Способ изменения молекулярной структуры целлюлозного или лигноцеллюлозного материала

СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ИЛИ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО МАТЕРИАЛА Материалы, такие как биомасса (например, биомасса растительного происхождения, биомасса животного происхождения и биомасса муниципальных отходов) и углеводородсодержащие материалы, подвергают переработке для получения полезных продуктов, таких как топлива. Например, описываются системы, которые могут использовать материалы исходного сырья для процесса, такие как целлюлозные, и/или лигноцеллюлозные материалы, и/или крахмалистые материалы, или нефтеносные пески, нефтеносные сланцы, битуминозные пески, битум и уголь,для получения измененных материалов, таких как топлива (например, этанол и/или бутанол). Переработка включает оказание воздействия на материалы ионным пучком. Биомасса, в частности отходы на основе биомассы, и углеводородсодержащие материалы, такие как нефтеносные пески, нефтеносные сланцы, битуминозные пески, битум и уголь, широко доступны. Целесообразно получить из биомассы и углеводородсодержащего материала материалы и такое топливо, как этанол. Краткое изложение Биомасса и углеводородсодержащий материал могут быть подвергнуты переработке для изменения их структуры на одном или нескольких уровнях. После этого подвергнутые переработке материалы могут быть использованы в качестве источника измененных материалов и/или топлива. В большинстве вариантов реализации данной заявки используют публикацию Natural ForceChemistry. В способах публикации Natural Force Chemistry для создания намечаемого структурного и химического молекулярного изменения используют контролируемые применение физических сил, таких как пучки частиц, сила тяжести, свет и тому подобное, и манипуляции с ними. Способы изменения молекулярной и/или надмолекулярной структуры материала, например любого материала биомассы, могут включать обработку материала излучением. В частности, излучение может включать частицы, в частности заряженные частицы (например, ускоренные заряженные частицы). Заряженные частицы включают ионы, такие как положительно заряженные ионы, такие как протоны, ионы углерода или кислорода. Излучение может быть использовано в количестве, достаточном для изменения молекулярной структуры и/или надмолекулярной структуры материала. Излучение также может быть использовано для получения из материала одного или нескольких продуктов. Материал в некоторых случаях может включать углеводы или материалы, которые включают углеводы, например целлюлозные материалы, лигноцеллюлозные материалы, крахмалистые материалы или смеси любых материалов биомассы. Для облучения могут быть использованы частицы, имеющие заряд, отличный от заряда электронов,и/или частицы, более тяжелые, чем электроны. Например, протоны, ядра гелия, ионы аргона, ионы кремния, ионы неона, ионы углерода, ионы фосфора, ионы кислорода или ионы азота могут быть использованы для модифицирования структуры биомассы, например уменьшения молекулярной массы или увеличения молекулярной массы биомассы. В некоторых вариантах реализации более тяжелые частицы могут вызывать появление более значительных степеней деструкции цепи по сравнению с тем, что имеет место для электронов или фотонов. В дополнение к этому, в некоторых случаях положительно заряженные частицы могут вызывать появление относительно больших степеней деструкции цепи вследствие своей кислотности. В определенных случаях отрицательно заряженные частицы могут стимулировать появление относительно больших степеней деструкции цепи вследствие своей щелочности. В соответствии с этим в одном аспекте признаком изобретения является способ изменения молекулярной структуры материала, например материала биомассы или углеводородсодержащего материала, в результате получения ионного пучка, характеризующегося первым распределением энергий ионов, имеющим полную ширину на половине максимума W; регулирования энергий, по меньшей мере, некоторых из ионов для получения второго распределения энергий ионов в ионном пучке, имеющего полную ширину на половине максимума, большую, чем значение W; и оказания воздействия на материал отрегулированным ионным пучком. Энергии, по меньшей мере, некоторых из ионов могут быть отрегулированы исходя, например, из толщины материала. В еще одном аспекте признаком изобретения является способ изменения молекулярной структуры материала, например материала биомассы или углеводородсодержащего материала, в результате получения ионного пучка, характеризующегося распределением энергий ионов, имеющим полную ширину на половине максимума W; направления ионного пучка на прохождение через рассеивающий элемент,сконфигурированный для увеличения полной ширины на половине максимума распределения энергий ионов до значения, большего, чем значение W; и оказания воздействия на материал ионным пучком после прохождения ионного пучка через рассеивающий элемент. В еще одном другом аспекте признаком изобретения является способ изменения молекулярной структуры материала, например материала биомассы или углеводородсодержащего материала, в результате получения ионного пучка, характеризующегося распределением энергий ионов, при этом распределение имеет наиболее вероятную энергию Е; фильтрования ионного пучка для удаления из ионного пучка, по меньшей мере, некоторых из ионов, имеющих энергию, меньшую, чем значение Е; и оказания воздействия на материал отфильтрованным ионным пучком. В одном дополнительном аспекте признаком изобретения является способ изменения молекулярной структуры материала, например материала биомассы или углеводородсодержащего материала, в результате получения ионного пучка, характеризующегося распределением энергий ионов; регулирования распределения энергий ионов исходя из ожидаемого профиля ионной дозы в материале и оказания воздействия на материал отрегулированным ионным пучком. Признаком изобретения также является способ изменения молекулярной структуры материала, напримерматериала биомассы или углеводородсодержащего материала, в результате получения ионного пучка, имеющегося распределение энергий ионов; регулирования распределения энергий ионов исходя из полной ширины на половине максимума (ПШПМ) пика Брэгга ожидаемого профиля ионной дозы в материале и оказания воздействия на материал отрегулированным ионным пучком, где регулирование включает увеличение значения ПШПМ для уменьшения разницы между толщиной материала биомассы и значением ПШПМ. В некоторых случаях после регулирования разница между толщиной материала и значением ПШПМ составляет 0,01 см и менее. В еще одном другом аспекте признаком изобретения является способ изменения молекулярной структуры материала в результате получения первого ионного пучка из источника ионов, при этом первый ионный пучок характеризуется первой средней энергией ионов; оказания воздействия на материал первым ионным пучком; регулирования источника ионов для получения второго ионного пучка, характеризующегося второй средней энергией ионов, отличной от первой средней энергии ионов; и оказания воздействия на материал вторым ионным пучком. В некоторых случаях способ дополнительно включает повторение регулирования и оказания воздействия для оказания воздействия на материал множеством ионных пучков, характеризующихся различными средними энергиями ионов. Состав первого и второго ионных пучков может быть идентичным. В одном дополнительном аспекте признаком изобретения является способ изменения молекулярной структуры материала в результате получения первого ионного пучка из источника ионов, при этом первый ионный пучок, характеризующийся первой средней энергией ионов, соответствует первой позиции пика Брэгга на ожидаемом профиле ионной дозы в материале; оказания воздействия на материал первым ионным пучком; регулирования источника ионов для получения второго ионного пучка, характеризующегося второй средней энергией ионов и соответствующего второй позиции пика Брэгга, отличной от первой позиции; и оказания воздействия на материал вторым ионным пучком. В некоторых случаях способ дополнительно включает повторение регулирования и оказания воздействия для оказания воздействия на материал множеством ионных пучков, соответствующих различным позициям пика Брэгга. Состав первого и второго ионных пучков может быть идентичным. В еще одном другом аспекте признаком изобретения является способ изменения молекулярной структуры материала в результате получения ионного пучка из источника ионов, при этом ионный пучок включает первый тип ионов и второй тип ионов, отличный от первого типа ионов; и оказания воздействия на материал ионным пучком. Например, первый тип ионов может включать ионы водорода, а второй тип ионов может включать ионы углерода, или первый тип ионов может включать ионы водорода, а второй тип ионов может включать ионы кислорода, или первый и второй типы ионов могут включать по меньшей мере один тип, выбираемый из протонов и гидридных ионов. В некоторых случаях каждый тип ионов, выбираемый из первого и второго, характеризуется энергиями ионов в диапазоне от 0,01 до 10 МэВ. В еще одном аспекте признаком изобретения является способ изменения молекулярной структуры материала в результате получения ионного пучка, характеризующегося на поверхности материала углом расхождения, равным 10 и более, например 20 и более; и оказания воздействия на материал биомассы ионным пучком. В еще одном другом аспекте признаком изобретения является способ изменения молекулярной структуры материала в результате регулирования источника ионов для получения ионного пучка, характеризующегося средним ионным током и средней энергией ионов; и оказания воздействия на материал ионным пучком, где источник ионов регулируют исходя из ожидаемого профиля ионной дозы в материале и где каждая часть материала в результате оказания воздействия ионным пучком получает дозу излучения в диапазоне от 0,01 до 50 Мрад, например от 0,1 до 20 Мрад. В еще одном аспекте изменение молекулярной структуры материала включает получение ионного пучка, характеризующегося первым распределением энергий ионов, демонстрирующим полную ширину на половине максимума W, регулирование энергий, по меньшей мере, некоторых из ионов исходя из толщины углеводородсодержащего материала для получения второго распределения энергий ионов в ионном пучке, демонстрирующего полную ширину на половине максимума, большую, чем значение W,и оказание воздействия на углеводородсодержащий материал отрегулированным ионным пучком. Углеводородсодержащий материал может быть выбран из группы, состоящей из нефтеносных песков, нефтеносных сланцев, битуминозных песков, битума и угля. В еще одном аспекте изменение молекулярной структуры материала включает получение ионного пучка, характеризующегося первым распределением энергий ионов, демонстрирующим полную ширину на половине максимума W, регулирование энергий, по меньшей мере, некоторых из ионов для получения второго распределения энергий ионов в ионном пучке, демонстрирующего полную ширину на половине максимума, большую, чем значение W, и оказание воздействия на материал отрегулированным ионным пучком. В некоторых случаях материалом являются материал биомассы, материал небиомассы или любая их комбинация. Например, материалом может быть углеводородсодержащий материал, такой как нефтеносные пески, нефтеносные сланцы, битуминозные пески, битум, уголь и другие смеси углеводородов и неуглеводородного материала. В некоторых случаях способ дополнительно включает оказание воздействия на материал множеством электронов или ультразвуковой энергией с последующим оказанием воздействия ионным пучком. Некоторые воплощения любых из вышеупомянутых аспектов изобретения могут включать один или несколько следующих далее признаков. Регулирование энергий, по меньшей мере, некоторых из ионов может включать регулирование исходя из толщины материала, подвергаемого воздействию ионного пучка. В некоторых случаях регулирование энергий, по меньшей мере, некоторых из ионов может включать регулирование исходя из ожидаемого профиля ионной дозы в материале. Регулирование также может включать увеличение полной ширины на половине максимума пика Брэгга ожидаемого профиля ионной дозы в материале, достаточное для уменьшения разницы между толщиной материала и полной шириной на половине максимума пика Брэгга. После регулирования разница между толщиной материала и полной шириной на половине максимума пика Брэгга может составлять 0,01 см и менее. Полная ширина на половине максимума для второго распределения может быть большей, чем значение W, с коэффициентом, равным 2,0 и более, например с коэффициентом, равным 4,0 и более. Регулирование энергий, по меньшей мере, некоторых из ионов может включать направление ионов на прохождение через рассеивающий элемент, например полусферический анализатор. В некоторых случаях отрегулированный ионный пучок перед падением на материал проходит через текучую среду, например через воздух под давлением, равным 0,5 атмосферы и более. Ионный пучок может включать два и более различных типа ионов, например ионы водорода и ионы углерода или ионы водорода и ионы кислорода. Ионный пучок может включать по меньшей мере один тип, выбираемый из протонов и гидридных ионов. Средняя энергия ионов в ионном пучке может находиться в диапазоне от 0,01 до 10 МэВ. Изменение молекулярной структуры материала, такого как исходное сырье процесса на основе биомассы или углеводородсодержащий материал, в соответствии с использованием в настоящем документе обозначает изменение компоновки химических связей, такое как в связи с типом и количеством функциональных групп или конформацией структуры. Например, изменение молекулярной структуры может включать изменение надмолекулярной структуры материала, окисление материала, изменение средней молекулярной массы, изменение средней степени кристалличности, изменение площади удельной поверхности, изменение степени полимеризации, изменение пористости, изменение степени разветвления, прививку на другие материалы, изменение размера кристаллических доменов или изменение размера полных доменов. Биомасса или углеводородсодержащий материал могут быть подвергнуты воздействию излучения,например ионного пучка, например пучка, соответствующего одной или нескольким конфигурациям,описывающимся в настоящем документе. Пучок и продолжительность воздействия могут быть выбраны таким образом, чтобы изменить молекулярную структуру материала. Материал может быть подвергнут обработке до и/или после оказания воздействия. Подвергнутый воздействию материал может быть использован в широком ассортименте областей применения, включающих ферментацию и получение композитных материалов. Кроме того, признаками являются системы и устройства для обработки материалов излучением,описывающиеся в настоящем документе. Один пример системы включает резервуар для биомассы, устройство, которое производит пучок частиц, например, в соответствии с описанием в настоящем документе, и транспортирующее устройство для перемещения биомассы от резервуара до устройства, которое производит пучок частиц. Воплощения могут включать один или несколько из любых признаков, описывающихся в настоящем документе. Если только не будет определено другого, то все технические и научные термины, использующиеся в настоящем документе, имеют те же самые значения, что и обычно понимаемые специалистом в соответствующей области техники, к которой относится данное изобретение. Несмотря на возможность использования в практике или испытаниях настоящего изобретения способов и материалов, подобных или эквивалентных тем, которые описываются в настоящем документе, подходящие способы и материалы описываются далее. Все публикации, патентные заявки, патенты и другие цитируемые документы, упомянутые в настоящем документе, посредством ссылки во всей своей полноте включаются в настоящий документ. В случае конфликта преимущество будет иметь настоящее описание изобретения, в том числе определения. В дополнение к этому материалы, способы и примеры представляют собой всего лишь иллюстрации и не предназначены для исполнения функции ограничения. Данная заявка включает полностьюPCT/US 2007/022719, поданной 26 октября 2007 г., и предварительной заявки США 61/049406, поданной 30 апреля 2008 г. в качестве ссылки. Из следующего далее подробного описания изобретения и из формулы изобретения станут очевидными и другие признаки и преимущества. Описание чертежей Фиг. 1 представляет собой блок-схему превращения биомассы в продукты и сопряженные продук-3 022000 ты. Фиг. 2 представляет собой диаграмму профилей дозы для ионов, электронов и фотонов в материале с конденсированной фазой. Фиг. 3 представляет собой диаграмму системы оказания воздействия ионным пучком. Фиг. 4 А и 4 В представляют собой диаграммы распределения энергии ионных пучков. Фиг. 4 С представляет собой диаграмму профилей ионной дозы в подвергнутом воздействию образце. Фиг. 5 представляет собой диаграмму рассеивающего элемента, который включает несколько подобластей. Фиг. 6 представляет собой диаграмму системы оказания воздействия ионным пучком, которая включает фильтр ионов. Фиг. 7 А-С представляют собой диаграммы распределения энергии для нефильтрованных и фильтрованных ионных пучков. Фиг. 8 представляет собой диаграмму трех профилей ионной дозы, соответствующих оказанию воздействия на образец ионными пучками, имеющими различные средние энергии. Фиг. 9 А представляет собой диаграмму результирующего профиля ионной дозы для подвергнутого воздействию образца на основе трех профилей ионной дозы фиг. 8. Фиг. 9 В представляет собой диаграмму трех различных профилей ионной дозы, соответствующих ионным пучкам, характеризующимся различными средней энергией и ионным током. Фиг. 9 С представляет собой диаграмму результирующего профиля ионной дозы на основе трех профилей ионной дозы фиг. 9 В. Фиг. 10 А представляет собой диаграмму трех различных профилей ионной дозы, соответствующих оказанию воздействия на образец пучками трех различных типов ионов. Фиг. 10 В представляет собой диаграмму результирующих профилей ионной дозы на основе трех профилей ионной дозы фиг. 10 А. Подобные символы обозначений позиций на различных чертежах указывают на подобные элементы. Подробное описание изобретения Обработка биомассы излучением пригодна для получения топлива и продуктов. В общем случае перед обработкой излучением материал биомассы подготавливают физически. Материал может быть подготовлен таким образом, чтобы сделать его более однородным, например, для уменьшения размера частиц, для изменения водосодержания, для управления вязкостью и тому подобного. Материал подвергают обработке излучением для изменения молекулярной и/или надмолекулярной структуры. В дополнение к этому материал может быть подвергнут обработке другим образом, например, в виде обработки ультразвуковыми волнами, окисления, пиролиза и обработки водяным паром. Получающийся в результате материал может храниться или использоваться по широкому ассортименту способов. Одна область применения представляет собой ферментацию для получения горючего продукта, такого как спирт. С получающимся в результате материалом и необязательно другими ингредиентами могут быть объединены микроорганизмы. Объединение подвергают ферментации и продукт извлекают. Например, спирты могут быть извлечены в результате перегонки. В некоторых вариантах реализации излучение в больших масштабах используют, например, для партии, составляющей по меньшей мере 50, 100 или 500 кг. Обработка также быть проведена в непрерывном или полунепрерывном режиме, например, для материала, который перемещается под пучком излучения, например, при переработке по меньшей мере 100, 500, 1000, 5000 или 2000 кг/ч. В качестве первоначального материала может быть использован широкий ассортимент материалов биомассы. Примеры биомассы включают биомассу растительного происхождения, биомассу животного происхождения и биомассу муниципальных отходов. Биомасса также включает материалы исходного сырья процесса, такие как целлюлозные и/или лигноцеллюлозные материалы. Зачастую биомасса представляет собой материал, который включает углевод, такой как целлюлоза. В общем случае переработке по любому из способов, описывающихся в настоящем документе, может быть подвергнут любой материал биомассы, который представляет собой или включает углеводы, образованные исключительно из одного и или нескольких сахаридных звеньев, или который включает одно или несколько сахаридных звеньев. Например, материалом биомассы могут быть целлюлозные или лигноцеллюлозные материалы или крахмалистые материалы, такие как зерна кукурузы, зерна риса или другие продукты питания. Дополнительные примеры материалов биомассы включают бумагу, бумажные продукты, древесину, материалы, родственные древесине, древесностружечную плиту, злаковые травы, рисовые отруби,багассу, хлопок, джут, пеньку, лен, бамбук, сизаль, абаку, солому, стержни кукурузных початков, рисовые отруби, ворс кокосовых орехов, водоросли, морскую траву, хлопок, синтетические целлюлозы или смеси любых представителей из данных. Другие еще примеры описываются в документе WO 2008/073186, поданном 26 октября 2007 г., и в документе U.S. Serial No. 12/429045, поданном 23 апреля 2009 г. Различные материалы биомассы зачастую легко доступны, но если только не будут подвергнуты предварительной обработке, иногда с трудом могут подвергаться переработке, например, в результате ферментации или могут приводить к получению недостаточно оптимальных выходов при малой скорости. В способах, описывающихся в настоящем документе, материалы исходного сырья процесса могут быть сначала физически подготовлены для переработки, зачастую в результате уменьшения размера материалов первичного исходного сырья процесса. Физически подготовленное исходное сырье процесса может быть подвергнуто предварительной обработке или переработке при использовании одного или нескольких вариантов, выбираемых из обработки излучением, обработки ультразвуковыми волнами,окисления, пиролиза и обработки водяным паром. Различные системы и способы предварительной обработки могут быть использованы в комбинациях из двух, трех или даже четырех данных технологий. Комбинации различных способов предварительной обработки в общем случае описываются, например, в документе WO 2008/073186. В некоторых случаях для получения материалов, которые включают углевод, такой как целлюлоза,который может быть превращен микроорганизмом в несколько желательных продуктов, таких как горючие топлива (например, этанол, бутанол или водород), исходное сырье процесса, которое включает одно или несколько сахаридных звеньев, может быть подвергнуто обработке по любым одному или нескольким способам из множества способов. Другие продукты и сопряженные продукты, которые могут быть получены, включают, например, продукты питания человека, продукты питания животных, фармацевтические препараты и нутрицевтики. Примеры других продуктов описываются в документах U.S. Serial No. 12/417900, 12/417707, 12/417720 и 12/417731, все из которых поданы 3 апреля 2009 г. В случае биомассы, представляющей собой или включающей углевод, она может включать, например, материал, содержащий одно или несколько -1,4-соединительных звеньев и имеющий среднечисленную молекулярную массу в диапазоне приблизительно от 3000 до 50000. Такой углевод представляет собой или включает целлюлозу (1), которая произведена из (-глюкозы 1) в результате конденсации(14)-гликозидных связей. Данное соединительное звено контрастирует с соединительным звеном для(14)-гликозидных связей, присутствующих в крахмале и других углеводах. Крахмалистые материалы включают сам крахмал, например кукурузный крахмал, пшеничный крахмал, картофельный крахмал или рисовый крахмал, производное крахмала, или материал, который включает крахмал, такой как съедобный продовольственный товар или крахмалонос. Например, крахмалистый материал может представлять собой аракачу съедобную, гречиху, банан, ячмень, кассаву, кудзу,оку, саго, сорго, обычный домашний картофель, сладкий картофель, таро, ямс или один или несколько видов бобов, таких как кормовые бобы, чечевица или горох. Крахмалистые материалы также представляют собой смеси любых одного или нескольких крахмалистых материалов. В конкретных вариантах реализации крахмалистый материал производят из кукурузы. Различные кукурузные крахмалы и производные описываются в публикации Corn Starch, Corn Refiners Association (11th Edition, 2006). Материалы биомассы, которые включают низкомолекулярные сахара, могут, например, включать по меньшей мере приблизительно 0,5 мас.% низкомолекулярного сахара, например по меньшей мере приблизительно 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12,5, 25, 35, 50, 60, 70, 80, 90 или даже по меньшей мере приблизительно 95 мас.% низкомолекулярного сахара. В некоторых случаях биомасса образована, по существу,из низкомолекулярного сахара, например, на более чем 95 мас.%, так как 96, 97, 98, 99 или, по существу,100 мас.% из низкомолекулярного сахара. Материалы биомассы, которые включают низкомолекулярные сахара, могут представлять собой сельскохозяйственные продукты или продукты питания, такие как сахарный тростник и сахарную свеклу или экстракт из них, например сок из сахарного тростника или сок из сахарной свеклы. Материалы биомассы, которые включают низкомолекулярные сахара, могут представлять собой, по существу, чистые экстракты, такие как сахар-сырец или закристаллизованный столовый сахар (сахароза). Низкомолекулярные сахара включают производные сахара. Например, низкомолекулярные сахара могут быть олигомерными (например, равными или большими 4-мерных, 5-мерных, 6-мерных, 7 мерных, 8-мерных, 9-мерных или 10-мерных), тримерными, димерными или мономерными. В случае формирования углеводов из более чем одного повторяющегося звена каждое повторяющееся звено может быть идентичным или отличным. Конкретные примеры низкомолекулярных сахаров включают целлобиозу, лактозу, сахарозу, глюкозу и ксилозу, совместно с их производными. В некоторых случаях производные сахаров быстрее растворяются в растворе или используются микробами для получения полезного материала, такого как этанол или бутанол. Для получения любых из продуктов, описывающихся в настоящем документе, таких как этанол,могут быть использованы комбинации из любых материалов биомассы, описывающихся в настоящем документе (например, комбинации из любых материалов биомассы, компонентов, продуктов и/или сопряженных продуктов, образованных при использовании способов, описывающихся в настоящем документе). Например, для получения продуктов могут быть использованы смеси целлюлозных материалов и крахмалистых материалов. Топлива и другие продукты (например, этанол, биоэтанол, другие спирты и другие горючие углеводороды), полученные по способам, описывающимся в настоящем документе, могут быть перемешаны с другими углеводородсодержащими веществами. Например, этанол, полученный при использовании любых из способов, описывающихся в настоящем документе, может быть перемешан с бензином для получения газохола, который может быть использован в качестве горючего топлива в широком ассортименте областей применения, в том числе в связи с автомобильными двигателями. Способы обработки биомассы Фиг. 1 демонстрирует систему 100 для превращения биомассы, в частности биомассы, в значительной степени содержащей целлюлозные и лигноцеллюлозные компоненты и/или крахмалистые компоненты, в подходящие продукты и сопряженные продукты. Система 100 включает подсистему подготовки исходного сырья процесса 110, подсистему предварительной обработки 114, подсистему основного процесса 118 и подсистему последующей переработки 122. Подсистема подготовки исходного сырья процесса 110 принимает биомассу в ее первичной форме, физически подготавливает биомассу для использования в качестве исходного сырья процесса в процессах, расположенных по ходу технологического потока дальше (например, уменьшает размер и гомогенизирует биомассу), и хранит биомассу как в ее первичной форме, так и в форме исходного сырья процесса. Биомасса, в значительной степени содержащая целлюлозные и/или лигноцеллюлозные компоненты или крахмалистые компоненты, может характеризоваться высокими средней молекулярной массой и степенью кристалличности, которые модифицируют при использовании одной или нескольких предварительных обработок для облегчения применения материала. Подсистема предварительной обработки 114 принимает исходное сырье процесса из подсистемы подготовки исходного сырья процесса 110 и подготавливает исходное сырье процесса для использования в основных производственных способах, например, в результате уменьшения средних молекулярной массы и степени кристалличности исходного сырья процесса и/или увеличения площади удельной поверхности и/или пористости исходного сырья процесса. В некоторых случаях материал биомассы, подвергнутый предварительной обработке, характеризуется низким влагосодержанием, например, меньшим,чем приблизительно 7,5, 5, 3, 2,5, 2, 1,5, 1 или 0,5 мас.%. Уменьшения количества влаги можно добиться,например, в результате высушивания материала биомассы. Способы предварительной обработки могут позволить избежать использования агрессивных химических реагентов, таких как сильные кислоты и основания. Подсистема основного процесса 118 принимает подвергнутое предварительной обработке исходное сырье процесса из подсистемы предварительной обработки 114 и производит полезные продукты (например, этанол, другие спирты, фармацевтические препараты и/или продукты питания). Основные производственные способы обычно включают способы, такие как ферментация (например, при использовании микроорганизмов, таких как дрожжи и/или бактерии), химическая обработка (например, гидролиз) и газификация. В некоторых случаях выработанный продукт подсистемы основного процесса 118 является подходящим для непосредственного использования, но в других случаях выработанный продукт требует проведения дополнительной переработки, осуществляемой в подсистеме последующей переработки 122. Подсистема последующей переработки 122 обеспечивает проведение дополнительной переработки потоков продуктов из системы основного процесса 118 (например, в виде перегонки и денатурации этанола),а также обработки для потоков отходов из других подсистем. В некоторых случаях сопряженные продукты подсистем 114, 118, 122 также могут быть подходящими для непосредственного или опосредованного использования в качестве вторичных продуктов и/или с точки зрения увеличения совокупной эффективности системы 100. Например, подсистема последующей переработки 122 может позволить получить очищенную воду, отправляемую на рецикл для использования в качестве технологической воды в других подсистемах, и/или может позволить получить сжигаемые отходы, которые могут быть использованы в качестве топлива для котлов, производящих водяной пар и/или электричество. В общем случае стадии последующей переработки могут включать одну или несколько стадий, таких как перегонка для отделения других компонентов, очистка сточных вод (например, просеивание, усреднение органики,конверсия шлама), механическое разделение и/или сжигание отходов. Системы ионных пучков для предварительной обработки биомассы Предварительная обработка ионным пучком (например, оказание воздействия ионами) для биомассы может представлять собой в особенности эффективный, экономичный и высокопроизводительный способ обработки. Предварительная обработка ионным пучком в общем случае включает оказание воздействия на биомассу (подвергнутую или не подвергнутую механической переработке) одним или несколькими различными типами ионов, генерируемых в одном или нескольких источниках ионов. Ионы могут быть ускорены в системах ускорителей, которые сочленяются с источниками ионов и могут производить ионы, имеющие переменные энергии и скорости. Обычно при предварительной обработке, базирующейся на использовании ионов, ионы не ускоряют до энергий, достаточных для стимулирования появления значительных уровней рентгеновского излучения. В соответствии с этим потребности в покрытии куполом и экранировании для источников ионов могут быть значительно ослаблены в сопоставлении с подобными потребностями для источников электронов. В случае использования излучения ионного пучка оно может быть применено для любого образца,который является сухим или влажным или даже диспергированным в жидкости, такой как вода. Например, облучение ионным пучком может быть проведено для целлюлозного и/или лигноцеллюлозного материала, в котором поверхности, смоченные жидкостью, такой как вода, имеют менее чем приблизительно 25 мас.% целлюлозного и/или лигноцеллюлозного материала. В некоторых вариантах реализации облучение ионным пучком проводят для целлюлозного и/или лигноцеллюлозного материала, в котором жидкостью, такой как вода, никакой целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал не смачивают. В случае использования облучения ионным пучком оно может быть применено при одновременном оказании воздействия на целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал воздухом, воздухом, обогащенным кислородом, или даже самим кислородом или в условиях атмосферы инертного газа, такого как азот, аргон или гелий. В случае желательности окисления материала биомассы будут использовать окислительную среду, такую как в случае воздуха или кислорода, и свойства источника ионного пучка могут быть отрегулированы для стимулирования образования реакционноспособного газа, например образования озона и/или оксидов азота. Данные реакционноспособные газы вступают в реакцию с материалом биомассы индивидуально или совместно с падающими ионами, что вызывает разложение материала. В рамках одного примера в случае использования воздействия на биомассу ионного пучка ионы на биомассу могут воздействовать в условиях давления одного или нескольких газов, большего чем приблизительно 2,5 атмосферы, такого как большее чем 5, 10, 15, 20 или даже большее чем приблизительно 50 атмосфер. Ионы, которые падают на материал биомассы, обычно рассеиваются на частях биомассы и ионизируют их по механизму кулоновского рассеяния. Взаимодействие между ионами и биомассой также может приводить к получению электронов высокой энергии (например, вторичных электронов), которые могут дополнительно взаимодействовать с биомассой (например, вызывая дополнительную ионизацию). Ионы могут быть положительно заряженными или отрицательно заряженными и могут иметь единичный положительный или отрицательный заряд или могут быть многозарядными, например одно-, двух-, трехили даже четырех- и более зарядными. В случаях желательности прохождения деструкции цепи желательными могут оказаться положительно заряженные частицы, отчасти вследствие их кислотной природы. Ионы, которыми оказывают воздействие на материал биомассы, могут иметь массу покоящегося электрона или могут превышать массу покоящегося электрона, например, в 500, 1000, 1500 или 2000 и более раз, например 10000 или даже 100000 раз. Например, ионы могут иметь массу в диапазоне от приблизительно 1 атомной единицы до приблизительно 150 атомных единиц, например от приблизительно 1 атомной единицы до приблизительно 50 атомных единиц или от приблизительно 1 до приблизительно 25, например 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 или 15 аем. Примеры ионов и ускорителей ионов обсуждаются в публикациях (см. Introductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, John WileySons, Inc. (1988), Krsto Prelec,FIZIKA В 6 (1997) 4, 177-206, Chu, Wiliam Т., Overview of Light-ion Beam Therapy, Columbus-Ohio,ICRU-IAEA Meeting, 18-20 March 2006, Iwata Y. et al., Alternating-Phase-Focused IH-DTL for Heavy-IonSuperconducting ECR Ion Source Venus, Proceedings of EPAC 2000, Vienna, Austria). Для предварительной обработки материала биомассы может быть использован широкий ассортимент различных типов ионов. Например, могут быть использованы протоны, ядра гелия, ионы аргона,ионы кремния, ионы неона, ионы углерода, ионы фосфора, ионы кислорода или ионы азота. В некоторых вариантах реализации ионы могут приводить к появлению более высоких степеней деструкции цепи в сопоставлении с тем, что имеет место для эквивалентной дозы электронов. В некоторых случаях положительно заряженные ионы могут приводить к появлению более высоких степеней деструкции цепи и/или степеней прохождения других процессов в сопоставлении с тем, что имеет место для отрицательно заряженных ионов, вследствие своей кислотности. В альтернативном случае в определенных вариантах реализации в зависимости от природы биомассы более эффективно приводящими к прохождению деструкции цепи и/или других процессов могут оказаться отрицательно заряженные ионы в сопоставлении с тем, что имеет место для положительно заряженных ионов, вследствие своей щелочной природы. После генерирования и/или ускорения средняя энергия ионов в ионном пучке может находиться в диапазоне от приблизительно 1,0 до приблизительно 6000 МэВ/атомная ед., например от приблизительно 3 до приблизительно 4800 МэВ/атомная ед. или от приблизительно 10 до приблизительно 1000 МэВ/атомная ед. В общем случае для облучения материалов биомассы может быть использовано множество различных типов ионов. Например, в некоторых вариантах реализации ионные пучки могут включать относительно легкие ионы, такие как протоны и/или ионы гелия. В определенных вариантах реализации ионные пучки могут включать умеренно более тяжелые ионы, такие как ионы углерода, ионы азота, ионы кислорода или ионы неона. В некоторых вариантах реализации ионные пучки могут включать еще более тяжелые ионы, такие как ионы аргона, ионы кремния, ионы фосфора, ионы натрия, ионы кальция и/или ионы железа. В определенных вариантах реализации ионные пучки, использующиеся для облучения материалов биомассы, могут включать более чем один отличный тип иона. Например, ионные пучки могут включать смеси из двух и более (например, трех, четырех, пяти, шести и более) различных типов ионов. Примеры смесей могут включать ионы углерода и протоны, ионы углерода и ионы кислорода, ионы азота и протоны и ионы железа и протоны. В более общем случае для получения ионных пучков, которые используют для облучения биомассы, могут быть использованы смеси любых ионов, обсуждающихся в настоящем документе (или любых других ионов). В частности, в одном ионом пучке могут быть использованы смеси относительно легких и относительно более тяжелых ионов, где каждый из различных типов ионов характеризуется отличной эффективностью при облучении различных типов материалов биомассы. В некоторых вариантах реализации ионные пучки для облучения материалов биомассы включают положительно заряженные ионы. Положительно заряженные ионы могут включать, например, положительно зараженные ионы водорода (например, протоны), ионы благородных газов (например, гелия, неона, аргона), ионы углерода, ионы азота, ионы кислорода, атомы кремния, ионы фосфора и ионы металлов, такие как ионы натрия, ионы кальция и/или ионы железа. Как можно себе представить без желания связывать себя какой-либо теорией, такие положительно заряженные ионы при оказании воздействия на материалы биомассы демонстрируют химическое поведение, подобное поведению фрагментов кислот Льюиса, инициируя и поддерживая прохождение реакций, таких как катионные реакции деструкции с раскрытием цикла и разрывом цепи, в кислотной и/или окислительной среде. В определенных вариантах реализации ионные пучки для облучения материалов биомассы включают отрицательно заряженные ионы. Отрицательно заряженные ионы могут включать, например, отрицательно заряженные ионы водорода (например, гидридные ионы) и отрицательно заряженные ионы различных относительно электроотрицательных ядер (например, ионы кислорода, ионы азота, ионы углерода, ионы кремния и ионы фосфора). Как можно себе представить без связывания себя какой-либо теорией, такие отрицательно заряженные ионы при оказании воздействия на материалы биомассы демонстрируют химическое поведение, подобное поведению фрагментов оснований Льюиса, вызывая прохождение анионных реакций деструкции с раскрытием цикла и разрывом цепи, в основной и/или восстановительной среде. В некоторых вариантах реализации пучки для облучения материалов биомассы могут включать нейтральные атомы. Например, в пучки, которые используют для облучения материалов биомассы, могут быть включены любые один или несколько типов атомов, выбираемых из атомов водорода, атомов гелия, атомов углерода, атомов азота, атомов кислорода, атомов неона, атомов кремния, атомов фосфора,атомов аргона и атомов железа. В общем случае в пучках могут присутствовать смеси любых двух и более вышеупомянутых типов атомов (например, трех и более, четырех и более или даже еще более). Предшествующее обсуждение фокусировалось на ионных пучках, которые включают одноядерные ионы и/или нейтральные частицы (например, атомные ионы и нейтральные атомы). Обычно такие частицы легче всего - с точки зрения энергии - генерировать, а материнские частицы, из которых генерируют данные частицы, могут быть доступными в избыточном количестве. Однако в некоторых вариантах реализации пучки для облучения материалов биомассы могут включать один или несколько типов ионов или нейтральных частиц, которые являются многоядерными, например, включающими несколько ядер и даже включающими два и более различных типов ядер. Например, ионные пучки могут включать положительные и/или отрицательные ионы и/или нейтральные частицы, образованные из частиц, таких какN2, O2, Н 2, СН 4 и другие молекулярные частицы. Ионные пучки также могут включать ионы и/или нейтральные частицы, образованные из более тяжелых частиц, которые включают еще больше ядер, таких как различные частицы на углеводородной основе и/или различные неорганические частицы, в том числе координационные соединения различных металлов. В определенных вариантах реализации ионные пучки, использующиеся для облучения материалов биомассы, включают однозарядные ионы, такие как один или несколько типов ионов, выбираемых из Н+,Н-, Не+, Ne+, Ar+, С+, С-, O+, О-, N+, N-, Si+, Si-, P+, P-, Na+, Ca+, Fe+, Rh+, Ir+, Pt+, Re+, Ru+ и Os+. В некоторых вариантах реализации ионные пучки могут включать многозарядные ионы, такие как один или несколько типов ионов, выбираемых из С 2+, С 3+, С 4+, N3+, N5+, N3-, O2+, О 2-, О 22-, Si2+, Si4+, Si2- и Si4-. В общем случае ионные пучки также могут включать более сложные многоядерные ионы, которые являются многозарядными, будучи заряженными положительно или отрицательно. В определенных вариантах реализации благодаря структуре многоядерного иона положительные или отрицательные заряды могут быть эффективно распределены, по существу, по всей структуре иона. В некоторых вариантах реализации благодаря электронным структурам ионов положительные или отрицательные заряды могут быть в некоторой степени локализованы на частях структуры ионов. В общем случае ионные пучки, использующиеся для облучения материалов биомассы, могут включать ионы - как положительные, так и/или отрицательные - для любых молекулярных частиц, описывающихся в настоящем документе, и в общем случае ионы могут быть одно- или многозарядными. Ионные пучки также могут включать и другие типы ионов,положительно и/или отрицательно заряженные и являющиеся одно- или многозарядными. Ионы и ионные пучки могут быть генерированы при использовании широкого ассортимента спосо-8 022000 бов. Например, ионы водорода (например, как протоны, так и гидридные ионы) могут быть генерированы в результате полевой ионизации газообразного водорода и/или в результате термического нагревания газообразного водорода. Ионы благородных газов могут быть генерированы в результате полевой ионизации. Ионы углерода, кислорода и азота могут быть генерированы в результате полевой ионизации и могут быть отделены друг от друга (в случае их совместного генерирования) при использовании полусферического анализатора. Более тяжелые ионы, такие как в случае натрия и железа, могут быть получены в результате термоэлектронной эмиссии из подходящего материала мишени. Подходящие способы генерирования ионных пучков описываются, например, в предварительных заявках США 61/049406 и 61/073665 и в документе U.S. Serial No. 12/417699. Для ускорения ионов перед оказанием воздействия ионами на материал биомассы может быть использован широкий ассортимент различных ускорителей пучков частиц. Например, подходящие ускорители пучков частиц включают ускорители Dynamitron, ускорители Rhodotron, статические ускорители, динамические линейные ускорители (например, LINAC), ускорители Ван-де-Граафа и складчатые тандемные ускорители Pelletron. Данные и другие подходящие ускорители обсуждаются, например, в предварительных заявках США 61/049406 и 61/073665 и в документе U.S. Serial No. 12/417699. В некоторых вариантах реализации для получения ионных пучков, которые являются подходящими для обработки биомассы, могут быть использованы комбинации из двух и более различных типов ускорителей. Например, складчатый тандемный ускоритель может быть использован в комбинации с линейным ускорителем, ускорителем Rhodotron, ускорителем Dynamitron, статическим ускорителем или любым другим типом ускорителя, производящим ионные пучки. Ускорители могут быть использованы последовательно при направлении выходного ионного пучка из одного типа ускорителя на вход другого типа ускорителя для дополнительного ускорения. В альтернативном варианте для генерирования нескольких ионных пучков при обработке биомассы несколько ускорителей может быть использовано параллельно. В определенных вариантах реализации для генерирования ускоренных ионных пучков может быть использовано несколько ускорителей идентичного типа параллельно и/или последовательно. В некоторых вариантах реализации для генерирования ионных пучков, имеющих различные составы, может быть использовано несколько подобных и/или различных ускорителей. Например, первый ускоритель может быть использован для генерирования одного типа ионного пучка, то время как второй ускоритель может быть использован для генерирования второго типа ионного пучка. После этого каждый из двух ионных пучков может быть дополнительно ускорен в еще одном ускорителе или может быть использован для обработки биомассы. Кроме того, в определенных вариантах реализации для генерирования нескольких ионных пучков при обработке биомассы может быть использован один ускоритель. Например, любые из ускорителей,обсуждающихся в настоящем документе, (а также и другие типы ускорителей) могут быть модифицированы для получения нескольких выходных ионных пучков в результате разделения первоначального ионного тока, введенного в ускоритель из источника ионов. В альтернативном или в дополнительном варианте любой ионный пучок, полученный при использовании любого из ускорителей, описывающихся в настоящем документе, может включать только один тип иона или несколько различных типов ионов. В общем случае при использовании для получения одного или нескольких ионных пучков при обработке биомассы нескольких различных ускорителей несколько различных ускорителей могут быть расположены в любом порядке друг по отношению к другу. Это обеспечивает достижение большой гибкости при получении одного или нескольких ионных пучков, каждый из которых обладает свойствами,тщательно отобранными для обработки биомассы (например, для обработки различных компонентов в биомассе). Ускорители ионов, описывающиеся в настоящем документе, также могут быть использованы в комбинации с любыми другими стадиями обработки биомассы. Например, в некоторых вариантах реализации для обработки биомассы электроны и ионы могут быть использованы в комбинации. Электроны и ионы могут быть получены и/или ускорены по раздельности и использованы для обработки биомассы последовательно (в любом порядке) и/или одновременно. В определенных вариантах реализации электронные и ионные пучки могут быть получены в одном и том же ускорителе и использованы для обработки биомассы. Определенные ускорители ионов могут быть сконфигурированы для получения электронных пучков в качестве альтернативы ионным пучкам или в дополнение к ним. Например, для получения электронных пучков при обработке биомассы могут быть сконфигурированы ускорители Dynamitron, ускорители Rhodotron и LINAC. Кроме того, предварительная обработка биомассы ионными пучками может быть объединена с другими способами предварительной обработки биомассы, такими как обработка ультразвуковыми волнами,пиролиз, окисление, обработка водяным паром и/или облучение другими формами излучения (например,электронами, гамма-излучением, рентгеновским излучением, ультрафиолетовым излучением). В общем случае другие способы предварительной обработки, такие как предварительная обработка, базирующаяся на использовании ультразвуковых волн, могут быть проведены до, во время или после предварительной обработки биомассы, базирующейся на использовании ионов. Условия воздействия и свойства ионных пучков В общем случае при оказании воздействия на конденсированную среду пучком заряженных частиц заряженные частицы проникают в среду и поглощаются в среде с распределением по глубинам ниже поверхности, на которую падают частицы. В общем случае согласно наблюдениям (см., например, фиг. 1 в публикации Prelec (см. ниже, 1997 распределение дозы для ионов включает значительно более узкий максимум (пик Брэгга), и ионы демонстрируют значительно меньшее боковое рассеяние в сопоставлении с тем, что имеет место для других частиц, таких как электроны и нейтроны, и других форм электромагнитного излучения, таких как рентгеновское излучение. В соответствии с этим вследствие относительно хорошо контролируемого профиля дозы ускоренных ионов они относительно эффективно действуют с точки зрения изменения структуры материала биомассы. Кроме того, как это с очевидностью следует исходя из фиг. 6 публикации Prelec (см. ниже, 1997), более тяжелые ионы (такие как ионы углерода) характеризуются еще более узкими профилями дозы в сопоставлении с тем, что имеет место для более легких ионов, таких как протоны, и, таким образом, относительная эффективность данных более тяжелых ионов при обработке материала биомассы является еще большей, чем в случае более легких ионов. В некоторых вариантах реализации средняя энергия ускоренных ионов, которые падают на материал биомассы, составляет 1 МэВ/аем и более (например, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 20, 30, 50, 100, 300,500, 600, 800 или даже 1000 МэВ/аем и более). В определенных вариантах реализации средняя энергия ускоренных ионов составляет 10 МэВ и более (например, 20, 30, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 2000, 3000, 4000 или даже 5000 МэВ и более). В определенных вариантах реализации средняя скорость ускоренных ионов составляет 0,0005 с и более (например, 0,005 с и более, 0,05 с и более, 0,1 с и более, 0,2 с и более, 0,3 с и более, 0,4 с и более,0,5 с и более, 0,6 с и более, 0,7 с и более, 0,8 с и более, 0,9 с и более), где с представляет собой скорость света в вакууме. В общем случае для заданного потенциала ускорения более легкие ионы ускоряются до более высоких скоростей в сопоставлении с тем, что имеет место для более тяжелых ионов. Например,для заданного потенциала ускорения максимальная скорость иона водорода может составлять приблизительно 0,05 с, в то время как максимальная скорость ионов углерода может составлять приблизительно 0,0005 с. Данные значения представляют собой только примеры; скорость ускоренных ионов зависит от приложенного потенциала ускорения, режима эксплуатации ускорителя, количества проходов через ускоряющее поле и других таких параметров. В некоторых вариантах реализации средний ионный ток ускоренных ионов составляет 105 частица/с и более (например, 106, 107, 108, 109, 1010, 1011, 1012, 1013, 1014, 1015 или даже 1016 частица/с и более). В некоторых вариантах реализации доза излучения, доставляемая в материал биомассы ионным пучком, составляет 5 Мрад и более (например, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 80 или даже 100 Мрад и более). В случае оказания воздействия на образец ионным пучком энергия в образце будет поглощаться в соответствии с профилем ионной дозы (который также иногда называют распределением дозы по глубине). Фиг. 2 демонстрирует схематическую диаграмму, иллюстрирующую представительный профиль ионной дозы 2010 для образца биомассы с конденсированной фазой. Вертикальная ось профиля ионной дозы 2010 на фиг. 2 демонстрирует относительную ионную дозу для графического представления ее зависимости от показанной по горизонтальной оси глубины ниже поверхности образца, на которую оказывают воздействие ионным пучком. Фиг. 2 в сравнительных целях также выключает профиль электронной дозы 2020, профиль дозы гамма-излучения 2030 и профиль дозы рентгеновского излучения 2040. Как продемонстрировано на фиг. 2, как гамма-излучение, так и рентгеновское излучение (и, кроме того, другие типы электромагнитного излучения) сильно поглощаются в области, примыкающей к поверхности образца, что приводит к поглощению наивысших доз энергии поблизости от поверхности образца. Профили дозы гамма-излучения и рентгеновского излучения 2030 и 2040 уменьшаются приблизительно экспоненциально от поверхности образца, поскольку последовательно все меньше фотонов обладает способностью более глубокого проникновения для поглощения в образце. Профиль электронной дозы 2020 демонстрирует эффект нарастания, при котором вследствие проникающей способности комптоновских электронов поглощенная доза энергии увеличивается в окрестности подвергнутой воздействию поверхности образца до максимальной поглощенной дозы на глубине проникновения, обычно составляющей приблизительно 3-4 см в конденсированных средах. После этого относительная доза поглощенной энергии относительно быстро уменьшается при увеличении расстояния под поверхностью образца. В противоположность этому, ионные пучки обычно характеризуются профилями доз, которые иногда описываются как обратные по отношению к профилям доз электронов и фотонов. Как продемонстрировано на фиг. 2, профиль ионной дозы 2010 включает область 2012, в которой на образец воздействует относительно постоянная доза энергии. После этого профиль ионной дозы 2010 включает область 2014,называемую пиком Брэгга, которая соответствует части образца, в которой поглощается относительно более значительная доля энергии ионного пучка, после чего следует область 2016, в которой поглощается намного меньшая доза энергии. Пик Брэгга, который характеризуется полной шириной на половине максимума (ПШПМ) , обеспечивает наличие значительного отличия профиля дозы для ионов от профи- 10022000 лей дозы для электронов и фотонов различных длин волн. В результате оказание воздействия на материалы, такие как материалы биомассы, ионными пучками может привести к появлению эффектов, которые отличаются от эффектов, создаваемых фотонами и электронными пучками. Обычно ширинапика Брэгга 2014 зависит от нескольких факторов, в том числе от природы образца, типа ионов и средней энергии ионов. Один важный фактор, который оказывает воздействие на ширинупика Брэгга 2014, представляет собой распределение энергий в падающем ионном пучке. В общем случае, чем уже будет распределение энергий в падающем ионном пучке, тем уже будет ширинапика Брэгга 2014. В рамках одного примера для распределения энергий ионов, которое характеризуется значением ПШПМ, равным 1 кэВ и менее, пик Брэгга 2014 обычно имеет ширину, равную приблизительно 3 мм и менее. Ширинапика Брэгга 2014 в данных условиях также может быть и намного меньшей чем 3 мм, например, равной 2,5 мм и менее, 2,0 мм и менее, 1,5 мм и менее, 1,0 мм и менее. Позиция пика Брэгга 2014, обозначенная символомна фиг. 2, зависит от нескольких факторов, в том числе от средней энергии падающего ионного пучка. В общем случае для более значительных средних энергий ионных пучков пик Брэгга 2014 на фиг. 2 будет смещаться к более значительным глубинам,поскольку ионы, имеющие более высокую энергию, обладают способностью проникать в материал более глубоко до того, как основная часть кинетической энергии ионов утратится вследствие явлений рассеивания. Различные свойства одного или нескольких падающих ионных пучков могут быть отрегулированы в целях оказания воздействия на образцы (например, материалы биомассы) излучением ионных пучков,которое может приводить к прохождению в образцах деполимеризации и других реакций деструкции цепи, которые уменьшают молекулярную массу образцов предсказуемым и контролируемым образом. Фиг. 3 демонстрирует схематическую диаграмму, иллюстрирующую систему оказания воздействия ионным пучком 2100. Система 2100 включает источник ионов 2110, который генерирует ионный пучок 2150. Оптические элементы 2120 (в том числе, например, линзы, апертуры, дефлекторы и/или другие электростатические и/или магнитные элементы для регулирования ионного пучка 2150) направляют ионный пучок 2150, обеспечивая его падение на образец 2130, который имеет толщину h в направлении,нормальном к поверхности 2135 образца 2130. В дополнение к направлению ионного пучка 2150 оптические элементы 2120 могут быть использованы для управления различными свойствами ионного пучка 2150, включая коллимирование и фокусирование ионного пучка 2150. Образец 2130 обычно включает,например, один или несколько различных типов материалов биомассы, которые обсуждаются в настоящем документе. Система 2100 также включает электронный контроллер 2190, находящийся в электрической связи с различными компонентами системы (и с другими компонентами, не показанными на фиг. 3). Электронный контролер 2190 может контролируемо выдерживать и/или регулировать любые из параметров системы, описывающихся в настоящем документе, либо полностью автоматически, либо в ответ на ввод от человека-оператора. Фиг. 3 также демонстрирует профиль ионной дозы, который представляет собой результат оказания воздействия на образец 2130 ионным пучком 2150. Позиция 2160 пика Брэгга в образце 2130 зависит от средней энергии ионного пучка 2150, природы ионов в ионном пучке 2150, материала, из которого получают образец 2130, и других факторов. Во множестве областей применения ионных пучков, таких как ионная терапия для радикального удаления опухолей, выгодной является относительно небольшая ширинапика Брэгга 2014, поскольку это обеспечивает достаточно тонкое нацеливание на конкретные ткани у пациента, подвергающегося терапии, и способствует уменьшению повреждения вследствие оказания воздействия на соседние доброкачественные ткани. Однако при оказании воздействия на материалы биомассы, такие как образец 2130, ионным пучком 2150 относительная небольшая ширинапика Брэгга 2014 может ограничивать производительность. Обычно, например, толщина h образца 2130 является большей чем ширинапика Брэгга 2014. В некоторых вариантах реализации значение h может быть существенно большим в сопоставлении со значением(например, большим с коэффициентом, равным 5 и более, или 10 и более, или 20 и более, или 50 и более,или 100 и более, или даже еще более). Для увеличения толщины образца 2130, для которой выбранная доза может быть доставлена в течение конкретного временного интервала, может быть отрегулировано распределение энергии ионного пучка 2150. Для регулирования распределения энергии ионного пучка 2150 могут быть использованы различные способы. Один такой способ заключается в использовании одного или нескольких съемных рассеивающих элементов 2170, располагаемых на пути ионного пучка 2150, как это продемонстрировано на фиг. 3. Рассеивающий элемент 2170 может представлять собой, например, тонкую мембрану, изготовленную из материала на металлической основе, такого как вольфрам, тантал, медь, и/или материала на полимерной основе, такого как полимер Lucite. Перед прохождением через рассеивающий элемент 2170 ионный пучок 2150 характеризуется шириной распределения энергии W, продемонстрированной на фиг. 4 А. В случае прохождения ионного пучка 2150 через элемент (элементы) 2170, по меньшей мере, некоторые из ионов в ионном пучке 2150 будут подвергаться воздействию явлений рассеивания на атомах в элементе (элементах) 2170 с передачей части кинетической энергии ионов на атомы элемента (элементов) 2170. В результате распределение энергии для ионного пучка 2150 уширяется до ширины b, большей, чем значение W, как это продемонстрировано на фиг. 4 В. В частности, в результате рассеяния на элементе (элементах) 2170 распределение энергии ионного пучка 2150 приобретает уширенный низкоэнергетический хвост. Фиг. 4 С демонстрирует воздействие уширения распределения энергии ионов ионного пучка 2150 на профили ионной дозы в образце 2130. Профиль ионной дозы 2140 а получают в результате оказания воздействия на образец 2130 ионным пучком 2150, характеризующимся распределением энергии ионов,продемонстрированным на фиг. 4 А. Профиль ионной дозы 2140 а включает относительно узкий пик Брэгга. В результате область образца 2130, в которой поглощается относительно большая доза, невелика. В противоположность этому, в результате уширения распределения энергии ионов ионного пучка 2150 для получения распределения, продемонстрированного на фиг. 4 В, в образце 2130 после оказания воздействия на образец при использовании уширенного распределения энергий ионов получают профиль ионной дозы 2140b. Как демонстрирует профиль дозы 2140b, в результате уширения распределения энергии ионов область образца 2130, в которой поглощается относительно большая доза, увеличивается в сопоставлении с тем, что имеет место для профиля ионной дозы 2140 а. В результате увеличения области образца 2130, подвергнутой воздействию относительно большой дозы, производительность способа оказания воздействия может быть улучшена. В определенных вариантах реализации ширина b уширенного распределения энергии может быть большей, чем значение W, с коэффициентом, равным 1,1 и более (например, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,7, 2,0, 2,5,3,0, 3,5, 4,0, 5,0 или даже 10,0 и более). Обычно профиль ионной дозы в образце 2130, полученный в результате оказания воздействия на образец при использовании уширенного распределения энергии ионов, продемонстрированного на фиг. 4 В, включает пик Брэгга, характеризующийся полной шириной на половине максимума (ПШПМ) . В результате уширения распределения энергии ионов значениеможет быть большим, чем значение , с коэффициентом, равным 1,1 и более (например, 1,2 и более, 1,3 и более, 1,5 и более, 1,7 и более, 2,0 и более, 2,5 и более, 3,0 и более, 4,0 и более, 5,0 и более, 6,0 и более, 7,0 и более, 10,0 и более). Для образца 2130 с толщиной h после уширения распределения энергии ионов ионного пучка 2150 и оказания воздействия на образец ионным пучком соотношение /h может составлять 110-6 и более(например, 110-5, 510-5, 110-4, 510-4, 110-3, 510-3, 0,01, 0,05, 0,08, 0,1 или даже 0,5 и более). В определенных вариантах реализации образец 2130 включает множество частиц (например, приблизительно сферических частиц и/или волокон, и/или элементарных волокон и/или других типов частиц). В общем случае частицы характеризуются распределением по различным размерам со средним размером частиц r. Для улучшения эффективности обработки образца 2130, базирующейся на использовании ионов, распределение энергии ионов ионного пучка 2150 может быть отрегулировано (например, в результате уширения) исходя из среднего размера частиц r образца 2130. Например, ионный пучок 2150 может быть отрегулирован таким образом, чтобы соотношение /r составляло бы 0,001 и более (например, 0,005 и более, 0,01 и более, 0,05 и более, 0,1 и более, 0,5 и более, 1,0 и более, 1,5 и более, 2,0 и более,2,5 и более, 3,0 и более, 3,5 и более, 4,0 и более, 5,0 и более, 6,0 и более, 8,0 и более, 10 и более, 50 и более, 100 и более, 500 и более, 1000 и более или еще более). В некоторых вариантах реализации рассеивающий элемент 2170 может включать несколько различных рассеивающих подэлементов, которые сконфигурированы для уширения распределения энергий ионов в ионном пучке 2150 в различных степенях. Например, фиг. 5 демонстрирует состоящий из множества подэлементов рассеивающий элемент 2170, который включает подэлементы 2170 а-е. Каждый из подэлементов 2170 а-е уширяет распределение энергий ионов в ионном пучке 2150 в отличной степени. Во время функционирования системы 2100 электронный контроллер 2190 может быть сконфигурирован для выбора надлежащего подэлемента рассеивающего элемента 2170 на основании информации, такой как толщина h образца 2130, тип ионов в ионном пучке 2150 и средняя энергия ионов в ионном пучке 2150. Выбор надлежащего подэлемента может быть произведен в полностью автоматическом режиме или может базироваться, по меньшей мере, отчасти на вводе от человека-оператора. Выбор надлежащего подэлемента производят в результате перемещения рассеивающего элемента 2170 в направлении, продемонстрированном стрелкой 2175, для расположения выбранного подэлемента на пути ионного пучка 2150. В определенных вариантах реализации в дополнение к рассеивающему элементу (элементам) 2170 или в качестве альтернативы ему могут быть использованы и другие устройства. Например, в некоторых вариантах реализации для уширения распределения энергии ионов ионного пучка 2150 могут быть использованы комбинации из электрических и/или магнитных полей, создаваемые ионно-оптическими элементами. Ионный пучок 2150 может проходить через первое поле, сконфигурированное для пространственного диспергирования ионов в ионном пучке. После этого пространственно диспергированные ионы могут проходить через второе поле, которое хорошо локализовано в пространстве и которое селективно задерживает только часть пространственно диспергированных ионов. Затем ионы могут про- 12022000 ходить через третье поле, которое повторно собирает в пространстве все ионы в коллимированный пучок, который после этого направляют на поверхность образца 2130. Обычно ионно-оптические элементы, использующиеся для генерирования полей, которые регулируют распределение энергии ионов,управляются электронным контроллером 2190. В результате селективного приложения пространственно локализованных полей может быть обеспечена высокая степень управления модифицированным распределением энергии ионов, включая генерирование распределений энергий ионов, характеризующихся усложненными профилями (например, в многолепестковой конфигурации). Например, в некоторых вариантах реализации в результате приложения локализованного поля, которое ускоряет часть в распределении пространственно диспергированных ионов, распределение энергии ионов, продемонстрированное на фиг. 4 А, может быть уширено на высокоэнергетической стороне от максимума распределения. Информация, использующаяся электронным контроллером 2190 для регулирования распределения энергии ионов ионного пучка 2150, может включать толщину h образца 2130, как это обсуждалось ранее. В некоторых вариантах реализации для регулирования распределения энергии ионов ионного пучка 2150 электронный контроллер 2190 может использовать информацию в отношении ожидаемого профиля ионной дозы в образце 2130. Информация в отношении ожидаемого профиля ионной дозы может быть получена, например, из базы данных, которая включает результаты изменений профилей ионной дозы, установленные на основании литературных источников и/или калибровочных экспериментов, проведенных для представительных образцов материала, из которого получают образец 2130. В альтернативном или дополнительном вариантах информация в отношении ожидаемого профиля ионной дозы может быть определена на основании математической модели взаимодействий ионов в образце 2130 (например, модели рассеяния ионов). В определенных вариантах реализации информация в отношении ожидаемого профиля ионной дозы может включать информацию в отношении значения ПШПМ пика Брэгга в ожидаемом профиле ионной дозы. Значение ПШПМ пика Брэгга может быть определено на основании результатов измерений профилей ионной дозы и/или на основании одной или нескольких математических моделей рассеяния ионов в образце. Регулирование распределения энергии ионов ионного пучка 2150 может быть проведено для уменьшения разницы между толщиной h образца 2130 и значением ПШПМ пика Брэгга. В некоторых вариантах реализации, например, разница между значением h и полной шириной на половине максимума пика Брэгга составляет 20 см и менее (например, 18, 16, 14, 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0,5, 0,1,0,05, 0,01, 0,001, 0,0001 или даже 0,00001 см и менее или даже ноль). В некоторых вариантах реализации система оказания воздействия ионным пучком может регулировать распределение энергий ионов в ионном пучке 2150 другим образом. Например, система оказания воздействия ионным пучком может быть сконфигурирована для фильтрования ионного пучка в результате удаления из ионного пучка 2150 ионов, которые имеют энергии, меньшие, чем выбранный энергетический порог, и/или большие, чем выбранный энергетический порог. Фиг. 6 демонстрирует систему оказания воздействия ионным пучком 2200, которая включает фильтр ионов 2210, обсуждающийся более подробно далее. Другие компоненты системы 2200 подобны компонентам системы 2100 и не будут обсуждаться дополнительно. Фиг. 7 А демонстрирует распределение энергии ионов, соответствующее ионному пучку 2150, полученному из источника ионов 2110. Ионный пучок 2150, характеризующийся распределением энергии,продемонстрированным на фиг. 7 А, поступает в фильтр ионов 2210, где распределение энергии ионного пучка 2150 регулируют в результате отфильтровывания из ионного пучка определенных ионов. Например, в некоторых вариантах реализации фильтр ионов 2210 может быть сконфигурирован для удаления из ионного пучка 2150 ионов, которые имеют энергию, меньшую, чем выбранный энергетический порог. На фиг. 7 А выбранный энергетический порог представляет собой позицию Е 0 на пике в распределении энергии ионов несмотря на возможность выбора в более общем случае любого энергетического порога. В результате отфильтровывания всех (или даже просто большой доли) ионов, имеющих энергию, меньшую, чем значение Е 0, распределение энергии ионов для ионного пучка 2150 будет представлять собой то, что продемонстрировано на фиг. 7 В. В противоположность этому в некоторых вариантах реализации фильтр ионов 2210 может быть сконфигурирован для удаления из ионного пучка 2150 ионов, которые имеют энергию, большую, чем выбранный энергетический порог (в случае реализации фильтра ионов 2210, например, в виде полусферического анализатора). Например, выбранный энергетический порог может соответствовать позиции Е 0 на пике в распределении энергии ионов несмотря на возможность выбора в более общем случае любого энергетического порога. В результате удаления из ионного пучка 2150 всех (или даже большой доли) ионов, имеющих энергию, большую, чем значение Е 0, распределение энергии ионов для ионного пучка 2150 будет представлять собой то, что продемонстрировано на фиг. 7 С. В определенных вариантах реализации образец 2130 может быть подвергнут воздействию непосредственно отфильтрованного ионного пучка 2150. В результате фильтрования ионного пучка, например, для достижения более узкого распределения энергии ионов профиль ионной дозы в образце 2130 после оказания воздействия на образец будет более узким в сопоставлении с тем, что имело бы место в противном случае в отсутствие фильтрования ионного пучка 2150. В результате ширина пика Брэгга в образце 2130 будет меньшей в сопоставлении с шириной пика Брэгга для неотфильтрованного ионного пучка. В результате оказания воздействия на образец 2130 при использовании более узкого распределения энергий падающих ионов может быть достигнуто улучшенное управление позицией ионного пучка 2150; данный уровень управления оказанием воздействия ионами может оказаться подходящим для использования при оказании воздействия на различные типы материалов образцов, требующих осторожного обращения. В альтернативном варианте отфильтрованный ионный пучок может быть затем перепущен через один или несколько рассеивающих элементов и/или одно или несколько других устройств для увеличения ширины распределения энергий ионов. Данный двухстадийный подход к модифицированию распределения энергии ионов - первая стадия фильтрования с последующей второй стадией уширения - может быть использован для получения распределений энергий ионов, которые специально предназначены для конкретных областей применения (например, специфических для определенных типов ионов и/или определенных материалов и/или определенных условий предварительной обработки), достижение чего может оказаться невозможным при использовании более простой одностадийной методики уширения распределения энергии. В рамках одного примера в результате сначала фильтрования ионного пучка 2150, а после этого перепускания отфильтрованного ионного пучка через один или несколько рассеивающих элементов 2170 форма распределения энергии ионов может быть сделана в большей мере гауссовой в сопоставлении с тем, что было бы возможным в противном случае при использовании только стадии рассеяния вместо двухстадийной методики. Фильтр ионов 2210 может включать одно или несколько устройств из широкого ассортимента различных устройств для удаления ионов из ионного пучка 2150. Например, в некоторых вариантах реализации фильтр ионов 2210 включает полусферический анализатор и апертурный фильтр. Полусферический анализатор включает источник магнитного поля, который диспергирует ионы ионного пучка 2150 в соответствии с их кинетическими энергиями. После этого на пути диспергированного ионного пучка 2150 располагают апертурный фильтр для обеспечения прохождения через апертуру только ионов, характеризующихся конкретным диапазоном энергий. В определенных вариантах реализации для фильтрования ионного пучка 2150 могут быть использованы другие устройства. Например, для фильтрования ионного пучка 2150 могут быть использованы поглощающие элементы (например, элементы, сконфигурированные для поглощения падающих ионов,имеющих энергии, меньшие, чем выбранный энергетический порог). Подходящие поглощающие элементы включают, например, металлические фольги. В некоторых вариантах реализации для ионного пучка 2150 (и, в частности, пика Брэгга в ожидаемом профиле ионной дозы, полученном в соответствии с оказанием воздействия на образец 2130 ионным пучком 2150) может быть проведена развертка по образцу 2130 для доставки выбранных доз излучения к различным частям образца. В общем случае позиция пика Брэгга в образце 2130 может быть выбрана в результате регулирования средней энергии ионного пучка 2150 (средняя энергия ионного пучка 2150 обычно соответствует максимуму в распределении энергии ионов). Источник ионов 2110 под управлением электронного контроллера 2190 может регулировать среднюю энергию ионного паучка 2150 в результате изменения вытягивающего напряжения, приложенного для ускорения ионов в источнике ионов. Фиг. 8 представляет собой схематическую диаграмму, которая демонстрирует возможность проведения развертки по образцу пика Брэгга профиля ионной дозы в образце 2130. На первой стадии систему оказания воздействия ионами 2100 конфигурируют для получения первого ионного пучка, имеющего выбранную среднюю энергию ионов, соответствующую конкретному вытягивающему напряжению,приложенному к источнику ионов 2110. В случае оказания воздействия на образец 2130 первым ионным пучком в образце в результате возникнет профиль ионной дозы 2010 а при наличии у пика Брэгга позиции 2230 а. После оказания воздействия вытягивающее напряжение в источнике ионов 2110 регулируют для получения второго ионного пучка, имеющего отличную среднюю энергию ионов. В случае оказания воздействия на образец 2130 вторым ионным пучком в образце в результате возникнет профиль ионной дозы 2010b. В результате дальнейшего повторения регулирования вытягивающего напряжения в источнике ионов 2110 для получения дополнительных пучков, имеющих отличные средние энергии ионов (и поэтому характеризующихся отличными профилями ионной дозы, например профилем ионной дозы 2010 с), и оказания воздействия на образец 2130 дополнительными пучками может быть проведена развертка пика Брэгга профиля ионной дозы по образцу 2130, например, в направлении, продемонстрированном стрелкой 2220. Однако, в более общем случае в результате изменения вытягивающего напряжения в источнике ионов 2110 позиция пика Брэгга в образце 2130 может быть выбрана желательным образом, что обеспечивает доставку больших доз к выбранным областям образца 2130 в любой последовательности. В общем случае в дополнение к регулированию средней энергии ионов ионного пучка или в качестве альтернативы ему отрегулированы также могут быть и другие свойства ионного пучка 2150. Например, в некоторых вариантах реализации для управления профилем ионной дозы в образце 2130 может быть отрегулирован угол расхождения ионного пучка 2150 на поверхности образца 2130. В общем слу- 14022000 чае в результате увеличения угла расхождения ионного пучка 2150 на поверхности образца 2130 может быть увеличена полная ширина на половине максимума пика Брэгга в образце 2130. Таким образом, в определенных вариантах реализации в результате регулирования угла расхождения ионного пучка средняя энергия ионного пучка может быть сохранена, но профиль ионной дозы в материале - в том числе позиция пика Брэгга - может быть изменен. Угол расхождения может быть отрегулирован в автоматическом режиме или при использовании электронного котроллера 2190 под контролем оператора. Обычно оптические элементы 2120 включают один или несколько элементов управления ионным пучком, таких как квадрупольные и/или октупольные дефлекторы. В результате регулирования потенциалов, приложенных к различным электродам таких дефлекторов, может быть отрегулирован угол расхождения (и угол падения) ионного пучка 2150 на поверхности образца 2130. В некоторых вариантах реализации - в отличие от других областей применения ионных пучков, таких как хирургическое вмешательство - выгодным может оказаться использование ионных пучков, характеризующихся относительно большими углами расхождения, что обеспечивает покрытие пиком Брэгга, позиционирующимся в образце 2130, подходящей доли толщины образца 2130. Например, в определенных вариантах реализации образец 2130 может быть подвергнут воздействию ионного пучка, характеризующегося углом расхождения, равным 2 и более (например, 5, 10, 15, 20, 30, 40 или даже 50 и более). В некоторых вариантах реализации как ток ионного пучка у ионного пучка 2150, так и средняя энергия ионов ионного пучка 2150 могут быть отрегулированы для доставки относительно постоянной дозы в зависимости от толщины h образца 2130. Например, в случае оказания воздействия на образец 2130 в соответствии с последовательными профилями ионной дозы 2010 а, 2010b и 2010 с на фиг. 8 результирующий профиль ионной дозы в образце 2130 будет соответствовать сумме профилей 2010 а-с, что продемонстрировано на фиг. 9 А. Исходя из результирующего профиля ионной дозы фиг. 9 А очевидным является восприятие определенными областями образца 2130 более значительных результирующих доз в сопоставлении с тем, что имеет место в других областях образца 2130. Разницы результирующей дозы могут быть уменьшены в результате регулирования тока ионного пучка у ионного пучка 2150 совместно с регулированиями средней энергии ионов. Ток ионного пучка может быть отрегулирован в источнике ионов 2110 под управлением электронного контроллера 2190. Например, для уменьшения разницы результирующей дозы, доставляемой в образец 2130 в случае проведения развертки пика Брэгга по образцу 2130 в направлении, указанном стрелкой 2220 на фиг. 8, ток ионного пучка может быть последовательно уменьшен для каждого последовательного уменьшения энергии ионного пучка. В качестве профилей 2010d-f на фиг. 9 В продемонстрированы, соответственно,три профиля ионной дозы, при этом каждый из них соответствует последовательным уменьшениям как средней энергии ионов, так и ионного тока у ионного пучка 2150. Результирующий профиль ионной дозы в образце 2130, который является результатом данных трех последовательных воздействий, продемонстрирован на фиг. 9C. Результирующий профиль ионной дозы демонстрирует значительно пониженную вариацию в зависимости от позиции в образце 2130 в сопоставлении с тем, что имеет место для результирующего профиля ионной дозы фиг. 9 А. В результате тщательного управления средними энергией и ионным током ионного пучка 2150 вариации результирующей относительной ионной дозы по толщине образца 2130 после оказания воздействия на образец ионным пучком 2150 могут быть относительно небольшими. Например, разница между максимальной результирующей относительной ионной дозой и минимальной результирующей относительной ионной дозой в образце 2130 после нескольких воздействий ионного пучка 2150 может составлять 0,2 и менее (например, 0,15, 0,1, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01 или даже 0,005 и менее). В результате управления средними энергией и ионным током ионного пучка 2150 каждая часть подвергнутого воздействию образца после нескольких воздействий ионного пучка может воспринимать результирующую дозу в диапазоне от 0,001 до 100 Мрад (например, от 0,005 до 50 Мрад, от 0,01 до 50 Мрад, от 0,05 до 30 Мрад, от 0,1 до 20 Мрад, от 0,5 до 20 Мрад или от 1 до 10 Мрад). В некоторых вариантах реализации образец 2130 может быть подвергнут воздействию различных типов ионов. Образец 2130 может быть последовательно подвергнут воздействию только одного типа иона за один раз, или воздействие на образец 2130 может включать оказание воздействия на образец 2130 одним или несколькими ионными пучками, которые включают два и более различных типа ионов. Различные типы ионов производят в подвергнутом воздействию материале различные профили ионной дозы, и в результате оказания воздействия на образец различными типами ионов может быть реализован конкретный результирующий профиль ионной дозы в образце. Фиг. 10 А демонстрирует схематическую диаграмму, иллюстрирующую три различных профиля ионной дозы 2010g-i, которые являются результатом оказания воздействия на образец 2130 тремя различными типами ионов. Профили ионной дозы 2010g-i могут быть получены в результате последовательного оказания воздействия на образец каждым одним из различных типов ионов или в результате одновременного оказания воздействия на образец двумя или даже всеми тремя различными типами ионов. Результирующий профиль ионной дозы в образце 2130, который является результатом оказания воздействия тремя различными типами ионов, проде- 15022000 монстрирован на фиг. 10 В. Вариации результирующего профиля ионной дозы в зависимости от толщины образца уменьшаются в сопоставлении с тем, что имеет место для любого одного из индивидуальных профилей ионной дозы, продемонстрированных на фиг. 10 А. В некоторых вариантах реализации различные типы ионов могут включать ионы различного атомного состава. Например, различные типы ионов могут включать протоны, ионы углерода, ионы кислорода, гидридные ионы, ионы азота, ионы хлора, ионы фтора, ионы аргона, ионы неона, ионы криптона и различные типы ионов металлов, такие как ионы натрия, ионы кальция и ионы лития. В общем случае для обработки образца 2130 может быть использован любой из данных различных типов ионов, и каждый будет создавать в образце отличный профиль ионной дозы. В определенных вариантах реализации ионы могут быть генерированы из обычно доступных газов, таких как воздух. В случае использования в качестве газа-источника воздуха может быть генерировано множество различных типов ионов. Разнообразные отличные типы ионов могут быть отделены один от другого перед оказанием ими воздействия на образец 2130, или образец 2130 может быть подвергнут воздействию нескольких различных типов ионов,генерированных из газа-источника, такого как воздух. В некоторых вариантах реализации различные типы ионов могут включать ионы, имеющие различные заряды. Например, различные типы ионов могут включать различные положительные и/или отрицательные ионы. Кроме того, различные типы ионов могут включать ионы, являющиеся одно- и/или многозарядными. В общем случае положительные и отрицательные ионы одних и тех же химических частиц могут приводить к получению различных профилей ионной дозы в конкретном образце и к получению различных профилей ионной дозы в конкретном образце могут приводить ионы одних и тех же химических частиц, которые имеют различные величины заряда (например, являются однозарядными, двухзарядными, трехзарядными, четырехзарядными). В результате оказания воздействия на образец несколькими различными типами ионов можно тщательно и селективно управлять изменением в образце, например разрушением образца (например, деполимеризацией, деструкцией цепи и/или уменьшением молекулярной массы), функционализацией или другим структурным изменением. В некоторых вариантах реализации система оказания воздействия ионным пучком может регулировать состав ионного пучка исходя из материала образца. Например, определенные типы образца, такие как целлюлозная биомасса, включают большую концентрацию гидроксильных фрагментов. В соответствии с этим эффективная глубина проникновения определенных типов ионов - в частности, протонов - в такие материалы может быть значительно большей в сопоставлении с тем, чего можно было бы ожидать в противном случае исходя только лишь из энергии ионов. Перескакивание протона от одного активного центра к другому и другие подобные перемещения атомов могут значительно увеличить подвижность таких ионов в образце, что эффективно увеличивает глубину проникновения падающих ионов. Кроме того, повышенная подвижность ионов в образце может привести к уширению пика Брэгга. Система оказания воздействия ионным пучком может быть сконфигурирована для отбора конкретных типов ионов в целях оказания воздействия на определенные образцы, принимая во внимание химические и структурные признаки образца. Кроме того, система оказания воздействия ионным пучком может быть сконфигурирована для учета ожидаемых взаимодействий между ионным пучком и материалом при определении способов модифицирования других параметров ионного пучка, таких как распределение энергий ионов в нем. Один важный аспект систем и способов ионных пучков, описывающихся в настоящем документе,заключается в том, что описывающиеся системы и способы делают возможным оказание на биомассу воздействия ионами в присутствии одной или нескольких дополнительных текучих сред (например, газов и/или жидкостей). Обычно, например, при оказании воздействия на материал ионным пучком воздействие оказывают в среде пониженного давления, такой как в случае вакуумной камеры. Среду пониженного давления используют для уменьшения или предотвращения загрязнения подвергнутого воздействию материала, а также для уменьшения или предотвращения рассеяния ионного пучка молекулами газа. Однако, к сожалению, оказание воздействия на материалы ионным пучком в закрытых средах, таких как вакуумная камера, значительно ограничивает потенциальную производительность крупномасштабной переработки материалов. Как необходимо понимать, в системах и способах, описывающихся в настоящем документе, оказание воздействия на биомассу ионным пучком в присутствии одной или нескольких дополнительных текучих сред может увеличить эффективность обработки биомассы. В дополнение к этому, оказание воздействия на биомассу ионным пучком в открытой среде (например, на воздухе при нормальном атмосферном давлении) обеспечивает получение намного большей производительности в сопоставлении с тем, что было бы возможным в противном случае в среде пониженного давления. Как обсуждалось ранее, в некоторых вариантах реализации биомассу подвергают воздействию ионного пучка в присутствии текучей среды, такой как воздух. Ионы, ускоренные в любом одном или нескольких типах ускорителей, описывающихся в настоящем документе, (или другом типе ускорителя) выводят из ускорителя через выходное отверстие (например, тонкую мембрану, такую как металлическая фольга), перепускают через объем пространства, занятого текучей средой, а после этого обеспечивают их падение на материал биомассы. В дополнение к непосредственной обработке биомассы некоторые из ионов генерируют дополнительные химические частицы в результате взаимодействия с частицами текучей среды (например, ионы и/или радикалы, генерированные из различных компонентов воздуха). Данные генерированные химические частицы также могут взаимодействовать с биомассой и могут исполнять функцию инициаторов для широкого ассортимента различных реакций разрушения химических связей в биомассе (например, деполимеризации и других реакций деструкции цепи). В определенных вариантах реализации дополнительные текучие среды могут быть селективно введены на пути ионного пучка до падения ионного пучка на биомассу. Как обсуждалось ранее, реакции между ионами и частицами введенных текучих сред могут генерировать дополнительные химические частицы, которые вступают в реакцию с биомассой и могут способствовать уменьшению молекулярной массы биомассы и/или в противном случае селективному изменению определенных свойств биомассы. Одна или несколько дополнительных текучих сред могут быть направлены на путь ионного пучка, например, из питающей трубы. Направление (то есть вектор текучей среды) и расход текучей среды (сред),которую вводят, могут быть выбраны в соответствии с желательными степенью и/или направлением воздействия с точки зрения управления эффективностью совокупной обработки биомассы, включая как эффекты, которые являются результатом обработки, базирующейся на использовании ионов, так и эффекты, которые обуславливаются взаимодействием между динамически генерированными частицами из введенной текучей среды и биомассой. В дополнение к воздуху примеры текучих сред, которые могут быть введены в ионный пучок, включают кислород, азот, один или несколько благородных газов, один или несколько галогенов и водород. В некоторых вариантах реализации для обработки биомассы могут быть использованы ионные пучки, которые включают более чем один отличный тип ионов. В результате объединения двух и более различных пучков, каждый из которых образован одним типом иона, могут быть генерированы пучки, которые включают несколько различных типов ионов. В альтернативном или дополнительном случаях в определенных вариантах реализации ионные пучки, которые включают множество различных типов ионов,могут быть генерированы в результате введения многокомпонентного питающего газа в источник и/или ускоритель ионов. Например, для генерирования ионного пучка, включающего различные типы ионов, в том числе ионы азота, ионы кислорода, ионы аргона, ионы углерода и другие типы ионов, может быть использован многокомпонентный газ, такой как воздух. Для генерирования ионных пучков, имеющих различные составы, могут быть использованы другие многокомпонентные материалы (например, газы,жидкости и твердые вещества). Для отфильтровывания определенных ионных компонентов и/или нейтральных частиц в целях селективного получения ионного пучка, имеющего конкретный состав, который после этого может быть использован для обработки биомассы, могут быть использованы фильтрующие элементы (например, полусферические электростатические фильтры). В результате использования воздуха в качестве источника для получения ионных пучков при обработке биомассы могут быть уменьшены эксплуатационные расходы для системы обработки в сопоставлении с тем, что имеет место для систем, которые, например, базируются на использовании чистых материалов. Определенные типы материалов биомассы могут оказаться в особенности хорошо поддающимися обработке множеством различных типов ионов и/или множеству различных способов переработки. Например, целлюлозные материалы обычно включают кристаллические полимерные целлюлозные цепи,которые сшиты аморфной гемицеллюлозной фракцией. Целлюлоза и гемицеллюлоза внедрены в аморфную лигниновую матрицу. Отделение целлюлозной фракции от лигнина и гемицеллюлозы при использовании обычных способов затруднительно и может оказаться энергоемким. Однако целлюлозная биомасса может быть подвергнута обработке множеством различных типов ионов для разрушения и разделения различных компонентов в ней для последующей переработки. В частности, для переработки целлюлозной биомассы (и других типов биомассы) в целях селективного разложения и разделения ее компонентов могут быть использованы химические свойства различных типов ионных частиц. Например, положительно заряженные ионы, а, в частности протоны, при оказании ими воздействия на материал биомассы исполняют функцию кислот. Наоборот, отрицательно заряженные ионы, в частности гидридные ионы, при оказании ими воздействия на материал биомассы исполняют функцию оснований. В результате химические свойства данных частиц могут быть использованы для нацеливания на конкретные компоненты подвергаемой обработке биомассы. В случае обработки лигноцеллюлозной биомассы, например, лигниновая матрица обычно будет разлагаться в присутствии основных химических реагентов. В соответствии с этим в результате сначала обработки целлюлозной биомассы основными ионами, такими как гидридные ионы (или электроны) из ионного (электронного) пучка, лигниновая фракция может быть подвергнута преимущественному разложению и отделению от целлюлозных и гемицеллюлозных фракций. На целлюлозу такая обработка ионами воздействия относительно не оказывает, поскольку целлюлоза обычно стабильна в присутствии основных добавок. В дополнение к обработке отрицательными ионами (или в качестве альтернативы обработке отрицательными ионами) лигноцеллюлозная биомасса может быть подвергнута обработке одной или несколькими основными добавками в растворе для содействия отделению лигнина. Например, обработка лигноцеллюлозной биомассы раствором бикарбоната натрия может привести к разложению и/или солю- 17022000 билизации лигнина, что делает возможным отделение сольватированного и/или суспендированного лигнина от целлюлозной и гемицеллюлозной фракций. Обработка отрицательными ионами при использовании ионного пучка также может содействовать отделению и гемицеллюлозы, которая также является химически чувствительной к основным химическим реагентам. В зависимости от конкретной структуры целлюлозной биомассы для эффективного отделения гемицеллюлозной фракции от целлюлозной фракции может быть использована (и/или может оказаться необходимой) более чем одна обработка отрицательными ионами. В дополнение к этому для отделения гемицеллюлозы может быть использован более чем один тип иона. Например, для обработки целлюлозной биомассы в целях разложения и/или удаления лигниновой фракции может быть использован пучок относительно менее основных ионов, такой как пучок ионов кислорода. После этого для разложения и отделения гемицеллюлозы от целлюлозы может быть использован пучок ионов более сильных оснований, такой как пучок гидридных ионов. В результате оказания воздействия двумя различными типами основных ионов целлюлозная фракция остается относительно неизменной. Однако целлюлозная фракция разлагается в присутствии кислотных добавок. В соответствии с этим дополнительная стадия переработки может включать оказание воздействия на целлюлозную фракцию одним или несколькими кислотными ионами, такими как протоны, из ионного пучка для содействия деполимеризации и/или разложению целлюлозной фракции. В каждом случае предварительных обработок ионным пучком и способов, описывающихся в настоящем документе, они могут быть использованы в комбинации с другими стадиями переработки. Например, стадии разделения (включающие введение растворителя, такого как вода) могут быть использованы для вымывания конкретных фракций целлюлозной биомассы по мере ее разложения. Для содействия отделению различных компонентов могут быть добавлены дополнительные химические добавки. Например, согласно наблюдениям лигнин, который отделяют от целлюлозной и гемицеллюлозной фракций, может быть суспендирован в промывном растворе. Однако лигнин легко может повторно осаждаться из раствора на целлюлозные и гемицеллюлозные фракции. Во избежание повторного осаждения лигнина суспензия может быть осторожно нагрета для обеспечения выдерживания лигнина ниже его температуры стеклования и поэтому выдерживания его в текучем состоянии. В результате выдерживания лигнина ниже его температуры стеклования лигнин может быть легче вымыт из целлюлозной биомассы. В общем случае нагреванием суспензии тщательно управляют во избежание термического разложения сахаров в целлюлозной фракции. В дополнение к этому для удаления лигнина из целлюлозы и гемицеллюлозы могут быть использованы и другие стадии обработки. Например, в определенных вариантах реализации лигноцеллюлозная биомасса сначала может быть подвергнута обработке относительно тяжелыми ионами (например, ионами углерода, ионами кислорода) для разложения лигнина, а после этого целлюлоза и гемицеллюлоза могут быть подвергнуты обработке относительно легкими ионами (например, протонами, ионами гелия) и/или электронами для стимулирования разложения целлюлозы и/или гемицеллюлозы. В некоторых вариантах реализации к суспензии, содержащей лигнин, могут быть добавлены одна или несколько функционализующих добавок для улучшения растворимости лигнина в растворе и, тем самым, создания препятствий для его повторного осаждения на целлюлозной и гемицеллюлозной фракциях. Например, для функционализации лигнина (для ведения амино- и гидрокил/алкокси-групп соответственно) могут быть использованы добавки, такие как газообразный аммиак и/или различные типы спиртов. В определенных вариантах реализации к суспензии лигнина для предотвращения повторного осаждения лигнина на целлюлозные и гемицеллюлозные фракции могут быть добавлены структурные добавки. Обычно при формировании лигнином матрицы, окружающей целлюлозу и/или гемицеллюлозу, лигнин приобретает сильноскладчатую структуру, которая обеспечивает реализацию относительно обширных взаимодействий Ван-дер-Ваальса с целлюлозой и гемицеллюлозой. В противоположность этому,при отделении лигнина от целлюлозы и гемицеллюлозы лигнин приобретает более открытую, развернутую структуру. В результате добавления к суспензии лигнина одной или нескольких добавок, которые содействуют предотвращению повторного складывания лигнина, для повторной ассоциации лигнина с целлюлозой и гемицеллюлозой могут быть созданы препятствия, и лигнин может быть более эффективно удален, например, в результате промывания. В некоторых вариантах реализации к биомассе перед облучением каких-либо химических реагентов, например, добавок, способствующих набуханию, не добавляют. Например, перед облучением или другой переработкой могут быть, а могут и не быть добавлены щелочные вещества (такие как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид лития и гидроксиды аммония), подкислители (такие как минеральные кислоты (например, серная кислота, хлористо-водородная кислота и фосфорная кислота, соли, такие как хлорид цинка, карбонат кальция, карбонат натрия, сульфат бензилтриметиламмония, или основные органические амины, такие как этилендиамин. В некоторых случаях какого-либо дополнительного количества воды не добавляют. Например, биомасса перед переработкой может содержать менее чем 0,5 мас.% добавленных химических реагентов, например менее чем 0,4, 0,25, 0,15 или 0,1 мас.% добавленных химических реагентов. В некоторых случаях биомасса перед облучением содержит не более чем следовые количества, например менее чем 0,05 мас.% добавленных химических реагентов. В других случаях биомасса перед облучением, по существу, не содержит каких-либо добавленных химических реагентов или добавок, способствующих набуханию. Возможность избегать использования таких химических реагентов также может быть распространена и на всю переработку, например, на любой период времени перед ферментацией или просто на любой период времени. Различные способы предварительной обработки ионным пучком, описывающиеся в настоящем документе, могут быть использованы совместно с другими методиками предварительной обработки, такими как обработка ультразвуковыми волнами, облучение электронным пучком, электромагнитное облучение, обработка водяным паром, химические способы и биологические способы. Методики, использующие ионные пучки, обеспечивают достижение значительных преимуществ, включая возможность оказания воздействия ионным пучком на сухие образцы, доставки больших доз излучения к образцам за короткие периоды времени для высокопроизводительных областей применения и реализации относительно прецизионного управления условиями воздействия. Нейтрализация активных центров и контролируемая функционализация После обработки ионизирующим излучением материалы, описывающиеся в настоящем документе,становятся ионизированными; то есть они содержат радикалы при уровнях содержания, которые могут быть обнаружены при использовании спектрометра электронного парамагнитного резонанса. Существующий практический предел обнаружения радикалов составляет приблизительно 1014 спинов при комнатной температуре. После ионизации любой материал, который был ионизирован, может быть подвергнут нейтрализации активных центров для уменьшения уровня содержания радикалов в ионизированном материале, например, такого, чтобы радикалы больше уже нельзя было бы обнаружить при использовании спектрометра электронного парамагнитного резонанса. Например, радикалы могут быть нейтрализованы в результате приложения к материалу достаточного давления и/или в результате использования в контакте с ионизированным материалом текучей среды, такой как газ или жидкость, которая вступает в реакцию с радикалами (нейтрализуя их). Использование газа или жидкости, по меньшей мере, для содействия нейтрализации радикалов также позволяет оператору управлять функционализацией ионизированного материала при использовании желательных количества и типа функциональных групп, таких как карбокислотные группы, енольные группы, альдегидные группы, нитро-группы, нитрильные группы,аминогруппы, алкиламино-группы, алкильные группы, хлоралкильные группы или хлорфторалкильные группы. В некоторых случаях такая нейтрализация активных центров может улучшить стабильность некоторых ионизированных материалов. Например, нейтрализация активных центров может улучшить стойкость материала к окислению. Функционализация в результате нейтрализации активных центров также может улучшить растворимость материалов, описывающихся в настоящем документе, может улучшить термостойкость материала и может улучшить степень использования материала различными микроорганизмами. Например, функциональные группы, введенные в материал биомассы в результате нейтрализации активных центров, могут исполнять функцию рецепторных участков для присоединения микроорганизмов, например, для улучшения гидролиза целлюлозы различными микроорганизмами. Таким образом, молекулярная и/или надмолекулярная структура исходного сырья процесса может быть изменена в результате предварительной обработки исходного сырья процесса ионизирующим излучением, таким как в случае электронов или ионов, имеющих энергию, достаточную для ионизации исходного сырья процесса в целях получения первого уровня содержания радикалов. В случае выдерживания ионизированного исходного сырья процесса в атмосфере оно будет окисляться, что, например, будет вызывать образование карбокислотных групп в результате прохождения реакции с атмосферным кислородом. В некоторых случаях для некоторых материалов такое окисление является желательным, поскольку оно может способствовать дополнительному уменьшению молекулярной массы, например углеводсодержащей биомассы, и образующиеся при окислении группы, например карбокислотные группы,могут оказаться полезными с точки зрения растворимости и степени использования микроорганизмами. Однако вследствие способности радикалов оставаться живыми в течение некоторого периода времени после облучения, например, большего чем 1 день, 5 дней, 30 дней, 3 месяца, 6 месяцев или даже большего чем 1 год, свойства материала могут продолжать изменяться с течением времени, что в некоторых случаях может оказаться нежелательным. Обнаружение радикалов в облученных образцах по методу спектроскопии электронного парамагнитного резонанса и времена жизни радикалов в таких образцах обсуждаются в публикациях (см. Bartolotta et al., Physics in Medicine and Biology, 46 (2001), 461-471 иBartolotta et al., Radiation Protection Dosimetry. Vol. 84, Nos. 1-4, pp. 293-296 (1999. Ионизированный материал может быть подвергнут нейтрализации активных центров для его функционализации и/или стабилизации. В любой момент, например, когда материал будет живым, частично живым или полностью нейтрализованным в отношении активных центров, материал может быть превращен в продукт,например топливо, продукт питания или композит. В некоторых вариантах реализации нейтрализация активных центров включает приложение давления, такое как в результате механического деформирования материала, например непосредственного механического сжатия материала по одному, двум или трем размерам или приложения давления к теку- 19022000 чей среде, в которую материал погружают, например изостатического прессования. В таких случаях само деформирование материала приводит к образованию радикалов, которые зачастую захватываются в кристаллических доменах в достаточной близости друг от друга, так что радикалы могут рекомбинировать или вступать в реакцию с другой группой. В некоторых случаях давление прикладывают совместно с подводом тепла, такого как тепло в количестве, достаточном для увеличения температуры материала выше температуры плавления или температуры размягчения компонента материала, такого как лигнин,целлюлоза или гемицеллюлоза в случае материала биомассы. Тепло может улучшить молекулярную подвижность в материале, что может способствовать нейтрализации радикалов. В случае использования давления для нейтрализации активных центров давление может быть большим чем приблизительно 1000 фунт/дюйм 2 (6890 кПа), таким как большее чем приблизительно 1250 фунт/дюйм 2 (8620 кПа), 1450 фунт/дюйм 2 (10000 кПа), 3625 фунт/дюйм 2 (25000 кПа), 5075 фунт/дюйм 2 (35000 кПа), 7250 фунт/дюйм 2(50000 кПа), 10000 фунт/дюйм 2 (68900 кПа) или даже большее чем 15000 фунт/дюйм 2 (103000 кПа). В некоторых вариантах реализации нейтрализация активных центров включает введение материала в контакт с текучей средой, такой как жидкость или газ, например газ, способный вступать в реакцию с радикалами, такой как ацетилен или смесь ацетилена с азотом, этилен, хлорированные этилены или хлорфторэтилены, пропилен или смеси данных газов. В других конкретных вариантах реализации нейтрализация активных центров включает введение материала, например биомассы, в контакт с жидкостью, например жидкостью, растворимой в биомассе или, по меньшей мере, способной проникать в биомассу и вступать в реакцию с радикалом, таким как диен, такой как 1,5-циклооктадиен. В некоторых конкретных вариантах реализации нейтрализация активных центров включает введение биомассы в контакт с антиоксидантом, таким как витамин Е. При желании исходное сырье процесса может включать антиоксидант, диспергированный в нем, и нейтрализация активных центров может возникать в результате вхождения антиоксиданта, диспергированного в исходном сырье процесса, в контакт с радикалами. Возможны и другие способы нейтрализации активных центров. Например, для нейтрализации активных центров в любом ионизированном материале, описывающемся в настоящем документе, может быть использован любой способ нейтрализации радикалов в полимерных материалах, описывающийся в публикации патентной заявки США 2008/0067724 авторов Muratoglu et al. и патенте США 7166650 авторов Muratoglu et al. Кроме того, для нейтрализации активных центров в любом ионизированном материале могут быть использованы любой нейтрализатор активных центров (описывающийся в вышеупомянутых описаниях автора Muratoglu под наименованием сенсибилизатора) и/или любой антиоксидант,описывающийся в любой ссылке автора Muratoglu. Функционализация может быть улучшена в результате использования тяжелых заряженных ионов,таких как любые из тяжелых ионов, описывающихся в настоящем документе. Например, в случае желательности улучшения окисления для облучения могут быть использованы заряженные ионы кислорода. В случае желательности наличия азотсодержащих функциональных групп могут быть использованы ионы азота или ионы, которые включают азот. Подобным же образом, в случае желательности наличия серо- или фосфорсодержащих групп при облучении могут быть использованы серо- или фосфорсодержащие ионы. В некоторых вариантах реализации после нейтрализации активных центров любые подвергнутые нейтрализации активных центров материалы, описывающиеся в настоящем документе, для дополнительного изменения молекулярной и/или надмолекулярной структуры могут быть дополнительно подвергнуты обработке при использовании одного или нескольких вариантов, выбираемых из обработки излучением, таким как ионизирующее или неионизирующее излучение, обработки ультразвуковыми волнами,пиролиза и окисления. В конкретных вариантах реализации функционализованные материалы, описывающиеся в настоящем документе, подвергают обработке кислотой, основанием, нуклеофилом или кислотой Льюиса для дополнительного изменения молекулярной и/или надмолекулярной структуры, такого как дополнительное уменьшение молекулярной массы. Примеры кислот включают органические кислоты, такие как уксусная кислота, и минеральные кислоты, такие как хлористо-водородная, серная и/или азотная кислота. Примеры оснований включают сильные минеральные основания, такие как источник гидроксидного иона, основных ионов, таких как фторидный ион, или более слабые органические основания, такие как амины. Даже вода и бикарбонат натрия, например, при растворении в воде могут обеспечить изменение молекулярной и/или надмолекулярной структуры, такое как дополнительное уменьшение молекулярной массы. Функционализованные материалы могут быть использованы в качестве материалов подложек для иммобилизации микроорганизмов и/или ферментов в сфере биотехнологии, например, как это описывается в предварительных заявках США с регистрационными номерами 61/180032 и 61/180019, описания которых посредством ссылки включаются в настоящий документ. В объем следующей далее формулы изобретения попадают и другие варианты реализации. Например, при использовании способов, описывающихся в настоящем документе, переработке могут быть подвергнуты материалы, не являющиеся биомассой, и смеси материалов биомассы и материалов, не являющихся биомассой. Примеры материалов, не являющихся биомассой, которые могут быть подвергну- 20022000 тыпереработке, включают углеводородсодержащие материалы, такие как нефтеносные пески, нефтеносные сланцы, битуминозные пески, битум, уголь и другие такие смеси углеводородов и неуглеводородных материалов. При использовании способов, описывающихся в настоящем документе, переработке может быть подвергнуто множество других материалов, являющихся биомассой и не являющихся биомассой, в том числе торф, лигнин, уголь предварительной углефикации и окаменевшие и/или карбонизованные материалы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ изменения молекулярной структуры целлюлозного или лигноцеллюлозного материала,включающий облучение ионным пучком, энергия которого соответствует толщине и параметрам облучаемого материала, при которых происходит поглощение энергетических компонентов пучка на различных глубинах материала в соответствии с кривой Брэгга. 2. Способ по п.1, где осуществляют регулирование энергий, по меньшей мере, некоторых из ионов путем направления ионов через рассеивающий элемент. 3. Способ по п.1, где регулирование энергий, по меньшей мере, некоторых из ионов включает направление ионов через полусферический анализатор. 4. Способ по п.1, где перед падением на целлюлозный или лигноцеллюлозный материал отрегулированный ионный пучок пропускают через текучую среду. 5. Способ по п.4, где текучая среда представляет собой воздух при давлении, равном 0,5 атм и более. 6. Способ по п.1, где ионный пучок включает два и более различных типа ионов. 7. Способ по п.6, где два и более различных типа ионов включают ионы водорода и ионы кислорода. 8. Способ изменения молекулярной структуры целлюлозного или лигноцеллюлозного материала,включающий облучение ионным пучком, энергия которого соответствует толщине и параметрам облучаемого материала, при которых происходит поглощение энергетических компонентов пучка на различных глубинах материала в соответствии с кривой Брэгга, причем перед облучением ионный пучок проходит через рассеивающий элемент. 9. Способ изменения молекулярной структуры целлюлозного или лигноцеллюлозного материала,включающий облучение ионным пучком, энергия которого соответствует толщине и параметрам облучаемого материала, при которых происходит поглощение энергетических компонентов пучка на различных глубинах материала в соответствии с кривой Брэгга, причем перед облучением ионный пучок проходит через фильтр для получения средней энергии ионов в ионном пучке от 0,01 до 10 МэВ путем удаления ионов с низкой энергией. 10. Способ по п.9, где фильтрование ионного пучка осуществляют путем пропускания ионного пучка через металлическую фольгу. 11. Способ по п.9, где фильтрование ионного пучка осуществляют путем пропускания ионного пучка через полусферический анализатор. 12. Способ изменения молекулярной структуры целлюлозного или лигноцеллюлозного материала,включающий облучение ионным пучком, энергия которого соответствует толщине и параметрам облучаемого материала, при которых происходит поглощение энергетических компонентов пучка на различных глубинах материала в соответствии с кривой Брэгга, причем перед облучением такие характеристики ионного пучка, как средняя энергия ускоренных ионов, средняя скорость ускоренных ионов и средний ионный ток, регулируют таким образом, чтобы в результате оказания воздействия ионным пучком получалась доза излучения не менее 5 Мрад. 13. Способ изменения молекулярной структуры целлюлозного или лигноцеллюлозного материала,включающий облучение ионным пучком, энергия которого соответствует толщине и параметрам облучаемого материала, при которых происходит поглощение энергетических компонентов пучка на различных глубинах материала в соответствии с кривой Брэгга, причем перед облучением среднюю энергию ускоренных ионов регулируют до значения ПШПМ 1 кэВ. 14. Способ по п.13, где регулирование включает направление ионного пучка на рассеивающий элемент. 15. Способ по п.13, в котором разницу между толщиной целлюлозного или лигноцеллюлозного материала и значением ПШПМ устанавливают 0,01 см и менее. 16. Способ по п.1, в котором значение ПШПМ регулируют путем приложения вытягивающего напряжения. 17. Способ изменения молекулярной структуры целлюлозного или лигноцеллюлозного материала,включающий облучение ионным пучком, энергия которого соответствует толщине и параметрам облучаемого материала, при которых происходит поглощение энергетических компонентов пучка на различных глубинах материала в соответствии с кривой Брэгга, причем облучение осуществляют различными типами ионов, выбранными из группы, включающей протоны, ядра гелия, ионы аргона, ионы кремния,- 21022000 ионы неона, ионы углерода, ионы фосфора, ионы кислорода или ионы азота. 18. Способ изменения молекулярной структуры целлюлозного или лигноцеллюлозного материала,включающий облучение ионным пучком, энергия которого соответствует толщине и параметрам облучаемого материала, при которых происходит поглощение энергетических компонентов пучка на различных глубинах материала в соответствии с кривой Брэгга, причем угол расхождения ионного пучка составляет 10 и более. 19. Способ по п.18, где угол расхождения составляет 20 и более. 20. Способ по п.1, где материал содержит лигноцеллюлозный материал.