质子属于重子类，质量是938百万电子伏特/c²(MeV/c²)，大约是电子质量的倍，但是质子粒子极其微小，一万亿个质子排成直线只有一毫米长。设想一台重达196吨的杀癌设备，能够以亚毫米的精度瞄准患者的肿瘤，同时保护附近的健康组织并大限度地减少副作用，这就是质子治疗。

质子从离子源开始。在几分之一秒内，氢原子被分离成带负电的电子和带正电的质子。

质子通过真空管注入直线加速器，在几微秒内，质子的能量达到700万电子伏特。

当质子束进入同步加速器时停留在真空管中，加速器将其能量增加到总计7000万到亿电子伏特，足以达到患者体内的任何深度。

在离开同步加速器之后，质子移动通过由一系列磁体组成的光束传输系统，将质子束成形，聚焦并引导至适当的治疗室。

为确保每位患者安全有效地接受规定的治疗，该设施由计算机和安全系统网络控制。机架可以旋转360度，允许光束以任何角度传送。

当质子通过输出口时，定制装置（孔径）塑造质子束，另一个定制模型将质子塑造成肿瘤形状的三维模型，将它们传递到肿瘤的部位。

在能量下，质子束以每秒125，000英里的速度传播，相当于光速的三分之二。

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