Начиная с 1990-х годов медики в различных странах пытались использовать протонные лучи вместо радиоактивного излучения для лечения раковых злокачественных опухолей. Протонная терапия более точна и она наносит меньше ущерба здоровым тканям человеческого организма. Но, к сожалению, для того, что бы получить луч протонов достаточной мощности требуется ускоритель частиц, размерами с ангар для самолета и стоимостью более чем 100 миллионов долларов. Таким образом, установки протонной терапии остаются большой редкостью, в настоящее время таких установок во всем мире насчитывается всего 37 штук. С их помощью в прошлом году было проведено лечение 10 тысяч человек, менее пяти процентов от общего количества пациентов, которым могла бы помочь протонная терапия.

Ученые и инженеры компании Compact Particle Acceleration Corporation (CPAC), находящейся в Ливерморе, Калифорния, занимаются разработкой ускорителя частиц, длиной всего 4 метра, стоимость которого не будет превышать 30 миллионов долларов. Большинство ускорителей использует огромные постоянные или электрические магниты для того, что бы выработать мощное постоянное магнитное поле, разгоняющее частицы. Использование таких магнитов требует бетонных защитных барьеров, толщиной до трех метров и большого количества сопровождающих аппаратных средств.

Опытный образец ускорителя CPAC для ускорения частиц использует не просто магнитное поле, а электромагнитное поле, возбуждаемое специальными электрическими линиями-резонаторами, использование которых не требует массивного ограждения и громоздкого дополнительного оборудования.

Конечно, в составе ускорителя CPAC имеются и магниты. Но эти магниты служат лишь для того, что бы извлечь положительно заряженные протоны из объема водородной плазмы, вырабатываемой двойным плазматроном, дуоплазматроном. Отклоняющая магнитная система фокусирует протоны в плотный поток, поступающий в инжектор, где микроволновых электромагнитные поля разгоняют частицы до скоростей порядка 8 миллионов километров в час.

Одновременно с этим специальный лазер вырабатывает мощный световой импульс, который расщепляется на несколько пучков, подаваемых в оптоволоконные линии различной длины. Эти импульсы света, попадающие на поверхность резонаторов, изготовленных из специального материала, приводят к высвобождению материалом свободных электронов, что позволяет получить импульс электромагнитного поля с заданными характеристиками. Последовательность таких импульсов позволяет разогнать протонный луч до скорости почти в 540 миллионов километров в час, приблизительно до половины скорости света. Всем этим процессом управляет специализированный высокоточный таймер, который строго в заданные моменты времени включает или отключает магниты, лазер и другие элементы конструкции ускорителя, заставляя их действовать как единая система.

В протонной терапии требуется обработка злокачественной опухоли лучом протонов с различных углов. Разработчики ускорителя посчитали, что вместо того, что бы двигать четырехметровую конструкцию ускорителя вокруг пациента легче передвигать самого пациента так, как это требуется. Для этого в состав установки включено специальное автоматизированное кресло, которое обладает несколькими степенями свободы перемещений, что позволяет повернуть или наклонить пациента в любое требуемое для обработки положение.