单从结构上说，医用重离子加速器和物理学上使用的粒子加速器没有本质区别：通过一系列庞大的线圈，给带有电荷的粒子持续施加电场力，让这些粒子不断加速，最终实现一个极高的速度，从而带有巨大的动能；同时，通过电磁场的作用，束缚、控制这些带电粒子，按照预设的方向运动，最终聚焦为极细的粒子束，从加速器里喷涌而出，打在预定的目标上。 

粒子加速器是研究高能物理、探索微观世界的利器，对制造新的元素、理解宇宙的起源与生命的微观分子机制有着不可替代的作用。而医用粒子加速器，是拿来治病救人的，其设备规模和所需的能量，都远远小于高能物理研究上使用的装置。

要治疗恶性肿瘤，除了要杀死肿瘤细胞，还要尽量避免误伤人体内的正常细胞。目前的治疗方案，除了手术治疗之外，主要有化疗和放疗两类，它们的共同特点都是“敌我不分”，会对人体正常的细胞带来极大的损伤。尤其是针对深藏在内脏里的肿瘤，这种方法的局限性是很明显的：能量都被沿途的正常细胞“截留”了，治疗效果会因此受影响。

而医用重离子加速器，是一种“聪明”的弹药：在消灭敌人的同时，尽量避免误伤无辜，甚至还可以在身体内“转弯”！这归功于重离子的特点：当它们的速度很快时，对周围的组织留下的能量很少，对细胞造成的影响也很小；而当它们的速度减缓之后，能够迅速把能量释放出来，对周围的细胞产生严重杀伤。这就像是，如果让一个体重很轻的同学跑着冲进人群，他可能在人群边缘就会被拦住了，而如果让一个体重很重的同学跑着冲进人群，人群一开始拦不住他，他的速度就没什么损失，直到人群深处，他才会被拦住，而这种速度的急剧变化就让动能转化成其他能量释放出来了。所以这种技术才会专门选择碳离子等比较重的元素，而不是传统的氢离子等轻元素。而肿瘤细胞往往处于人体深部，重离子在穿过其他组织时，释放的能量很少，只对肿瘤细胞杀伤性强。

（插图：苏盼盼）

由于重离子本身是带电荷的，在外界磁场的作用下，就可以引导其改变方向，从而精准地射向身体里的肿瘤细胞。在攻击实体肿瘤时，甚至可以通过预设的程序，精确地改变磁场方向，把重离子约束在肿瘤内部反复绕圈，直至把它所携带的能量，精确、可控地全部释放在肿瘤之中，几乎不伤及正常组织。这样智能的效果，是传统的光子放疗（比如 γ 射线）、X 射线放疗都无法比拟的。

目前，重离子束最大的问题是设备的价格。尽管医用重离子加速器比高能物理上使用的要求低很多，但它依然需要巨大的加速线圈才可以让重离子携带足够的能量，发挥治疗作用。而这就意味着前期会有巨大的投入。因此，世界各国对医用重离子加速器的研究还停留在摸索、观望的状态。2020年3月，我国首台医用重离子加速器在甘肃武威投入运用，并在三百多位患者身上证实了该疗法的先进性。后续，还会有更多的医用重离子加速器投入使用，让人类在对抗肿瘤的战斗中，得到更充沛的“火力支援”。