质子刀治疗为全世界最先进的肿瘤放射治疗技术，在医学肿瘤放射治疗上所使用的质子刀，大都采用由碳原子之原子核所制成的重粒子质子加速器，原因是其所携带的能量较大，治疗效果较显著。整个质子治疗装置由加速器、能量选择系统、束流输运系统、1-2个旋转治疗头、1-2个固定治疗头、控制系统、剂量测量与定标系统，以及治疗与装置数据库、专用准直器与补偿器加工中心、呼吸门开关控制等部分组成。还要配基建、水、电、气通用设备及屏蔽与安全等配套装置。
日前，中核集团自主研制的230MeV超导回旋加速器实现重要里程碑节点，完成内靶束流调试。2014年中核集团开始布局癌症治疗230MeV超导回旋加速器技术预先研究，力争突破国外垄断地位，实现我国重大疾病诊断和治疗的设备国产化。
超导回旋加速器与同能量常温回旋加速器相比，技术性能高、运行成本低、市场竞争力强，代表着国际上最先进的癌症粒子治疗装备的发展方向。质子治疗230MeV超导加速器的研制结合了国际上最新一代质子治疗加速器方案。
回旋加速器
利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置。是高能物理中的重要仪器。早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一次，因而粒子所能达到的能量受到高压技术的限制。加速器的先驱者用磁场使带电粒子沿圆弧形轨道旋转，多次反复地通过高频加速电场，直至达到高能量，研制了世界上第一台回旋加速器，这台加速器的磁极直径只有10cm，加速电压为2kV，可加速氘离子达到80keV的能量。同步回旋加速器通过改变加速电压的频率，解决了相对论的影响。利用该加速器可使被加速粒子的能量达到700MeV。使用可变的频率，回旋加速器不需要长时间使用高电压，几个周期后也同样可获得最大的能量。在同步回旋加速器中最典型的加速电压是10kV，并且，可通过改变加速室的大小(如半径、磁场)，限制粒子的最大能量。
为了适应重离子物理研究的需要，成功地研制出了能加速周期表上全部元素的全离子、可变能量的等时性回旋加速器，使每台加速器的使用效益大大提高。此外，还发展了超导磁体的等时性回旋加速器。超导技术的应用对减小加速器的尺寸、扩展能量范围和降低运行费用等方面为加速器的发展开辟新的领域。同步加速器可以产生笔尖型的细小束流，其离子的能量可以达到天然辐射能的100，000倍。
质子直线加速器
由高频电源离子源、加速电极、靶室、直空系统等部分组成。称为漂移管的加速电极以直线方式排列，被交替加上高频电压，用来加速质子质子在漂移管缝隙中被加速，进人漂移管后，保护质子不受减速电场的影响在工业、医学和科研等领域中有广泛用途。国第一台自行设计、自行制造的质子直线加速器在中国科学院高能物理研究所建成，并在当年12月17日首次引出能量为1000万电子伏特的质子束流。这台加速器建成后，中国科学院高能物理研究所又将之进一步扩建，使其能量达到3500万电子伏特，成为我国目前能量最高、流强最大的一台质子加速器。
直线加速器是粒子加速器家庭的重要成员。它的优点是束流强度高、粒子注入和引出容易、可以分期分段建造、逐步提高最终能量.电子直线加速器除了用于科学研究外，还在工业、医疗等领域获得广泛的应用.与其相比,质子直线加速器由于价格较贵，它的应用受到限制.近年来由于科学技术的发展，人们对质子直线加速器的兴趣日益增加，特别是对于强流质子直线加速器和小型质子直线加速器。这也是质子直线加速器发展的两个重要方向。
