质子加速器利用电磁场将质子加速到所需能量,是基础研究与实际应用的核心设备。
常见类型有回旋加速器与同步加速器(环形)、线性加速器(LINAC)以及新兴的激光等离子体加速器。
回旋与同步加速器适用于中高能束流,LINAC便于分段加速与注入,射频空腔提供能量增量,磁铁用于束流转向与聚焦。
质子治疗典型能量为70—250 MeV,能精确将剂量沉积于肿瘤深部而保护周围组织;高能物理实验则需数百MeV到数GeV或更高,探索粒子相互作用与新物理。
应用还包括同位素制备、中子源、材料辐照测试与工业加速处理。
面临的挑战有提高束流亮度与能量稳定性、降低成本、加强辐射屏蔽与废物管理。
未来发展方向包括超导腔与超导磁体以提高效率、紧凑型加速器与激光驱动方案以减小体积、以及先进束流诊断与智能控制,推动质子加速器在科研、医疗与工业中的更广泛应用。