具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序或是制造方法上的顺序，这些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把他们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把他们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的代替特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

为解决现有技术中，如何在低成本、短周期且重离子质量和能量不受限制的情况下，得到亚微米的微束的技术问题，本公开提供了一种重离子微束辐照装置、系统及控制方法。

如图1、图2和图6所示，本公开的一个方面提供了一种重离子微束辐照装置，其中包括调节平台100，调节平台100沿重离子束流的入射路径E设置，其中，调节平台100包括针孔架110，针孔架110沿入射路径E设置于调节平台100上，针孔架110的针孔的针孔轴线s0与入射路径E共轴平行，以形成高质量微束；其中，调节平台100用于控制针孔架110的位置，使针孔轴线s0与入射路径E共轴平行。

调节平台100为一架体构造，整体固定于平面上，但可以实现针孔架110相对平面在特定空间范围中任意位置的自由移动，具有至少五维自由度的调节功能，能够实现对设置的针孔架110的五维自动调节，借此带动针孔架110上设置的针孔101的位置发生在特定空间范围中任意位置的改变，使得针孔轴线s0与入射路径E共轴平行。此时，针孔101能够实现对束流束径的最佳限制作用，降低对束流质量和能量的影响。其中，入射路径E为重离子束流的辐照方向，E可以说明束流具有特定能量。

针孔架110可以为一板状结构，中间位置可以设置或形成针孔101。针孔101可以是针孔架110的针孔配件的开孔，不同针孔配件的针孔101的直径尺寸可以不同，依次可以实现对不同尺寸的针孔101的替换。针孔架110具有一厚度尺寸h，用于针孔101的形成支撑。针孔101也可以直接在针孔架110的板状结构上穿设形成，在此不作限制。

通过调节平台100的控制，实现针孔轴线s0与重离子束流的入射路径E共轴平行，使得针孔架110的针孔101实现了对束径的限制，对重离子质量和能量的影响较小，得到了亚微米级高质量微束，成本低、周期短，同时还实现了高质量微束的精准控制，控制操作更加智能，自动化程度更高。

如图1和图2所示，根据本公开的实施例，针孔101的孔壁材料为金属，针孔101在垂直于入射路径E上的孔径为1μm-3μm，针孔101在入射路径E上的长度为100μm-300μm。

针孔101为从外观上穿设针孔架110的板状结构的一开孔。针孔101的孔壁为金属材料，例如金、银、铜以及铁等，以借助金属材料实现对束流的限制作用。其中，若针孔101为直接穿设针孔架110形成的开孔时，针孔架110围绕针孔101的位置材料应当为金属。若针孔101为针孔配件的开孔，则针孔配件为金属配件。

针孔101的孔径为r，其中，1μm≤r≤3μm，以对束流进行限制，实现亚微米级高质量微束的形成。针孔101在入射路径E上的长度可以等于针孔架110的厚度h，100μm≤h≤300μm，以避免长度过长对束流的质量和能量造成影响，同时也可以保证对束流的限制。

如图2所示，根据本公开的实施例，调节平台100包括横向轨件120、纵向轨件130和垂向轨件140，横向轨件120平行入射路径E固定设置，用于固定调节平台100；纵向轨件130在俯视角度上，垂直入射路径E滑动设置于横向轨件120上，用于沿横向轨件120作相对滑动；垂向轨件140在入射束流的角度上，垂直入射路径E滑动设置于纵向轨件130上，用于沿纵向轨件130作相对滑动；其中，垂向轨件140、纵向轨件130和横向轨件120具有两两相互垂直的关系。针孔架110滑动设置于垂向轨件140上。

横向轨件120固定在平面上，为一长方体状的条形轨结构；纵向轨件130滑动设置在横向轨件120的内侧面上，与横向轨件120的结构形状可以相同，使得其可以沿横向轨件120的延伸方向作横向移动。垂向轨件140滑动设置在纵向轨件130的内侧面上，使得其可以沿纵向轨件130的延伸方向作纵向移动。因此，当针孔架110滑动设置于所述垂向轨件140上时，借助于垂向轨件140、纵向轨件130和横向轨件120，可以实现针孔架110在空间中三维自由度的位置调整。

在本公开的实施例中，A与B之间滑动设置可以理解为A具有滑动件，B具有限位该滑动件的滑轨，使得滑动件沿滑轨滑动而不会脱离滑轨，以此可以实现A相对B的滑动，反之亦然。此外，需要说明的是，内侧面为调节平台100各个组成结构中朝向针孔架110一侧的侧表面，外侧面为对应背向针孔架110一侧的侧表面。

如图2所示，根据本公开的实施例，调节平台100还包括垂向轴台150和纵向轴台160，垂向轴台150外侧面滑动设置于纵向轨件130上，垂向轴台150内侧面固定设置垂向轨件140，以使得垂向轨件140沿纵向轨件130作相对滑动；纵向轴台160外侧面滑动设置于垂向轨件140上，纵向轴台160内侧面固定设置针孔架110，以使得针孔架110沿垂向轨件140作相对滑动。

通过垂向轴台150与纵向轨件130的滑动连接，且与垂向轨件140的固定设置，可以实现垂向轨件140滑动设置于纵向轨件130上。其中垂向轨件140为“L”型的条形状结构，垂向轨件140的底部固定垂向轴台150的内侧面上，使得垂向轨件140带动针孔架实现相对垂向轴台150的轴线进行旋转。

通过纵向轴台160与垂向轨件140的滑动连接，且与针孔架110的固定设置，可以实现针孔架110滑动设置于垂向轨件130上。其中，纵向轴台160在沿垂向轨件140作上下的相对滑动时，带动针孔架110作上下移动。

如图2和图6所示，根据本公开的实施例，垂向轴台150以垂直于纵向轨件130内侧面的垂向轴心线s1为转轴进行转动，以使得垂向轨件140在纵向轨件130上转动；纵向轴台160以垂直于垂向轨件140内侧面的纵向轴心线s2为转轴进行转动，以使得针孔架110在垂向轨件140上转动。

因此，借助于横向轨件120、纵向轨件130、垂向轴台150、垂向轨件140和纵向轴台160，能够实现针孔架110的针孔101相对平面在特定空间范围中任意位置的自由移动，具有至少五维自由度的坐标调节效果。同时，借助该调节平台100的各个组成结构，更易于实现针孔101精准调节的自动化和智能化。

如图2和图6所示，根据本公开的实施例，垂向轴心线s1、纵向轴心线s2的交点与重离子束流的入射路径E与针孔轴线s0的交点重合。因此，借助于垂向轴心线s1、纵向轴心线s2的交点作为固定位置参考坐标点，可以避免对重离子束流的入射路径E与针孔轴线s0的交点的校对工作，进一步节约了坐标位置的调节时间，更便于操作，在保证了调节精准度的情况下，进一步提高了针孔101的位置调节效率。

具体地，在实际应用中，可以先将具有针孔101的针孔配件放置在针孔架110上，调节针孔101位置，使针孔101处于垂向轴心线s1、纵向轴心线s2的交点处；然后控制调节平台100的横向轨件120、纵向轨件130和垂向轨件140的平移或竖移，实现针孔架110的位置初步调节，使针孔101位置处于束流线上，最后进行垂向轴台150和纵向轴台160的各自微角度旋转，可以实现针孔101的针孔轴线s0的角度微调，保证针孔101的针孔轴线s0与离子束流入射路径E方向共轴平行。其中，共轴平行可以理解为针孔轴线s0与入射路径E平行，同时共轴，实际为两线重合，不发生交叉。

因此，如图1、图2和图6所示，针孔101设置在针孔架110上，针孔架110固定在纵向轴台160上，纵向轴台可沿纵向轴心线s2旋转，垂向轨件140呈L形，纵向轴台160可以沿竖直方向在垂向轨件140上进行上下移动，垂向轨件140与垂向轴台150固定连接，垂向轴台150可以沿着垂向轴心线s1旋转，垂向轴台150可以在纵向轨件130上沿着水平方向左右移动，纵向轨件130可以在横向轨件120上沿着水平方向前后移动，借此，本公开实施例的调节平台100可以实现五维自由度的位置调节。

如图3和图6所示，根据本公开的实施例，重离子微束辐照装置还包括准直平台200，准直平台200沿入射路径E固定设置于调节平台100之前，用于为重离子束流进行预准直处理。

准直平台200为固定于平面上的条状结构，形状结构可以与垂向轨件140相同。准直平台200的底部可以实现固定作用，主体220可以作为固定架，用于固定下述的准直架210。

如图3和图6所示，根据本公开的实施例，准直平台包括准直架210，准直架210沿入射路径E设置于准直平台200上，准直架200的预准直孔201用于对沿入射路径E入射的重离子束流进行预准直处理。

经过预准直孔201的预准直处理之后，重离子束流的束径被初步限制，并直接沿入射路径E朝向调节平台100的针孔架110的方向入射。

如图4A和图6所示，根据本公开的实施例，重离子微束辐照装置还包括样品平台300，样品平台300沿入射路径E固定设置于调节平台100之后，用于接收高质量微束。

经过调节平台100的针孔101的限制之后，离子束流被限制形成亚微米级的高质量微束，高质量微束可以直接沿入射路径E入射至样品平台300的下述样品架310上，对设置于样品架310上的样品进行辐照，以完成微束辐照。

样品平台300为固定于平面上的条状结构，形状结构可以与准直平台200相同。样品平台300的底部可以实现固定作用，主体320可以作为固定架，用于固定下述的样品架310。其中，样品架310还可以在主体320上作上下滑动设置，而非固定设置。

如图4A和图6所示，根据本公开的实施例，样品平台300包括样品架310，样品架310沿入射路径E设置于样品平台300上，样品架300的内侧面上设置待测样品，待测样品用于接收高质量微束的辐照。

其中，样品架300上对应入射路径E的位置设置有样品设置位301，用于设置样品。

因此，如图2、3图4A和图6所示，该装置被整体应用于微束靶室，加速器产生的离子束流首先经过准直平台200上的预准直孔201，通过预准直孔201形成毫米量级的重离子小束斑，通过调节平台100的针孔101使小束斑进一步缩小成微米量级的束斑，然后进一步通过调节平台100的五维自由度可使针孔101的针孔轴线s0与束流入射路径严格共轴平行，将针孔101边缘的散射成分降到最低，使透过的微米量级束斑品质最好，可以达到亚微米量级的高质量束斑。业微米量级束斑打在样品平台300的待辐照样品上，从而实现微米量级小束斑辐照效应测试的目的。其中，通过调节样品平台300也可以控制待辐照样品在垂直于束流线入射路径E的平面上移动。

如图4B所示，根据本公开的实施例，样品平台还包括探测器330，探测器330沿入射路径E滑动设置于样品平台300上，以沿样品平台300滑动，并在探测器300探测到重离子束流时，用于探测重离子束流的低能散射能谱分析数据，低能散射能谱分析数据用于控制实现针孔架110的针孔轴线s0与入射路径E共轴平行，以形成高质量微束。

探测器330可以是Au/Si面垒探测器，主要应用于重离子束流的探测并可确定该束流的质量。具体地，在调节平台100的实现针孔101角度调节过程的同时，用Au/Si面垒探测器在针孔101后探测离子束能谱，通过比较能谱的低能散射成分的权重可以获得最佳的针孔101的位置角度，解决针孔101的针孔轴线s0与束流入射路径E的共轴平行特性。因此，如图4B所示，探测器330还可以相对于样品架310滑动设置于样品平台300的主体320上，并沿主体320相对样品架作上下移动。

基于探测器330的针孔101的调节过程如下：调节针孔101在纵向轴心线s2方向的角度，通过对针孔101后设置的Au/Si面垒探测器330能谱进行分析，分析判断条件为低能散射成分越少，能谱分析效果越好，可以判断出针孔101沿纵向轴心线s2方向的角度越合适。然后，固定纵向轴心线s2的最佳角度，调节针孔101在垂向轴心线s1方向的角度，同样可以判断出针孔101沿垂向轴心线s1方向的最佳角度。据此，可以测得Au/Si面垒探测器能谱图，如图5所示，为针孔101某角度下的能谱图，可见，对应全能量的峰位418道，半高全宽度7道。全谱总计数552。由0.90全能量的峰位(376道)以上的计数为488，与总计数的比值为0.88；由0.95全能量的峰位(397道)以上的计数为480，与总计数的比值为0.87。因此，由针孔101引起的低能散射成分小于12％时，可以初步判断此角度下针孔101与束流入射路径E之间的共轴平行特性较好。

因此，通过调节平台100的控制，实现针孔轴线s0与重离子束流的入射路径E共轴平行，为微束成像提供高品质束流。

如图7所示，根据本公开的实施例，重离子微束辐照装置还包括真空室400，真空室400容置调节平台100，为高质量微束的形成提供真空密封环境。

在实际应用中，把准直平台200、调节平台100和样品平台300均置于真空室400内，真空室400为一真空靶室，具有密封真空的暗室环境。准直平台200、调节平台100和样品平台300等的信号和电源通过靶室壁的真空法兰引入或输出实现外接对装置的控制。

如图8所示，本公开的另一方面提供了一种重离子微束辐照系统，其中包括上述的装置和控制器500；控制器500与装置相连通，用于控制装置的调节平台100，实现调节平台100的针孔架110的针孔轴线s0与重离子束流的入射路径E共轴平行。

控制器500为一控制驱动器，设置于真空室400之外并与真空室400具有相连关系。其中包括电连接和物理连接。调节平台100主要是通过配套的控制驱动器来控制。如图8所示，准直平台200、调节平台100和样品平台300的电信号和电源通过靶室壁的真空法兰引入或输出到控制器500。控制器500可以对调节平台移动的步数、速度、方向(正负)和回零等进行设置。

如图3、图6和图8所示，根据本公开的实施例，重离子微束辐照系统还包括加速器，对应于装置的准直平台200的准直架210的预准直孔201设置，用于产生重离子束流。

加速器的加速管610可以直接对接到真空室400上的束流法兰上，该束流法兰的中心线与预准直孔201的中心线尽可能保持重合。因此，可以使得加速管610出射的重离子束流直接入射到预准直孔201上。

如图8所示，根据本公开的实施例，重离子微束辐照系统还包括电子设备700，电子设备700与装置、控制器500和加速器分别连接，用于向装置、控制器500和加速器分别发送控制指令，同时接收装置、控制器500和加速器的反馈数据并进行信息显示。

通过靶室外电子设备700与控制驱动器500的连接最终实现电子设备700对调节平台100的控制。另外，控制器500可以提供RS232串口等连接端口与电子设备电连接，进而通过电子设备700实现对调节平台100的自由控制。本公开实施例的系统通过真空保持60小时运行，即该调节平台100可适用于真空系统，并且移动精度达到1.25μm。

如图9所示，本公开的另一方面提供了一种上述的重离子微束辐照系统的控制方法，其中包括步骤S901-S903。

在步骤S901中，响应于重离子束流的产生，探测重离子束流；

在步骤S902中，基于上述探测，获取重离子束流相应的低能散射能谱分析数据；

在步骤S903中，根据低能散射能谱分析数据，控制调节平台的针孔架的针孔轴线与重离子束流的入射路径共轴平行，以形成高质量微束。

具体可以结合上述装置和系统的介绍，实现上述的控制方法，此处不再赘述。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。

虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本公开的限制。

虽然本公开总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体公开构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

其他实施例，例如元件的已知构件有不同的设置与排列等，亦可能可以应用，系视应用时的实际需求与条件而可作适当的调整或变化。因此，说明书与图式中所示的结构仅作说明的用，并非用以限制本公开欲保护的范围。另外，相关技艺者当知，实施例中构成部件的形状和位置亦并不限于图标所绘的态样，亦是根据实际应用时的需求和/或制造步骤在不悖离本公开的精神的情况下而可作相应调整。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。