质子加速器是一种利用电磁场把带正电的质子加速到高动能的装置。
其基本原理是借助高频电场对质子做功,同时用磁场约束粒子运动轨道,使其在回旋、同步或直线结构中逐步增速。
典型类型包括回旋加速器、同步加速器(同步环)与直线加速器(LINAC),近年出现的等离子体加速器有望实现更高梯度。
质子加速器在基础研究中用于探测核与亚核结构、产生高能束流进行碰撞实验;在应用领域,医学上的质子放疗借助布拉格峰实现肿瘤精确照射,减少周围正常组织损伤;工业上用于材料改性、半导体离子注入和元件辐照试验;还可用于同位素生产与辐照消毒。
现代质子治疗系统配备自动化束流传输与旋转加速器门(gantry),并需严格的剂量监测与质量保证体系。
面临的挑战包括设备与运行成本高、对防护与能耗的要求,以及专业人才培养。
随着超导磁体、高场稳频技术和新型加速结构的发展,以及国际合作与商业化推广,质子加速器正向更小型化、低成本和更广泛的临床与工业应用方向发展,未来将在科研、医疗和产业中发挥更大作用。