质子加速器用于将质子加速到高能,以服务于基础物理、医学和工业应用。
典型结构包括离子源、低能束输运系统、直线加速器或同步加速器、射频腔、磁体以及束流诊断与控制系统。
通过电磁场周期性加速并用磁场聚焦与偏转,质子可被驱动到MeV到GeV甚至更高能量。
高能质子轰击靶材可产生中子与次级粒子,满足粒子物理学、核物性与中子散射实验的需要。
在医学领域,质子放射治疗利用质子在组织内的布拉格峰特性,把剂量最大化地集中在肿瘤位置,从而降低对周围健康组织的损伤。
此外,质子加速器可用于同位素制备、材料改性与安全检测。
尽管建设与运行成本高、对屏蔽与辐射防护要求严苛,且对束流稳定性与精确控制有很高要求,但随着超导加速技术、高场磁体、紧凑加速设计与先进束流诊断的发展,质子加速器正朝着更紧凑、高效与可及性更强的方向发展,为科研和临床应用提供更强有力的支撑。