质子加速器是一种利用电磁场将质子加速到所需能量的设备,主要由离子源、加速腔(射频腔)、磁约束系统、真空腔和束流诊断与输运系统组成。
常见类型有回旋加速器、线性加速器和同步/储存环加速器,不同装置覆盖从几十MeV到数十GeV甚至更高的能量范围:几十MeV多用于临床质子治疗与同位素制备,GeV级及以上用于核物理与高能实验。
质子束因布拉格峰特性能将剂量集中在肿瘤处,减少周围组织损伤,配合铅笔束扫描和旋转给束(加尼)技术可实现高精度放疗。
除了医学,质子加速器还用于材料研究、辐照改性、放射性核素生产和基础粒子物理。
当前挑战是大型设施成本高、对超导磁体、超导射频与精密束流控制的技术要求高以及屏蔽与安全管理复杂。
未来发展趋势包括超导技术与高梯度加速提高能效、小型化与紧凑加速器(如同步旋压型与激光等离子体加速)、更智能的束流监测与控制系统,以及多学科合作推动临床与工业应用的可及性与经济性。