真空环境，满足生物样品辐照的技术要求；

2.冷阴极离子源不产生阴极材料挥发污染，避免污染生物样品；

3.样品台用于放置生物样品；

4.复合真空计可实时检测真空靶室中的真空度，以进行相应操作，同时复合真空计既可进行高真空的测量也可进行低真空的测量，适用范围广，且测量精度高；

5.将无油分子泵倒置安装，由于颗粒的重力作用，进一步降低了颗粒被吸入分子泵的可能性，保证抽真空系统的安全；

6.将颗粒过滤网设置成金属丝网，且金属丝网的孔径小于颗粒的粒径，可有效地对颗粒进行拦截，以免颗粒进入抽真空系统产生破坏，多重措施保证了抽真空系统的安全；

7.分子筛的设置进一步吸附水汽，使得管道中水汽含量最大限度地减少，克服了样品水汽对真空系统的影响，因而能够快速稳定地获得真空，设置分子筛能进一步吸附水分，保护前级泵和分子泵；

8.将旁抽阀门的第一端连接在冷阱与分子筛之间的管路上，真空靶室的水汽首先被冷阱凝结成水，并通过旁抽系统排出，避免了在整个工作过程中，分子筛吸附过多的水分而减弱吸水效果，从而再次保护了无油分子泵。

附图说明

图1为本发明实施例中一种离子束生物辐照装置的示意图；

其中，真空靶室-1、抽真空系统-2、靶室舱门-11、进气阀门-12、离子源-13、生物样品-14、样品台-15、复合真空计-16、冷阱-21、无油分子泵-22、无油前级泵-23、总阀门-24、颗粒过滤网-25、无油分子泵阀门-26、旁抽阀门-27、分子筛-28。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，一种离子束生物辐照装置，包括真空靶室1、抽真空系统2，抽真空系统2与真空靶室1连通进行抽真空。

所述真空靶室1设置有靶室舱门11、进气阀门12、离子源13，待辐照的生物样品14置于真空靶室1中，离子源13产生的离子束辐照在生物样品14上。

所述抽真空系统2包括冷阱21、无油分子泵22、无油前级泵23，真空靶室1、冷阱21、无油分子泵22、无油前级泵23通过管路依次连通，真空靶室1与冷阱21之间还设置有总阀门24，总阀门24与真空靶室1之间的管路中设置有颗粒过滤网25，冷阱21与无油分子泵22之间设置有无油分子泵阀门26，所述抽真空系统2还包括旁抽阀门27，旁抽阀门27的第一端连接在冷阱21与无油分子泵阀门26之间的管路上，旁抽阀门27的第二端连接在无油分子泵22与无油前级泵23之间的管路上。

本发明设计了一种快速获取洁净安全真空环境的离子束生物辐照装置，适合生物类样品辐照的要求，解决了常规离子束辐照装置不能用于生物样品辐照的技术问题，为生物学的研究和应用提供了新的技术平台，本发明采用无油前级泵23和无油分子泵22，因此不存在油汽污染系统和样品的问题。在抽真空过程中，当生物样品14为小颗粒种类时，容易被吸入抽真空系统，对无油分子泵22、无油前级泵23将产生威胁，乃至毁坏抽真空系统。颗粒过滤网25的设置阻止了此类颗粒进入抽真空系统。水汽是影响真空抽率、危害真空泵的重要因素，本发明设置冷阱21以凝结水汽，使得管道中水汽含量减少；因此，本发明克服了油汽、水汽和颗粒等有害因素的影响，能够快速稳定地获得洁净的真空环境，满足生物样品辐照的技术要求。

进一步的，所述离子源13为冷阴极离子源，冷阴极离子源不产生阴极材料挥发污染，避免污染生物样品。

进一步的，所述真空靶室1中设置有样品台15，生物样品14置于样品台15上，样品台15用于放置生物样品。

进一步的，所述真空靶室1上设置有复合真空计16，复合真空计16可实时检测真空靶室1中的真空度，以进行相应操作，同时复合真空计16既可进行高真空的测量也可进行低真空的测量，适用范围广，且测量精度高。

进一步的，所述无油分子泵22倒置安装，将无油分子泵22倒置安装，由于颗粒的重力作用，进一步降低了颗粒被吸入分子泵的可能性，保证抽真空系统的安全。

进一步的，所述颗粒过滤网25为金属丝网，且金属丝网的孔径小于颗粒的粒径，将颗粒过滤网设置成金属丝网，且金属丝网的孔径小于颗粒的粒径，可有效地对颗粒进行拦截，以免颗粒进入抽真空系统产生破坏，多重措施保证了抽真空系统的安全。

进一步的，所述抽真空系统2还包括分子筛28，分子筛28设置在冷阱21与无油分子泵阀门26之间的管路上，分子筛28的设置进一步吸附水汽，使得管道中水汽含量最大限度地减少，克服了样品水汽对真空系统的影响，因而能够快速稳定地获得真空，设置分子筛28能进一步吸附水分，保护无油前级泵23和无油分子泵22。

进一步的，旁抽阀门27的第一端连接在冷阱21与分子筛28之间的管路上，将旁抽阀门27的第一端连接在冷阱21与分子筛28之间的管路上，真空靶室1的水汽首先被冷阱21凝结成水，并通过旁抽系统排出，避免了在整个工作过程中，分子筛28吸附过多的水分而减弱吸水效果，从而再次保护了无油分子泵22。

本发明还公开一种应用于上述离子束生物辐照装置的方法，包括如下步骤：

A、将生物样品14置于真空靶室1中的样品台15上，关闭靶室舱门11、进气阀门12，此时总阀门24、无油分子泵阀门26及旁抽阀门27均处于关闭状态；

B、开启无油前级泵23，然后开通旁抽阀门27和总阀门24，保持无油分子泵阀门26关闭；

C、无油前级泵23开始对真空靶室1进行粗抽真空操作，当真空靶室1中的真空度达到预定数值时，关闭旁抽阀门27，同时开通无油分子泵阀门26，启动无油分子泵22；

D、无油分子泵22正常运行，对真空靶室1进行高真空抽取操作，当真空靶室1中的真空度达到要求时，开启离子源13；

E、离子源13产生离子束，对生物样品14进行辐照，当辐照剂量达到要求时，关闭离子源13；

F、关闭总阀门24和无油分子泵阀门26，此时进气阀门12和旁抽阀门27亦处于关闭状态，关断无油分子泵22电源；

G、打开进气阀门12，当真空靶室1的内外压强平衡时，关闭进气阀门12，打开靶室舱门11，取出生物样品14；

H、重复上述步骤，对下一批次生物样品14进行辐照；

I、全部样品辐照完毕后，关闭靶室舱门11，打开旁抽阀门27，对真空靶室1进行粗抽真空操作，然后关闭旁抽阀门27，关闭无油前级泵23，此步骤的目的是，在本装置运行结束后，仍然保持其处于真空状态，防止空气、灰尘等杂质进入真空靶室1，保证了设备安全，并为下一次运行做好准备。

进一步的，步骤I中粗抽真空操作的时间为10-20min，本实施例步骤I中粗抽真空操作的时间为15min。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种离子束生物辐照装置，其特征在于：包括真空靶室(1)、抽真空系统(2)，抽真空系统(2)与真空靶室(1)连通进行抽真空；

所述真空靶室(1)设置有靶室舱门(11)、进气阀门(12)、离子源(13)，待辐照的生物样品(14)置于真空靶室(1)中，离子源(13)产生的离子束辐照在生物样品(14)上；所述抽真空系统(2)包括冷阱(21)、无油分子泵(22)、无油前级泵(23)，真空靶室(1)、冷阱(21)、无油分子泵(22)、无油前级泵(23)通过管路依次连通，真空靶室(1)与冷阱(21)之间还设置有总阀门(24)，总阀门(24)与真空靶室(1)之间的管路中设置有颗粒过滤网，冷阱(21)与无油分子泵(22)之间设置有无油分子泵阀门(26)，所述抽真空系统(2)还包括旁抽阀门(27)，旁抽阀门(27)的第一端连接在冷阱(21)与无油分子泵阀门(26)之间的管路上，旁抽阀门(27)的第二端连接在无油分子泵(22)与无油前级泵(23)之间的管路上；

所述无油分子泵(22)倒置安装。

2.根据权利要求1所述的一种离子束生物辐照装置，其特征在于：所述离子源(13)为冷阴极离子源。

3.根据权利要求1所述的一种离子束生物辐照装置，其特征在于：所述真空靶室(1)中设置有样品台(15)，生物样品(14)置于样品台(15)上。

4.根据权利要求1所述的一种离子束生物辐照装置，其特征在于：所述真空靶室(1)上设置有复合真空计(16)。

5.根据权利要求1所述的一种离子束生物辐照装置，其特征在于：所述颗粒过滤网(25)为金属丝网，且金属丝网的孔径小于颗粒的粒径。

6.根据权利要求1所述的一种离子束生物辐照装置，其特征在于：所述抽真空系统(2)还包括分子筛(28)，分子筛(28)设置在冷阱(21)与无油分子泵阀门(26)之间的管路上。

7.根据权利要求6所述的一种离子束生物辐照装置，其特征在于：旁抽阀门(27)的第一端连接在冷阱(21)与分子筛(28)之间的管路上。

8.一种应用于如权利要求1-7任一项所述离子束生物辐照装置的方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、将生物样品(14)置于真空靶室(1)中，关闭靶室舱门(11)、进气阀门(12)，此时总阀门(24)、无油分子泵阀门(26)及旁抽阀门(27)均处于关闭状态；

B、开启无油前级泵(23)，然后开通旁抽阀门(27)和总阀门(24)，保持无油分子泵阀门(26)关闭；

C、无油前级泵(23)开始对真空靶室(1)进行粗抽真空操作，当真空靶室(1)中的真空度达到预定数值时，关闭旁抽阀门(27)，同时开通无油分子泵阀门(26)，启动无油分子泵(22)；

D、无油分子泵(22)正常运行，对真空靶室(1)进行高真空抽取操作，当真空靶室(1)中的真空度达到要求时，开启离子源(13)；

E、离子源(13)产生离子束，对生物样品(14)进行辐照，当辐照剂量达到要求时，关闭离子源(13)；

F、关闭总阀门(24)和无油分子泵阀门(26)，此时进气阀门(12)和旁抽阀门(27)亦处于关闭状态，关断无油分子泵(22)电源；

G、打开进气阀门(12)，当真空靶室(1)的内外压强平衡时，关闭进气阀门(12)，打开靶室舱门(11)，取出生物样品(14)；

H、重复上述步骤，对下一批次生物样品(14)进行辐照；

I、全部样品辐照完毕后，关闭靶室舱门(11)，打开旁抽阀门(27)，对真空靶室(1)进行粗抽真空操作，然后关闭旁抽阀门(27)，关闭无油前级泵(23)。

9.根据权利要求8所述的一种离子束生物辐照装置的方法，其特征在于：步骤I中粗抽真空操作的时间为10-20min。

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