科技日报记者 陆成宽
一周科技热词：医用重离子加速器
大家好，我是科技日报热词君！
在微观世界里，它小得几乎可以忽略不计，可一旦被加速到足够快，就能在肿瘤深处来一次精准的“定点爆破”。它就是重离子。
近日，中国科学院发布消息：国产新一代医用重离子加速器首台示范装置在广东惠州建成，进入设备检测阶段，预计年底开展临床试验。
重离子为啥能指哪打哪？这台装置又藏着哪些秘密？今天，咱们就来聊聊这位肿瘤放疗领域的“幕后功臣”——医用重离子加速器。
不是某一种粒子而是一个“家族”
重离子是什么？它是原子序数大于2的原子失去部分或全部电子后形成的带正电粒子。说白了，它不是啥新物质，就是原子脱掉电子“外套”后露出的原子核。
不带电的原子是“安静”的，一旦外层电子被扒掉，露出的原子核就带着正电，就可以被电场推着跑，加速到接近光速。
也就是说，重离子不是某一种粒子，而是一个“家族”。氖、钙、铁、氪甚至铀，剥掉电子后都是重离子。但医用场景下，主流选择是碳离子——六个质子、六个中子，它够重、可控、束流性能合适、在剂量峰区又具有高的相对生物学效应。
不过，自然界里天然存在的重离子束，能量和强度都不够拿来治病。医院里用的碳离子束，得靠加速器“造”出来：先把碳原子剥掉电子，再把它加速接近0.7倍的光速，最后引出到治疗室、瞄准病灶打过去。
指哪打哪，“定点爆破”不伤及无辜
常规放疗用的是电子束、X射线或γ射线，一旦进入人体就开始释放能量，一路衰减，肿瘤前面的正常组织跟着“被炸”，肿瘤后面的正常组织也躲不掉余波。
重离子完全相反。它进入人体后，前半程几乎“不干活”，能量释放很少；当抵达一个由入射能量决定的特定深度，才会把绝大部分能量集中“放”出来；一过这个深度，能量断崖式归零，就像一组定向导弹，飞到目标位置才炸，炸完快速刹车。
这意味着，医生可以通过调节重离子的入射能量，把“爆破深度”精确设定在肿瘤的位置。肿瘤前方的正常组织只受到较少照射，肿瘤后方的正常组织则几乎吃不到剂量，重离子在肿瘤处集中释放能量后迅速“刹车”，不会继续穿透。目前国产装置的爆破精度已经控制在0.2毫米范围内。
通俗地讲，传统电子和光子放疗是“沿路放炮”，重离子放疗是“定点起爆”。
它打出的重拳，癌细胞修不了
如果只有“定点起爆”，重离子顶多算一个更准的光子；真正让它不可替代的，是生物学上的一记杀招。
常规光子打在癌细胞DNA上，多半造成单链断裂。细胞里有的是“修补工具”，单链断了，照着对面那条链补上就行，癌细胞照样活。
重离子这柄“重锤”砸下去，造成的是DNA双链断裂——两条链同时断，修补模板没了，癌细胞基本失去修复能力，复发风险随之下降。
这一必杀技，正好补在常规放疗最犯难的地方：有些肿瘤天生对射线不敏感，有些内部缺氧让放疗效果打折，有些是复发后正常组织已经吃过剂量、再程放疗医生不敢给大剂量照射，还有些肿瘤长在危及器官旁边、手术极难切干净。重离子杀伤力更强，对正常组织损伤又小，这些特性正是它最能派上用场的地方。
起步晚，那就从零开始
1975年，美国劳伦斯伯克利实验室就用氖离子治疗了第一个患者。中国起步相对较晚，可以说是从零开始。
1993年，在甘肃天水召开的一次学术会议上，中国科学院近代物理研究所的科研人员，提出了开展重离子治癌基础研究的设想。
这一设想的技术依托，是近代物理所运行的兰州重离子加速器。这一大科学装置1988年建成出束，原本用于核物理研究，但其引出的碳离子束具备用于医学实验的条件。
在重离子治癌研究纳入国家攀登计划（B）项目之后，近代物理所依托兰州重离子加速器，系统开展了放射物理、放射生物学和治疗技术研究。
经过十余年的攻关，2006年，团队成功完成国内首批浅表肿瘤临床前期试验，中国成为全球第四个掌握重离子临床治疗技术的国家。
2015年，首台具有自主知识产权的碳离子治疗系统示范装置在甘肃武威建成出束；2019年获批第三类医疗器械注册，2020年在武威肿瘤医院正式投入临床应用。截至2026年9月底，国产装置已推广10台，累计治疗患者近5000例。
把“大块头”做成“小快省”
第一代装置做成了，但它有一个问题——大。尽管一代装置已经是当时世界上最小，但同步加速器周长仍然有56米，占地4600平方米，年治疗能力约1000例，单次治疗约15分钟。规模大，建设和运维成本就高，治疗费用也难以降下来。
要打破这个瓶颈，只能用技术迭代把体积做小、把治疗效率提高、把成本降低。
国产新一代医用重离子加速器做到了。它的同步加速器周长从56米压缩到36米，占地从4600平方米缩减到1200平方米，运行能耗降到约三分之一；年治疗能力提升到2000—5000例，单次治疗时间从约15分钟缩短到1分钟以内。
更关键的是，团队研发了国际首创的高性能束流智能旋转配送系统，一台加速器可服务多个治疗室，治疗室数量从常规的3至4个增加到9至15个，实现“一对多”高效配送。
技术迭代的效果也体现在知识产权上：装置核心技术已获得美国、欧洲、日本、韩国PCT国际专利授权；其中“连续波慢引出同步加速器”发明专利还拿下了第二十六届中国专利金奖。
从兰州到武威，再到惠州，这束从大科学装置里引出来的碳离子，正在一步一步走到病床边上。
重离子质量很轻，轻到几乎可以忽略不计，但把这束粒子从实验室推到病床边上，分量一点儿都不轻。
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