CN109640506A - 电子剥离箔和具有电子剥离箔的粒子加速器 - Google Patents

电子剥离箔和具有电子剥离箔的粒子加速器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种粒子加速器，所述粒子加速器产生并沿指定路径引导带电粒子的粒子束。所述粒子加速器包括引出装置。所述引出装置包括剥离箔和保持所述剥离箔的箔保持件。所述箔保持件将所述剥离箔定位在所述粒子束的指定路径上，使得粒子束入射到其上。所述剥离箔从带电粒子去除电子，其中，所述剥离箔包括相对于彼此堆叠的背衬层和传导层。所述背衬层包括合成金刚石。

Description

电子剥离箔和具有电子剥离箔的粒子加速器
技术领域
背景技术
本发明公开的主题大体上涉及粒子加速器，例如回旋加速器，并且更具体地涉及引导带电粒子束通过剥离箔(其从带电粒子去除电子)的粒子加速器。
可以使用粒子加速器生成放射性核素，以用于医疗和成像，还用于医学和物理学研究。回旋加速器是一种类型的粒子加速器，其可以是大型核素产生系统的一部分。与其它粒子加速器一样，回旋加速器使带电粒子束(例如H离子)加速，并将离子束引导到原材料中以生成同位素。回旋加速器是一种复杂的系统，其使用电场和磁场来加速和引导带电粒子沿着真空加速腔室内的预定轨道。当带电粒子束到达轨道的外部时，带电粒子束通过材料片(称作“剥离箔(stripper foil)”)，其从带电粒子去除电子。粒子束不再受电场引导，其离开轨道例如朝靶组件运动。
用于核素产生的靶组件包括容纳原材料的腔室(称作产生腔室)，原材料可以是液体、气体或固体材料。靶组件具有束通道，所述束通道接收粒子束并允许粒子束入射到产生腔室中的原材料上。为了将原材料包含在产生腔室内，束通道通过另一材料片(在本文中称为“靶箔(target foil)”)与产生腔室分离。更具体地，产生腔室可以由靶体内的空隙限定。靶箔覆盖一面上的空隙。粒子束穿过靶箔并入射到产生腔室内的原材料上。
在许多情况下，可以使用另一箔(本发明中称作“前箔(front foil)”)。有时将前箔描述为“降能器箔(degrader foil)”或“真空箔”。前箔位于剥离箔下游、靶箔的上游，使得粒子束在与靶箔相交之前与前箔相交。前箔减少了粒子束的能量，并且将靶组件与回旋加速器的真空分离。
各种箔都可以只包括单个材料成分(例如相同材料的单层)。靶箔可包括两层或更多层(例如涂覆有另一层的金属片)。由于不同的目的和环境，箔通常具有不同的质量，例如不同的厚度和类型的材料。例如，沿着与产生腔室交界的靶箔的一侧，靶箔受到高压。由于与原材料接触，靶箔也可能经历腐蚀和氧化环境。高温和高压会导致使靶箔易于破裂，熔化或其它损坏的应力。当来自靶箔的离子被原材料吸收时，靶箔也可能污染靶介质。前箔可以除了其它方面将粒子束的能量降低指定量。
剥离箔也容易退化。例如，石墨箔被用作电子剥离器，以将带负电的氢离子转换成质子。然而，随着时间推移，周期性离子束暴露使得石墨箔起皱和/或断裂，变得不适合使用。具有更长寿命的剥离箔可降低核素产生系统的停机时间，降低操作系统的总成本，同时还降低对服务人员的辐射暴露。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种粒子加速器，其中：所述粒子加速器产生并沿着指定路径引导带电粒子的粒子束。所述粒子加速器包括引出装置。所述引出装置包括剥离箔和保持所述剥离箔的箔保持件。所述箔保持件将所述剥离箔定位在所述粒子束的指定路径上，使得粒子束入射到其上。所述剥离箔从带电粒子去除电子，其中，所述剥离箔包括相对于彼此堆叠的背衬层和传导层。所述背衬层包括合成金刚石。
在一些方面，所述传导层沿所述合成金刚石直接沉积，或者直接沉积在所述传导层和所述合成金刚石之间的中间层上。
在一些方面，所述合成金刚石是多晶金刚石(sp3-杂化)，所述传导层包括导电碳层。
在一些方面，所述传导层包括石墨、石墨烯、无定型碳或类金刚石碳(DLC)的至少一个。
在一些方面，所述剥离箔具有外边缘，且还包括沿所述外边缘的至少一部分延伸的支撑区段。所述支撑区段直接形成在所述传导层上或者直接形成在所述支撑区段和所述传导层之间的中间层上。所述支撑区段允许带电粒子通过所述传导层和所述背衬层。
在一些方面，所述剥离箔还包括位于所述背衬层和所述传导层之间的中间层。所述中间层增大所述背衬层和所述传导层之间的粘合。
在一些方面，所述传导层是第一传导层。所述剥离箔还包括第二传导层，其中，所述背衬层设置在所述第一传导层和第二传导层之间。
在一个实施例中，提供了一种剥离箔，其包括：传导层；以及相对于所述传导层堆叠的背衬层。所述背衬层包括合成金刚石。所述传导层和所述背衬层形成剥离片，所述剥离片从通过所述剥离片的带电粒子剥离电子。
在一些方面，所述剥离片具有由所述传导层和所述背衬层形成的外边缘。所述剥离箔还包括沿所述外边缘的至少一部分延伸的支撑区段。所述支撑区段只覆盖所述剥离片的一部分，从而允许带电粒子通过所述传导层和所述背衬层。
在一些方面，所述传导层直接沉积在所述合成金刚石上或者直接沉积在所述传导层和所述合成金刚石之间的中间层上。
在一些方面，所述传导层具有至多2000纳米的厚度，所述背衬层具有至多50微米的厚度。
在一些方面，所述传导层包括导电碳层。
在一些方面，中间层位于所述背衬层和所述传导层之间。所述中间层增大所述背衬层和所述传导层之间的粘合，其中，所述中间层和所述传导层是能够由相同的沉积设备连续沉积的碳层。
在一些方面，所述传导层是第一传导层。所述剥离片还包括第二传导层，其中，所述背衬层设置在所述第一传导层和第二传导层之间。
在一个实施例中，提供了一种方法，其包括：提供衬底层；以及沿所述衬底层的暴露面沉积第一层。所述方法还包括沿所述第一层的暴露面沉积第二层，使得所述第一层设置在所述衬底层和所述第二层之间，其中，所述第一层或第二层中的一个是背衬层，另一个是传导层。所述第一层和第二层形成剥离片，剥离片从通过所述剥离片的带电粒子剥离电子。所述方法还包括去除衬底层的至少一部分。
在一些方面，沉积所述第一层和沉积所述第二层使用相同的化学汽相沉积(CVD)设备，其中，对于所述第一层和所述第二层一个或多个操作参数是不同的。
在一些方面，沉积所述第一层和沉积所述第二层使用相同的化学汽相沉积(CVD)设备，其中，在沉积所述第一层和沉积所述第二层之间一个或多个操作参数逐渐变化。
在一些方面，所述操作参数包括以下的至少一个：等离子体放电功率、反应气体的成分、所述衬底层的成分、所述衬底层的温度、所述衬底层的电偏置、灯丝的温度、反应气体的流速或系统压力。
在一些方面，所述剥离片具有外边缘。所述方法还包括提供沿所述外边缘的至少一部分延伸的支撑区段，所述支撑区段只覆盖所述剥离片的一部分，从而允许带电粒子从其通过。
在一些方面，所述方法还包括沉积中间层。所述中间层位于所述第一层和所述第二层之间，并增大所述第一层和所述第二层之间的粘合。
附图说明
图1是根据实施例的核素产生系统的框图。
图2是可以用于图1的粒子加速器的引出系统和靶系统的侧视图。
图3是可以用于图1的粒子加速器的引出装置的放大透视图。
图4是可以由本发明中描述的一个或多个实施例使用的剥离箔的透视图。
图5是图示根据实施例的方法的流程图。
图6图示图5的方法的至少一些阶段。
图7图示第二传导层增加到剥离箔的图5的方法的可选阶段。
图8图示支撑区段增加到剥离箔的图5的方法的可选阶段。
图9图示支撑区段增加到剥离箔的相对面的图5的方法的可选阶段。
图10图示根据实施例沿一个外边缘具有支撑区段的剥离箔的平面视图。
图11图示根据实施例沿多个外边缘具有支撑区段的剥离箔的平面视图。
图12图示根据实施例沿多个外边缘具有支撑区段的剥离箔的平面视图。
图13图示根据实施例具有矩形形状的窗口的剥离箔的平面视图。
图14图示根据实施例具有圆形形状的窗口的剥离箔的平面视图。
图15是根据实施例形成的剥离箔的侧视图。
图16是根据实施例的沉积设备的示意图。
具体实施方式
本发明中描述的实施例包括粒子加速器、核素产生系统、引出装置和剥离箔。剥离箔可包括两层或更多层，其中，至少一层是背衬层，至少一层是传导层。在一些实施例中，背衬层设置在两个传导层之间。背衬层可提供剥离箔的指定的机械特性。传导层提供由于电子的积累可能形成的电荷的接地路径。更具体讲，背衬层可以是相对绝缘的，使得没有传导层，沿剥离箔的电压积累(例如高达几兆伏或者更大)可降低剥离箔的寿命。在一些实施例中，附加层成形为形成支撑区段(或支撑架)，其也提供指定的机械特性。
至少一个技术效果包括相比常规的剥离箔，例如石墨箔具有更长操作寿命的剥离箔。另一技术效果可包括粒子加速器的更高效(或费用较低)的操作。又一技术效果可包括对服务人员的降低的辐射暴露量。相比常规的剥离箔，实施例可以表现出以下特性的至少一个：改进的热特性、改进的机械特性或者改进的辐射硬度特性。电导可以足够大，对于电子剥离，实施例可以具有低的原子序数。
如本文所使用，以单数形式叙述且跟在词语“一”或“一个”后的元件或步骤应理解为不排除复数个所述元件或步骤，除非明确陈述此类排除。另外，对“一个实施例”的提及并不希望被解释为排除也并有所叙述的特征的额外实施例的存在。此外，除非相反地明确说明，“包含”、“包括”或“具有”带特定性质的元件或多个元件的实施例可包括没有那种性质的附加此类元件。
图1是根据一个实施例形成的系统100的框图。在图示的实施例中，系统100是核素产生系统，其生成批量核素以用于医学成像。然而，应当了解，对于不同应用或目的可以使用其它实施例。系统100包括具有若干子系统的粒子加速器102，所述子系统包括离子源系统104、电场系统106、磁场系统108和真空系统110。粒子加速器102可以是例如回旋加速器，或者更具体地是等时性回旋加速器。粒子加速器102可包括加速腔103。加速腔103可以由外壳部分或粒子加速器的其它部分限定，且加速腔103在操作中具有真空状态。图1中所示的粒子加速器至少具有位于加速腔103中的子系统104,106,108和110的部分。
可在第2011/0255646号美国专利申请公开案中找到本文所描述的系统和/或粒子加速器的实例，所述公开案以全文引用的方式并入本文中。此外，在美国专利申请第12/492,200号，第12/435,903号，第12/435,949号；美国专利申请公报第2010/0283371A1号和美国专利申请第14/754,878号，第14/995,772号和第15/044,397号中也描述了可与本文所描述的实施例一起使用的系统和/或粒子加速器，所述每个申请以全文引用的方式并入本文中。
在粒子加速器102的使用期间，通过离子源系统104将带电粒子置于粒子加速器102的加速腔103内或注入其中。磁场系统108和电场系统106产生相应的场，所述场彼此配合产生带电粒子的粒子束112。带电粒子在加速腔103内被加速并沿预定或指定路径被引导。例如，在回旋加速器中，指定路径可以是螺旋形轨道。
磁场系统108可包括例如磁轭和电磁线圈。电场系统106可包括例如射频(RF)电极，其形成包括调谐到预定频率的电感性元件和电容性元件的谐振系统。电场系统106还可包括高频发电机(未示出)，其具有与一个或多个放大器通信的频率振荡器。由磁轭和电磁线圈生成的磁场可促进引导带电粒子。此类系统和/或粒子加速器在第14/754,878号,第14/995,772号和第15/044,397号美国专利申请中描述，这些申请以全文引用的方式并入本文中。
在图1中还示出系统100具有引出系统115和靶系统114，靶系统114包括原材料116。在一些实施例中，粒子加速器102和靶系统114可以包封或容置在单个系统外壳124内(由虚线指示)。然而，在其它实施例中，靶系统114可以与粒子加速器102分开。引出系统115可以位于螺旋形轨道的边缘处。引出系统115包括箔保持件130和旋转电动机132，旋转电动机132操作耦连到箔保持件130。箔保持件130图示为旋转装置或传送带，不过在其它实施例中可以使用其它箔保持件。箔保持件130保持一个或多个剥离箔134(在图1中示出多个剥离箔134)。旋转电动机132关于旋转轴线136选择性将箔保持件130移动到指定的旋转位置。例如，箔保持件130可被旋转，使得不同的剥离箔134入射在带电粒子上。旋转电动机132可以是例如机电电动机，其由在第12/977,208号美国申请中描述的压电元件驱动，该申请以全文引用的方式并入本文中。
如所示，靶系统114与粒子加速器102相邻定位。为了生成同位素，带电粒子由粒子加速器102引导以入射在引出系统115的剥离箔134上。对于一些实施例，当带电粒子(例如负氢离子)入射到剥离箔134上时，带电粒子的电子可以从带电粒子剥离，从而改变粒子的电荷。粒子接着可以沿束通道117引导进入靶系统114中，使得粒子束112入射到位于对应的靶位置120处的原材料116上。在替代性实施例中，系统100可以具有定位在加速腔103内或者直接附接到加速腔103的靶系统。
作为实例，系统100可以使用1H-技术，使带电粒子达到指定能量(例如8-20MeV)，束电流至少为10μA。将负氢离子加速且导引通过粒子加速器102并且进入引出系统115。负氢离子可接着击中引出系统115的剥离箔134，由此除去电子对且使粒子成为阳离子1H+。然而，注意本文中所描述的实施例可适用于其它类型的粒子加速器和回旋加速器。
一个或多个实施例可以允许使用较高的束电流。例如，在一些实施例中，束电流可以为至多1500μA或至多1000μA。在一些实施例中，束电流可以为至多500μA或至多250μA。在一些实施例中，束电流可以为至多125μA或至多100μA。在一些实施例中，束电流可以为至多75μA或至多50μA。实施例也可以使用较低的束电流。作为示例，束电流可在约大致10-30μA之间。
当粒子束112入射在剥离箔134上时，剥离箔134可能经历显著的温升。例如，剥离箔134可经历大约750K或者更高的温升。显著的温度变化可能引起剥离箔134的部分在尺寸上膨胀(或收缩)。
在图1中还示出，系统100可以具有多个靶位置120A-C，分开的原材料116A-C位于这些位置中。移位装置或系统(未示出)可用于使靶位置120A-C相对于粒子束112移位，使得粒子束112入射在不同原材料116上。也可在移位过程期间维持真空。或者，粒子加速器102和引出系统115可以不沿着仅一个路径引导粒子束112，而是可针对每个不同的靶位置120A-C沿着特有路径引导粒子束112。此外，束通道117从粒子加速器102到靶位置120可大体上是线性的，或另一选择为，束通道117可在沿道的一个或多个点处弯曲或转向。举例来说，在束通道117旁边定位的磁体可沿着不同路径重新引导粒子束112。
系统100产生放射性核素，其可用于医学成像、研究和治疗，且还用于无关医疗的其它应用，例如科学研究或分析。系统100可产生预定量或批量的同位素，例如用于医学成像或理疗中的个人剂量。当用于医疗用途时，例如在核医疗学(NM)成像或正电子发射断层扫描(PET)成像中，放射性同位素也可被称为同位素指示剂。作为示例，核素产生系统100可以从稀酸(例如硝酸)中的包含68Zn硝酸盐的靶液体生成68Ga同位素。核素产生系统100也可以配置成生成质子以制成液体形式的[18F]F-。原材料可以富集18O水以使用18O(p,n)18F核反应产生18F。在一些实施例中，核素产生系统100还可产生质子或氘核以便产生15O标记的水。可提供具有不同活性水平的同位素。13N可以通过16O(p,a)13N核反应对蒸馏水进行质子轰击而产生。作为又一示例，原材料可以是用于通过14N(p,a)11C反应产生11C的气体。
核素产生系统100还可包括控制系统118，其可由技术人员使用以控制各种系统和部件的操作。控制系统118可包括接近于或远离粒子加速器102和靶系统114定位的一个或多个用户接口。在一些实施例中，控制系统118可以接收关于剥离箔134的可操作性或适用性的数据。例如，控制系统118可以通知用户剥离箔134已经失效，新剥离箔134应当定位在带电粒子的路径内。此信息可以通过从剥离箔134检测电流来获得。在一些实施例中，控制系统118可以自动地使箔保持件130旋转，使得不同的剥离箔134定位在路径内。
虽然图1中未示出，但系统100还可包括用于粒子加速器102和靶系统114的一个或多个辐射屏蔽件和/或磁屏蔽件。系统100可包括冷却系统122，其将冷却流体或工作液体输送到不同系统的各种部件以便吸收由相应的部件产生的热。
核素产生系统100可将带电粒子加速到预定能级。例如，本文中描述的一些实施例将带电粒子加速到至多75MeV，至多50MeV或至多25MeV的能量。在特定实施例中，核素产生系统100将带电粒子加速到大约至多18MeV或至多16.5MeV的能量。在特定实施例中，核素产生系统100将带电粒子加速到大约至多9.6MeV的能量。在更多特定实施例中，核素产生系统100将带电粒子加速到至多7.8MeV的能量。然而，本文中描述的实施例也可以具有更高的束能量。例如，实施例可以具有高于100MeV，500MeV或更高的束能量。
系统100且更具体地粒子加速器102可包括在第12/977,208号美国申请中描述的特征，其以全文引用的方式并入本文中。
可以使用一个或多个过程制造剥离箔，包括支撑区段。支撑区段可包括例如硅材料。所述过程可以是增材或减材过程，其中，各层(或其部分)从工作衬底被相应地增加或减少。术语“工作衬底”用来描述在剥离箔的制造过程中制造的中间物体。术语“工作衬底”包括多个堆叠的衬底层，其中，至少一个衬底层被用来形成剥离箔。
下面描述制造剥离箔的不同方法。应当了解，制造剥离箔的一种方法的各个方面或步骤可以与另一方法的各方面或步骤结合。可以使用类似于例如用来制造集成电路、半导体和/或微机电系统(MEMS)的过程的一个或多个过程形成至少一层。例如，平版印刷术(例如光刻)是可以使用的一类技术或过程。
用于制造剥离箔的一个或多个工艺可包括从工作衬底去除材料的减材技术。除了平版印刷术之外，这些工艺包括(1)化学技术，例如干式化学蚀刻、活性离子蚀刻(RIE)、汽相蚀刻、化学加工(CM)、各向异性湿式化学蚀刻、湿式光刻；(2)电化学技术，例如电化学蚀刻(ECM)、电化学研磨(ECG)、光电化学蚀刻；(3)热技术，例如激光加工、电子束加工、电火花加工(EDM)；以及(4)机械技术，例如物理干式蚀刻、溅射蚀刻、离子铣削、水喷射加工(WJM)、磨料水喷射加工(AWJM)、磨料喷射加工(AJM)、研磨、在线电解修整(ELID)磨削、超声钻法、聚焦离子束(FIB)碾磨等等。上述列表不旨在是限制性的，可以使用其它减材技术或工艺。
用于制作剥离箔的一个或多个工艺可包括材料被增加到工作衬底的增材技术。这些工艺包括PVD、蒸发(例如热蒸发)、溅射、离子电镀、离子簇束沉积、脉冲激光沉积、激光消融沉积、分子束外延、化学汽相沉积(CVD)(例如等离子CVD、DC放电、射频(RF)CVD、微波CVD、火焰(燃烧)CVD或热丝CVD)、原子层沉积(ALD)、外延生长(例如液相外延生长、固相外延生长)、阳极化、热喷涂沉积、激光溅射沉积。上述列表不旨在是限制性的，可以使用其它增材技术或工艺。
在一些情况下，一个或多个工艺可提供具有识别工艺的物理特征的剥离箔。例如，可以使用扫描电子显微镜(SEM)或其它成像系统捕获剥离箔的放大图像，例如揭示剥离箔的横截面的切片部分。剥离箔的图像可以显示指示用来制造剥离箔的工艺的物理特征。因此，一个或多个设备权利要求(例如剥离箔)可以引用用来制造剥离箔的方法。这种引用针对由制造方法产生的物理(或结构)特征。
图2是引出系统150和靶系统152的侧视图。在图示的实施例中，引出系统150包括第一和第二引出单元156、158，每个引出单元包括箔保持件158和一个或多个剥离箔160(也称为剥离箔)。引出过程可基于剥离箔原理。更具体地，当带电粒子通过剥离箔160时，带电粒子的电子(例如加速的负离子)被剥离。粒子的电荷从正电荷变成负电荷，由此改变粒子在磁场中的轨迹。剥离箔160可定位成控制包括带正电的粒子的外部粒子束162的轨迹，并且可用来朝指定的靶位置164转向外部粒子束162。
在图示的实施例中，箔保持件158是能够保持一个或多个剥离箔160的可旋转圆盘传送带。然而，不要求箔保持件158是可旋转的。箔保持件158可沿轨道或导轨166被选择性地定位。引出系统150可以具有一个或多个引出模式。例如，引出系统150可配置为单束引出，其中，只有一个外部粒子束162被引导到出口168。在图2中，有六个出口168，列举为1-6。
引出系统150也可以配置用于双束引出，其中，两个外部束162被同时引导到两个出口168。在双束模式下，引出系统150可选择性定位引出单元156、158，使得每个引出单元拦截粒子束的一部分(例如上半部和下半部)。引出单元156、158配置成沿轨道166在不同位置之间移动。例如，可使用驱动电机沿轨道166选择性定位引出单元156、158。每个引出单元156、158具有覆盖一个或多个出口168的操作范围。例如，可将引出单元156分配到出口4、5和6，并且可将引出单元158分配到出口1、2和3。每个引出单元可用来将粒子束引导到分配的出口中。
箔保持件158可被绝缘，以允许进行剥离电子的电流测量。剥离箔160定位在束已经达到最终能量的束路径的半径处。在图示的实施例中，每个箔保持件158保持多个剥离箔160(例如六个箔)，并可围绕轴线170旋转，以使得将不同的剥离箔160定位在束路径内。
靶系统152包括多个靶组件172。示出了总共六个靶组件172，并且每一个对应于相应的出口168。当粒子束162已经通过选择的剥离箔160时，粒子束将通过相应的出口168进入相应的靶组件172中。粒子束进入对应靶体174的靶室(未示出)。靶室保持原材料(例如液体、气体或固体材料)，并且粒子束入射在靶室内的原材料上。粒子束可首先入射到靶体174内的一个或多个靶箔上，如下面更详细地所述。靶组件172被电绝缘，使得能够检测入射在原材料、靶体174和/或靶体174内的靶箔或其它箔上的粒子束的电流。
图3是可以用在粒子加速器中的引出装置200的透视图，粒子加速器例如核素产生系统100(图1)的粒子加速器102(图1)。引出装置200包括箔保持件202和多个剥离箔204。引出装置200还可包括保持件的盖210(未示出)。
在图示的实施例中，箔保持件202保持并定位六个(6)剥离箔204，使得来自粒子加速器的带电粒子(未示出)可以入射到对应的剥离箔204上。在其它实施例中，箔保持件202可以保持更少的剥离箔(例如只有一个剥离箔)或更多的剥离箔。剥离箔204可以基本上是矩形的适当材料的薄片，但在其它实施例中可以使用其它形状。例如，剥离箔204可以具有基本为圆形的外形。剥离箔204可以与根据方法300(图5中示出)形成的剥离箔相似或相同。
箔保持件202包括保持件主体205，保持件主体205具有多个定位槽206，定位槽206分别被制成保持剥离箔204中的一个的大小和形状。箔保持件202还可包括紧固件或其它部件，并且在一些实施例中包括剥离箔204。在一个或多个实施例中，定位槽206制成允许剥离箔204在定位槽206内自由地膨胀或收缩的尺寸。定位槽206可以由内部参考表面(下面描述)限定，内部参考表面保持剥离箔，同时还允许剥离箔204的边缘部分相对于参考平面移动。在这些实施例中，剥离箔在不剥离电子时经历的力可以基本上只是朝内部参考表面拉动剥离箔的重力。然而，在其它实施例中，剥离箔可以被物理压缩以更牢固地保持剥离箔。可以被物理压缩的剥离箔部分可以是如下面描述的支撑区段或支撑架。因此，在相对于剥离箔使用动词“保持”时，包括静置在定位槽内并允许膨胀/收缩的剥离箔，还包括在两个表面之间压缩剥离箔的一部分的五金件(例如螺钉)或工具(例如压紧装置)。
例如，保持件主体205可包括主体部分211-213，主体部分211-213包括第一板部分211和第二板部分213及设置在板部分211,213之间的中间部分212。在图示的实施例中，保持件主体205是单个连续的材料块。例如，板部分211,213和中间部分212可以由共同的材料块(例如石墨)模制和成形以包括本发明中描述的特征。然而，在替代性实施例中，板部分211,213或中间部分212的一个或多个可以与其它部分分开。例如，板部分211,213和中间部分212的每一个可以是固定到其它部件以形成保持件主体205的分开的部件。
在图示的实施例中，箔保持件202围绕旋转轴线208旋转到不同的指定旋转位置。因此，板部分211,213和中间部分212可以具有横向于旋转轴线208截取的基本上圆形的横截面。在一些实施例中，板部分211,213可以称作圆盘。然而，在其它实施例中，箔保持件202或主体部分211-213只有部分是圆形的(例如半圆形)。例如，不是具有圆形横截面并保持六个(6)剥离箔204，主体部分211-213可以具有只保持三个(3)或四个(4)剥离箔204的半圆形横截面。
保持件主体205包括束接收通道216，束接收通道216围绕旋转轴线208延伸。束接收通道216由板部分211,213和中间部分212限定。如所示，束接收通道216从旋转轴线208径向向外打开，使得束接收通道216是侧面打开的。束接收通道216由外部通道表面218限定。外部通道表面218沿板部分211,213和中间部分212延伸。如图2中所示，定位槽206形成于通道表面218内。
在图示的实施例中，通道表面218是单个连续表面，其从板部分211的径向边缘214沿中间部分212延伸到板部分213的径向边缘215。然而，对于主体部分211-213是分开部件的实施例，通道表面218可以共同由部件的分开的表面形成。因此，术语“通道表面”可以描述限定束接收通道216的单个连续表面或者共同限定束接收通道216的多个表面。
如图2中所示，板部分211可包括多个细长的槽开口222。槽开口222提供相应定位槽206的进入。例如，如图2中所示，可以使用工具224(例如钳子)将剥离箔204通过槽开口222插入到相应的定位槽206中。当剥离箔204通过定位槽206前进时，剥离箔204穿过束接收通道216前进。在剥离箔204已经插入到定位槽206中之后，剥离箔204横越束接收通道216设置，使得剥离箔204分离或划分束接收通道216。一旦所需数目的剥离箔204已经定位在保持件主体205内，保持件的盖(未示出)可安装到板部分211，从而覆盖槽开口222，使得剥离箔204局限在定位槽206内。
图4图示了可以由本发明中描述的实施例使用的示范性剥离箔204。在图4中，出于示意目的，剥离箔204的尺寸已经被修改。不过，要认识到，实施例可以被选择性配置成使用具有预定尺寸的剥离箔或者使用各种类型的剥离箔。如所示，剥离箔204包括相对的侧表面230,232和在相对的侧表面230,232之间延伸的箔边缘233-236。在图4中，侧表面230,232显示为基本上是平面的，箔边缘233-236显示为基本上是线性的。然而，要认识到，当施加外力时，剥离箔可以容易地屈服(例如弯曲)，且可以成形为具有各种轮廓。箔边缘233-236沿着剥离箔204的周界延伸，且在剥离箔204基本上为平面时可限定剥离箔204的外形。图4中的外形基本上是矩形的，但在其它实施方式中，剥离箔204可以具有其它外形。
如所示，剥离箔204包括围绕剥离箔204的周界延伸的边缘部分238。在图4中，边缘部分238限定于虚线和和箔边缘233-236之间。边缘部分238包括箔边缘233-236及还有侧表面230,232的一部分。边缘部分238可包括至少一个覆盖段和至少一个暴露段。例如，边缘部分238包括覆盖段243-245，覆盖段243-245分别沿箔边缘233-235延伸并包括箔边缘233-235。覆盖段243-245可以共同形成C形状。边缘部分238还包括暴露段246，暴露段246沿着箔边缘236的至少一部分延伸并包括箔边缘236的至少一部分。
在图示的实施例中，边缘部分238围绕剥离箔204的主体部分242。当剥离箔204由对应的定位槽206(图3)保持时，主体部分242和边缘部分238的暴露段246暴露。例如，主体部分242和暴露段246并不由保持件主体205(图3)覆盖，并且能够直接接收带电粒子(未示出)。在图4中还示出，剥离箔204可以具有在侧表面230,232之间延伸的高度或厚度253。
图5是图示根据实施例的方法300的流程图。在一些实施例中，方法300是制作或至少部分地制作从带电粒子束去除电子的剥离箔的方法。剥离箔可以用在系统100(图1)中。在各种实施例中，可省略或添加某些步骤，可组合某些步骤，可同时执行某些步骤，可并行执行某些步骤，可将某些步骤拆分成多个步骤，可以不同次序执行某些步骤，或可以重复方式反复执行某些步骤或步骤系列。
参考图6-9描述方法300。参考图5和图6，方法300包括在302处，提供衬底层400。衬底层400可以是例如硅片。衬底层400可包括一个或多个子层。方法300还包括在304处，沿衬底层400的暴露面404沉积背衬层402。背衬层402包括合成金刚石，或者换言之非自然形成的金刚石。合成金刚石可以具有sp3杂化构造或结构。
可以用来沉积背衬层402的工艺包括CVD(例如热CVD、原子层沉积、等离子体CVD、DC放电、射频(RF)CVD、微波CVD、灯丝(燃烧)CVD或热丝CVD或上面的组合)。CVD工艺涉及汽相内部的化学反应及沉积到衬底层上。可选择各种参数以调整工艺，例如等离子体放电功率(如果适用)、反应气体的成分、衬底的成分、衬底的温度、衬底的电偏置、灯丝的温度(如果适用)、反应气体的流速和/或系统的压力。反应气体包括含碳气体种类及其它气体。可以使用的反应气体包括氢气、氧气、甲烷、二氧化碳、氩气和氮气。沉积可以是热辅助的(例如热丝或热电弧)或微波等离子体辅助的。
方法300还包括在306处，沿背衬层402的暴露面408沉积传导层406(例如石墨层)，使得背衬层402设置在衬底层400和传导层406之间。对于包括多个传导层的实施例，传导层406可以称作第一传导层。
在306处，沉积可使用与在304处的沉积工艺相同的沉积工艺。例如，可以使用CVD，例如微波CVD、热丝CVD和电弧放电CVD沉积传导层406。不过，可以使用其它增材工艺沉积传导层406，例如蒸发或溅射。在一些实施例中，合成金刚石是多晶金刚石(例如sp3杂化)，传导层包括导电碳层。传导层有足够的传导性，以提供接地路径，从而提高剥离箔的使用寿命。导电碳层可包括例如石墨、石墨烯、无定形碳或类金刚石碳(DLC)。导电碳层可以是掺杂的。例如，碳层可以用硼掺杂，以提高例如机械强度之类的机械特性或潜在的应力降低。在特定的实施例中，导电碳层是石墨。
传导层和背衬层可以使用过渡层连接。在这些实施例中，中间过渡层可以提高传导层到背衬层的粘接。
背衬层402和传导层406形成剥离片410，剥离片410从通过剥离片410的带电粒子束剥离电子。如图6中所示，背衬层402具有厚度412，传导层406具有厚度414。传导层406的厚度414可以大约等于或小于背衬层402的厚度412。例如，传导层406的厚度414可以为至多2000纳米(nm)，不过更厚的传导层406也是可行的。在特定的实施例中，厚度414在1nm到1000nm之间。在更特定的实施例中，厚度414在1nm到500nm之间或者1nm到300nm之间。考虑了更薄的传导层406，例如500nm或者更小的传导层可使得剥离箔经历的临界应力更小。然而，实施例可以具有比500nm更厚的传导层。
背衬层402的厚度412可以为例如至少0.5微米(或500nm)、至少1微米、至少2微米或至少3微米。在一些实施例中，背衬层402的厚度412可以为至少5微米或者至少10微米。在特定的实施例中，厚度412可以为至多50微米。厚度412的范围可以在0.5微米到20微米之间。厚度412的更特定的范围可以在0.5微米到10微米之间。
方法300还包括在308处，去除衬底层400的至少一部分。可通过蚀刻或使用另一减材工艺去除衬底层400。可选地，可以完全去除衬底层400，形成剥离箔418。替代性地，只去除衬底层400的牺牲部分，形成剥离箔420。衬底层400的剩余部分422可以形成支撑架424。剥离片410和支撑架424限定剥离箔420。在一些实施例中，支撑架424还可以称作支撑区段。
支撑架424可以具有指定的图案或形状。例如，剥离片410具有由背衬层402和传导层406形成的外边缘430。支撑架424可以被图案化，使得支撑架424沿着外边缘430延伸。例如，支撑架424可以与外边缘430齐平(如图6中示出)或者与外边缘430紧邻，使得剥离片410的一小部分清除支撑架424。剥离片410和支撑架424共同限定剥离箔420的箔边缘432。支撑架424可以提高剥离箔420的机械特性。
在示例性实施例中，传导层可以在背衬层之前形成。例如，石墨层可以沉积到底部衬底上，金刚石层可以沉积到石墨层上。如上面描述的，底部衬底随后可以被去除(完全去除，或者部分地去除以形成支撑区段)。可选地，可以在其之间沉积中间层。例如，可以使用金属层(例如钛或铂)提高粘合。随后，金刚石层可以沉积到中间层上。可以使用常用的CVD设备连续制作中间层和金刚石层。
图7图示方法300的另一可选阶段。在308处去除衬底层400的至少一部分之前或者之后，方法300可包括在310处沿传导层406的暴露面436沉积牺牲层434。可以选择具有这样的热膨胀系数的牺牲层或者剥离箔的其它层，使得剥离箔经历的由剥离箔的加热和冷却引起的周期应力较小。所选择的其它参数可包括传导层的厚度或二维外形。也可以选择支撑区段的设计以提高剥离箔的寿命。牺牲层434可以是例如热膨胀系数近似等于背衬层402的材料和/或传导层406的材料的热膨胀系数的材料。作为一个实例，牺牲层434可包括氮化硼(BN)。
返回图7，如果衬底层400仍存在，则在308处，可以去除衬底层400。在312处，可以沿背衬层402的暴露面440沉积另一传导层438。另一传导层438(或第二传导层438)可包括与传导层406相同的材料或不同的材料。
可选地，在314处，可以完全去除牺牲层434，以形成在相对面上具有传导层406,438且背衬层402设置在其间的剥离箔442。
在传导层406,438之间具有设置的背衬层402的实施例可能经历对称的内部应力。更具体讲，由于热能的增大，背衬层402和传导层406,438膨胀，背衬层402和传导层406之间的界面460可能经历由膨胀的两层引起的内部应力。同样，背衬层402和传导层438之间的界面462可能经历由膨胀的两层引起的内部应力。对于存在两个界面460,462的实施例，沿界面460的内部应力可抵制由沿界面462的内部应力引起的剥离箔的变形，反之亦然。相比只具有一个传导层的实施例，这些实施例可以具有更长的寿命，和/或相比只具有一个传导层的实施例，这些实施例可具有更一致的性能。
替代性地，如图8中所示，在316处，可以只部分地去除牺牲层434以形成剥离箔444。例如，可以通过光刻或蚀刻去除牺牲层。牺牲层434的剩余部分446可以形成剥离箔444的支撑架448。
图9图示方法300的另一可选阶段。在316处部分去除牺牲层434之后，方法300可包括在318处沿传导层438的暴露面452沉积另一牺牲层450(或第二牺牲层)。在320处，可以部分地去除另一牺牲层450以形成剥离箔454。如图9中所示，剥离箔454包括在剥离箔454的相对面上的支撑架448和支撑架456。在传导层406,438和支撑架448,456之间设置的背衬层402的实施例还可能经历如上面描述的对称内部应力。
图15是根据实施例形成的剥离箔600的侧视图。如所示，剥离箔600包括多个背衬层601,602、传导层603,604,605和支撑区段606,607。可选地，剥离箔600包括中间层608,609,610,611,612和613。例如，可以使用方法300(图3)制作剥离箔600。例如，如图6-9中所示，各层可以沉积在另一层上。中间层可包括例如碳化物(例如立方碳化硅(β-SiC))、无定形SiO2或钛，且使用如上面陈述的类似技术例如CVD施加。
可选的中间层608-613可以提供具有指定特性的剥离箔600。例如，一个或多个中间层608-611可以提高剥离箔600的结构完整性和/或提高剥离箔600的操作寿命。
在一些实施例中，一个或多个中间层608-611可以改进中间层的相对面上的两层之间的粘合。例如，与不包括中间层608的构造相比，中间层608可以提高背衬层601和传导层603之间的粘合。
在特定实施例中，一个或多个中间层608-613是过渡层，其中，施加背衬层和/或传导层的设备(例如CVD系统)还施加中间层。在各层的沉积期间，用于沉积材料的一个或多个参数可以被逐渐地改变，使得由相同设备连续地施加不同的层。如本发明中所使用，术语“逐渐改变”可包括参数的突然改变或参数的连续改变。作为一个实例，突然改变可包括以指定的压力沉积材料并持续某时间段，接着以不同的指定压力沉积材料并持续随后的时间段。突然改变还可包括改变气体成分，使得在不同的时段气体成分是不同的。用于背衬层601的沉积过程可以是第一组参数，用于中间层608的沉积过程可以是不同的第二组参数，用于传导层603的沉积过程可以是不同的第三组参数。
连续变化可包括在某时段内将参数从一个值增大(或减小)到另一值。增大或减少可以是恒定速率或者是非线性速率。
在替代性实施例中，背衬层的暴露表面可以在沿表面沉积传导层之前以物理方式或化学方式被处理。处理后的表面可以使得沿表面沉积材料时，中间层形成。在替代性实施例中，可使用不同类型的沉积过程沉积中间层602。
如图15中所示，剥离箔可包括插入(或交织)背衬层、传导层和(可选的)中间层。在特定的实施例中，相同设备可提供每个层。例如，用于背衬层601的沉积过程可以是第一组参数，用于中间层608的沉积过程可以是不同的第二组参数，用于传导层603的沉积过程可以是不同的第三组参数。用于中间层610的沉积过程可以是第二组参数，用于背衬层602的沉积过程可以是第一组参数，以此类推。
在上面的实例中，背衬层在传导层之前提供。还考虑了传导层可以在背衬层之前提供。例如，石墨层可以沉积在底部衬底上。金刚石层接着可以沉积到石墨层上。可选地，中间层可以在施加金刚石层之前提供到石墨层上。
在其它实施例中，剥离箔可包括堆叠在一起形成剥离箔的离散部分。例如，层601,609,604,612和607可以构成第一箔部分，层608,603,610,602,611,605,613和606可以构成第二箔部分。第一箔部分和第二箔部分可以在操作过程中夹在一起。
图10-14分别图示剥离箔501,502,503,504和505的平面视图。剥离箔501-505的每一个限定窗口506和支撑区段或支撑架508。窗口506代表带电粒子通过的剥离箔的一部分，使得带电粒子的电子可以被剥离。窗口506是剥离片的一部分，例如剥离片410(图6)，其包括背衬层和至少一个传导层。窗口506具有可以至少部分地由支撑架508限定的指定形状。例如，剥离箔501-504具有矩形形状的窗口。而剥离箔505具有圆形形状的窗口。应当了解，支撑架可以被图案化为形成各种预定形状。
图16是沉积设备700的示意图。在特定的实施例中，沉积设备700是微波等离子体CVD设备或系统，其在衬底层710上沉积一个或多个层。沉积的层可包括本发明中描述的背衬层、传导层和中间层。在特定的实施例中，通过调节沉积设备700的操作参数，沉积设备700可以沉积连续层。如所示的，沉积设备700包括用于反应气体的一个或多个容器702和设置在容器702和沉积发生所在的腔之间的一个或多个流速控制器703。沉积设备700还包括微波发生器704和波导705。然而，应当了解，可以使用其它沉积设备。
在特定的实施例中，粒子加速器和回旋加速器的大小、形状被制成并用在医院或其它类似背景中以产生用于医学成像的放射性核素。然而，本发明中描述的实施例不旨在局限于生成用于医学使用的放射性同位素。而且，在图示的实施例中，粒子加速器是竖直定向的等时性回旋加速器。然而，替代性实施例可包括其它种类的回旋加速器或粒子加速器和其它定向(例如水平)。
应了解，以上描述希望为说明性而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可相互组合使用。例如，上述实施例(和/或其方面)可相互组合使用。另外，可作出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导而不脱离其范围。虽然本文中描述的材料的尺寸和类型意图界定本发明的参数，但这些描述决不是限制性的，而只是示范性实施例。本领域的技术人员在查阅以上描述后将会明白许多其它实施例。因此，本发明的范围应参考所附权利要求书以及此类权利要求被赋予的等效物的完整范围而确定。在所附权利要求中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的纯英语等效物。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，且并不希望对其对象强加数值要求。此外，以下权利要求书的限制并不以构件加功能格式书写，且并不希望基于35U.S.C.§112第六段落来解释，除非此权利要求限制明确地使用短语“用于……的构件(means for)”之后为功能陈述而没有另外的结构。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，且可以包括所属领域的技术人员所想到的其它示例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种粒子加速器，其中：
所述粒子加速器产生并沿着指定路径引导带电粒子的粒子束；以及
所述粒子加速器包括引出装置，所述引出装置包括剥离箔和保持所述剥离箔的箔保持件，所述箔保持件将所述剥离箔定位在粒子束的指定路径上，使得粒子束入射到其上，所述剥离箔从所述带电粒子去除电子，其中，所述剥离箔包括相对于彼此堆叠的背衬层和传导层，所述背衬层包括合成金刚石。
2.根据权利要求1所述的粒子加速器，其中，所述传导层沿所述合成金刚石直接沉积，或者直接沉积在所述传导层和所述合成金刚石之间的中间层上。
3.根据权利要求2所述的粒子加速器，其中，所述合成金刚石是多晶金刚石(sp3-杂化)，所述传导层包括导电碳层。
4.根据权利要求2所述的粒子加速器，其中，所述传导层包括石墨、石墨烯、无定型碳或类金刚石碳(DLC)的至少一个。
5.根据权利要求1所述的粒子加速器，其中，所述剥离箔具有外边缘，且还包括沿所述外边缘的至少一部分延伸的支撑区段，所述支撑区段直接形成在所述传导层上或者直接形成在所述支撑区段和所述传导层之间的中间层上，所述支撑区段允许带电粒子通过所述传导层和所述背衬层。
6.根据权利要求1所述的粒子加速器，其中，所述剥离箔还包括位于所述背衬层和所述传导层之间的中间层，所述中间层增大所述背衬层和所述传导层之间的粘合。
7.根据权利要求1所述的粒子加速器，其中，所述传导层是第一传导层，所述剥离箔还包括第二传导层，其中，所述背衬层设置在所述第一传导层和第二传导层之间。
8.一种剥离箔，其包括：
传导层；以及
相对于所述传导层堆叠的背衬层，所述背衬层包括合成金刚石，所述传导层和所述背衬层形成剥离片，所述剥离片从通过所述剥离片的带电粒子剥离电子。
9.根据权利要求8所述的剥离箔，其中，所述剥离片具有由所述传导层和所述背衬层形成的外边缘，所述剥离箔还包括沿所述外边缘的至少一部分延伸的支撑区段，所述支撑区段只覆盖所述剥离片的一部分，从而允许带电粒子通过所述传导层和所述背衬层。
10.根据权利要求8所述的剥离箔，其中，所述传导层直接沉积在所述合成金刚石上或者直接沉积在所述传导层和所述合成金刚石之间的中间层上。
11.根据权利要求8所述的剥离箔，其中，所述传导层具有至多2000纳米的厚度，所述背衬层具有至多50微米的厚度。
12.根据权利要求8所述的剥离箔，其中，所述传导层包括导电碳层。
13.根据权利要求8所述的剥离箔，还包括位于所述背衬层和所述传导层之间的中间层，所述中间层增大所述背衬层和所述传导层之间的粘合，其中，所述中间层和所述传导层是能够由相同的沉积设备连续沉积的碳层。
14.根据权利要求8所述的剥离箔，其中，所述传导层是第一传导层，所述剥离片还包括第二传导层，其中，所述背衬层设置在所述第一传导层和第二传导层之间。
15.一种方法，其包括：
提供衬底层；
沿所述衬底层的暴露面沉积第一层；
沿所述第一层的暴露面沉积第二层，使得所述第一层设置在所述衬底层和所述第二层之间，其中，所述第一层或所述第二层中的一个是背衬层，另一个是传导层，所述第一层和所述第二层形成剥离片，所述剥离片从通过所述剥离片的带电粒子剥离电子；以及
去除所述衬底层的至少一部分。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，沉积所述第一层和沉积所述第二层使用相同的化学汽相沉积(CVD)设备，其中，对于所述第一层和所述第二层一个或多个操作参数是不同的。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，沉积所述第一层和沉积所述第二层使用相同的化学汽相沉积(CVD)设备，其中，在沉积所述第一层和沉积所述第二层之间一个或多个操作参数逐渐变化。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述操作参数包括以下的至少一个：等离子体放电功率、反应气体的成分、所述衬底层的成分、所述衬底层的温度、所述衬底层的电偏置、灯丝的温度、反应气体的流速或系统压力。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述剥离片具有外边缘，所述方法还包括提供沿所述外边缘的至少一部分延伸的支撑区段，所述支撑区段只覆盖所述剥离片的一部分，从而允许带电粒子从其通过。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括沉积中间层，所述中间层在所述第一层和所述第二层之间，并增大所述第一层和所述第二层之间的粘合。
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