质子加速器是将质子(氢核)加速至高能量的装置,能量覆盖从几兆电子伏(MeV)到数百吉电子伏(GeV)不等。
按结构分为回旋加速器、同步加速器、直线加速器和新兴的激光驱动加速器等。
高能质子束是粒子物理实验(如同步射线源与大型对撞机)和核物理研究的重要工具,同时可用于中子源与同位素生产。
医学领域中,质子治疗凭借布拉格峰可在肿瘤处集中释放能量、最大限度保护周围正常组织,已在儿童肿瘤和深部肿瘤治疗中展现优势。
工业上,质子束可用于材料改性、半导体工艺与辐照试验。
当前挑战包括设备体积大、造价和维护成本高、对束流稳定性与安全防护要求高,以及专业人才缺乏。
为应对这些问题,研究重点转向超导技术、高梯度加速结构、紧凑式与模块化设计以及激光等新驱动方式,旨在降低成本并拓展临床和现场工业应用。
未来,随着工程、材料与控制技术的协同发展,质子加速器将在基础科学、精准医疗与清洁能源等领域发挥更广泛的作用。