质子加速器是一种利用电磁场将质子(氢原子核)加速到高动能的装置,广泛应用于基础物理研究、同位素制备、材料改性与临床放射治疗等领域。
按结构可分为回旋加速器、同步加速器和直线加速器等:回旋加速器体积紧凑、便于医院部署;同步加速器适合大型粒子物理实验,可提供更高能量;直线加速器在束流质量控制上有优势。
其基本原理是通过高频电场逐步增加质子能量,同时用磁场弯曲与聚焦束流,最终将能量在靶点释放。
质子治疗利用布拉格峰特性把大部分能量集中沉积于肿瘤位置,从而减少对周围正常组织的损伤;在科研与工业中,质子束用于探测核结构、产生稀有同位素及材料表面改性。
当前挑战包括设备体积与成本高、能量效率和束流稳定性等。
未来发展方向为紧凑化设计、降低建造与运行成本、提高加速效率并结合精确成像与实时验证技术,以推进临床普及与科研应用。