大国重器出武威

从甘肃省兰州市出发，一路向西北，穿越庄浪河，翻过乌鞘岭。经过约4小时车程，科技日报记者来到了地处河西走廊东端的武威市。

夏日的阳光洒在戈壁滩上，放眼望去，一座宏伟的建筑出现在腾格里沙漠边缘。这里就是武威重离子中心，我国首台拥有自主知识产权的医用重离子加速器装置（以下简称“装置”）就安放于此。

“这个装置是目前全国最大的医疗设备之一，被誉为肿瘤放疗领域的大国重器。建成以来，已完成1400余名肿瘤患者的治疗。”甘肃省武威肿瘤医院副院长、武威重离子中心主任张雁山告诉记者。

射线界的“天使”

重离子和肿瘤治疗有什么关系？这是记者向张雁山提出的第一个问题。

“重离子放疗是目前国际上公认的先进放疗手段，特别适合于不宜手术、对常规射线不敏感等难治肿瘤的治疗。”张雁山说，“简而言之，重离子放疗就是用高速束流‘轰击’肿瘤病灶。”

他解释，重离子束具有独特的物理学特性，其在抵达病灶前释放能量较少，抵达病灶时，会瞬间形成名为“布拉格峰”的能量释放峰，杀伤癌细胞。

“整个治疗过程就像是对癌细胞实施精准的定点‘爆破’，既能强力照射病灶区域，又不会‘误伤’沿途正常细胞，从而实现疗效最大化。”张雁山形象地说，正因为拥有这种精准放射的特性，重离子束被称为射线界的“天使”。

说话间，记者随张雁山来到了装置中央控制室。宽敞的大厅内，监控大屏实时显示着装置各部件的工作状态。

张雁山指着大屏，向记者讲解起装置的主要部件——离子源、回旋加速器、同步加速器以及4个治疗终端的运行过程。

“从控制台发出指令后，离子源将碳原子核外的电子剥离形成碳离子（俗称‘重离子’），并让它们以几乎一致的速度和方向运动，形成重离子束。”张雁山介绍，“接下来，重离子束被引出，再经多轮加速转变为高速束流，由治疗终端射入人体。”

为了更直观地解释重离子束加速过程，张雁山带记者来到装置模型前。

“这就是离子源，负责生成重离子束。”张雁山指向一个形似哑铃的部件说，“它下面这个淡绿色圆柱体，是回旋加速器；旁边那个大回环，则是同步加速器。这两个加速器次序运行，最终将重离子束加速至满足治疗要求的高速束流。”

“初速度”的提供者

“能否输出高速而稳定的重离子束流，是整个装置成败的关键。”张雁山告诉记者，如果束流速度与稳定性不够，治疗剂量的准确性就难以保证，疗效就会受到影响。

为此，首先要做好预加速。重离子束从离子源出来后，进入加速的第一站——回旋加速器。回旋加速器被称为“初速度”的提供者，利用磁场和电场的共同作用，让重离子束在旋转中反复加速。

走到回旋加速器跟前，记者看到，它宛若一个圆筒形粮仓，直径约3米、高约2米。

“虽然个头不大，但它能够将重离子束加速到6.8兆电子伏特/核子，速度相当于光速的12%。”中国科学院近代物理研究所副所长杨建成介绍。

一般而言，预加速都采用直线加速器，这个加速器为什么是回旋的？

听到记者的提问，杨建成言语中透出自豪：“这是重离子治疗装置的‘中国方案’！”

此前，国际上的医用重离子加速器多采用直线加速器来给重离子束提供“初速度”。国外研发人员还为此申请了直线加速腔体结构专利。“为了规避专利壁垒，我们只能另辟‘赛道’，最终设计出回旋加速的方式。”杨建成解释。

相比直线加速器，回旋加速器的优势更为明显。国际上具有相似功能的直线加速器长度一般为十几米，而回旋加速器直径只有3米左右，体积和所占空间都更小。