质子加速器是将质子(氢核)加速到所需能量的装置,利用交变电场为粒子提供能量增量,磁场负责引导与聚焦以保持束流轨迹。
常见类型包括回旋加速器、同步加速器和直线加速器(linac),各有适用能谱和工程特点:回旋加速器适合中低能束流,同步加速器用于更高能量,直线加速器便于模块化与临床应用。
典型应用包括肿瘤质子治疗(约70–250 MeV)、放射性同位素生产、加速器产生中子源以及高能物理实验(GeV至TeV量级的质子束用于碰撞与靶射实验)。
工作要素涵盖射频腔、磁体、真空系统与束流诊断,配套的束流输运与能量调制系统决定了治疗与试验的精确度。
质子束优势在于布拉格峰能量沉积集中、对周围组织损伤小和能产生多种二次粒子,但装置体积大、建造与运行成本高、放射防护与维护要求严格。
现代设施(如CERN、PSI及多家医院中心)在超导射频技术、束流稳定性和临床计划方面不断推进。
未来发展方向包括超导加速技术、紧凑型与模块化加速器、激光等离子体驱动加速等,以期降低成本、缩小体积并扩大在医学与工业中的普及应用。