质子加速器是一种将质子(氢核)加速到高能量的装置,广泛应用于基础研究、医学和工业。
其基本原理是利用交变电场(射频腔)对带电质子做功提高动能,磁场用于束流偏转与聚焦,真空系统避免与气体碰撞。
按结构分为回旋加速器、同步加速器、直线加速器等,能量范围从几兆电子伏(MeV)到数太电子伏(TeV)不等;临床质子治疗常用约70–250 MeV的能量以精准控制布拉格峰位置。
主要组成包括离子源、加速腔或加速管、聚焦与偏转磁体、束流诊断与传输线、靶站或治疗室。
应用方面:医学上用于高精度肿瘤放射治疗和同位素制备;物理学中用于粒子碰撞、核结构与材料研究;工业上用于材料改性、无损检测与辐照试验。
运行要点是保证束流亮度与能量稳定性、精确的束位控制以及严格的辐射防护,主要挑战为高建设与运行成本、设备放射化与维护复杂性。
未来趋势包括提高加速梯度与束流质量、发展更紧凑低成本的技术(如激光等离子体加速与高梯度加速结构)、推广质子治疗并探索加速器驱动次临界堆(ADS)在废物处置与能源领域的应用。
随着技术进步与国际合作,质子加速器的可及性与多学科应用有望持续扩大。