目前的对撞机也被用来治疗癌症吗？
是的，目前的粒子对撞机确实在癌症治疗领域扮演着至关重要的角色，而且这个领域的发展速度非常快。我们所熟知的粒子对撞机，通常指的是那种庞大、复杂、用来加速粒子到极高能量并使其发生碰撞，以探索物质基本构成和宇宙奥秘的科学装置。然而，你所提到的“用对撞机治疗癌症”的说法，更准确地说，是指利用粒子加速器技术，特别是那些与大型对撞机技术有共通之处的加速器，来产生高能粒子束，然后将这些粒子束精确地应用于癌症治疗。
让我们来详细聊聊这个话题：
粒子加速器在癌症治疗中的核心作用——粒子疗法
癌症治疗的许多现代方法都依赖于粒子加速器技术。最著名的应用是粒子疗法，尤其是质子疗法（Proton Therapy）和碳离子疗法（Carbon Ion Therapy）。
为什么选择粒子而不是X射线？
传统上，癌症治疗主要依靠X射线（光子）进行放射治疗。X射线在穿透人体时，会释放能量，杀死癌细胞。但是，X射线有一个固有的缺点：它们在进入人体时就开始释放能量，并且能量的释放是持续的，直到穿透组织到达身体的另一侧。这意味着，在杀死肿瘤的癌细胞的同时，X射线也会对肿瘤前后的正常健康组织造成一定程度的损伤。
而粒子疗法，特别是质子和碳离子疗法，则利用了粒子独特的物理特性，尤其是它们的“布拉格峰”（Bragg Peak）现象。
布拉格峰：精准打击的秘密
粒子，比如质子（一个质子就是一个氢原子核），在穿透介质（如人体组织）时，它们的能量损失会随着穿透深度的增加而逐渐增加。在到达一个特定的深度时，粒子会突然释放出绝大部分的能量，然后停止前进。这个能量释放的最高点，就称为“布拉格峰”。
这意味着，通过精确控制粒子束的能量，我们可以让这个布拉格峰正好落在肿瘤的位置。这样，绝大部分的治疗剂量就集中在了肿瘤内部，而肿瘤前方的正常组织受到的损伤会非常小，肿瘤后方的正常组织几乎不受任何损伤。
质子疗法： 质子具有相对较小的质量和电荷，它们能够穿透人体，并在特定深度形成布拉格峰。质子疗法能够非常精确地定位，减少对周围健康组织的辐射伤害，从而在治疗某些特定类型的癌症时，能显著提高患者的生活质量，减少副作用。例如，对于儿童癌症、眼部肿瘤、脊髓肿瘤等，质子疗法显示出独特的优势。
碳离子疗法： 碳离子比质子更重，也带有更高的电荷。这使得它们在穿透组织时，能量沉积的累积效应更强，并且布拉格峰更窄、更尖锐。这意味着碳离子疗法比质子疗法具有更高的生物效应，能够更有效地杀死对常规放疗不敏感的癌细胞，尤其是有“放射抗性”的肿瘤。因此，碳离子疗法通常被视为一种更强大、更先进的粒子疗法，尤其适用于治疗骨肿瘤、头颈部肿瘤、腺样体囊性癌等。
对撞机技术与癌症治疗加速器的联系
虽然用于基础科学研究的粒子对撞机（如欧洲核子研究中心CERN的LHC——大型强子对撞机）旨在将粒子加速到远超治疗所需的能量，以模拟宇宙大爆炸的初期状态，探索基本粒子的性质，但它们所使用的粒子加速器技术与用于癌症治疗的加速器技术有着深厚的渊源和共通之处。
加速器原理的通用性： 大型对撞机使用强大的电场和磁场来加速和引导粒子。这些技术，包括射频腔（RF cavities）加速、磁铁（如超导磁铁）用于粒子束的聚焦和偏转，都是粒子加速器技术的核心。癌症治疗中使用的质子或碳离子加速器，同样是利用这些原理来产生和输送高能粒子束。
研发与创新驱动： 许多在大型粒子加速器研发中取得的技术突破，例如更高效的加速腔设计、更精确的粒子束控制系统、更先进的真空技术等，都可能为加速器在医学领域的应用提供技术支持和灵感。反过来，医学领域的特定需求，例如需要更小巧、更灵活、更经济的加速器，也会反过来推动加速器技术本身的创新。
“医用直线加速器”（LINAC）与“同步辐射加速器”（Synchrotron）
用于癌症治疗的粒子加速器通常是医用直线加速器（Medical Linear Accelerator, LINAC）或同步辐射加速器（Synchrotron）。
LINAC 相对直接，粒子在直线路径上被加速。
Synchrotron 则是一个环形加速器，粒子在环形轨道中反复加速，通过磁铁改变方向，从而达到很高的能量。很多提供质子和碳离子疗法的治疗中心使用的就是同步辐射加速器。
大型强子对撞机LHC就是一个超大型的同步辐射加速器，其核心技术（如超导磁铁、高功率射频系统）与医用同步辐射加速器在原理上是一致的，只是规模、能量和复杂性天差地别。
总结一下：
目前的对撞机本身（比如LHC）并不是直接用来治疗癌症的“医疗设备”。但它们所依赖的粒子加速器技术，特别是产生高能粒子束、精确控制粒子束和治疗应用的成熟性，是支撑着质子疗法和碳离子疗法等癌症粒子疗法发展的关键。可以理解为，大型对撞机是尖端粒子加速器技术的“试验田”和“集大成者”，而癌症治疗中使用的粒子加速器则是从这些通用技术中衍化而来，并根据医学治疗的特定需求进行了优化和“微缩”。
粒子疗法，特别是碳离子疗法，因其能够更高效地摧毁癌细胞且对周围正常组织损伤更小的特性，正日益成为一种重要的、甚至在某些情况下是首选的癌症治疗手段。随着技术的进步，我们期待看到粒子疗法在更多种类的癌症治疗中发挥更大的作用，同时也对加速器技术在基础科学和医学应用上的交叉融合充满期待。
让我们来详细聊聊这个话题：
粒子加速器在癌症治疗中的核心作用——粒子疗法
癌症治疗的许多现代方法都依赖于粒子加速器技术。最著名的应用是粒子疗法，尤其是质子疗法（Proton Therapy）和碳离子疗法（Carbon Ion Therapy）。
为什么选择粒子而不是X射线？
传统上，癌症治疗主要依靠X射线（光子）进行放射治疗。X射线在穿透人体时，会释放能量，杀死癌细胞。但是，X射线有一个固有的缺点：它们在进入人体时就开始释放能量，并且能量的释放是持续的，直到穿透组织到达身体的另一侧。这意味着，在杀死肿瘤的癌细胞的同时，X射线也会对肿瘤前后的正常健康组织造成一定程度的损伤。
而粒子疗法，特别是质子和碳离子疗法，则利用了粒子独特的物理特性，尤其是它们的“布拉格峰”（Bragg Peak）现象。
布拉格峰：精准打击的秘密
粒子，比如质子（一个质子就是一个氢原子核），在穿透介质（如人体组织）时，它们的能量损失会随着穿透深度的增加而逐渐增加。在到达一个特定的深度时，粒子会突然释放出绝大部分的能量，然后停止前进。这个能量释放的最高点，就称为“布拉格峰”。
这意味着，通过精确控制粒子束的能量，我们可以让这个布拉格峰正好落在肿瘤的位置。这样，绝大部分的治疗剂量就集中在了肿瘤内部，而肿瘤前方的正常组织受到的损伤会非常小，肿瘤后方的正常组织几乎不受任何损伤。
质子疗法： 质子具有相对较小的质量和电荷，它们能够穿透人体，并在特定深度形成布拉格峰。质子疗法能够非常精确地定位，减少对周围健康组织的辐射伤害，从而在治疗某些特定类型的癌症时，能显著提高患者的生活质量，减少副作用。例如，对于儿童癌症、眼部肿瘤、脊髓肿瘤等，质子疗法显示出独特的优势。
碳离子疗法： 碳离子比质子更重，也带有更高的电荷。这使得它们在穿透组织时，能量沉积的累积效应更强，并且布拉格峰更窄、更尖锐。这意味着碳离子疗法比质子疗法具有更高的生物效应，能够更有效地杀死对常规放疗不敏感的癌细胞，尤其是有“放射抗性”的肿瘤。因此，碳离子疗法通常被视为一种更强大、更先进的粒子疗法，尤其适用于治疗骨肿瘤、头颈部肿瘤、腺样体囊性癌等。
对撞机技术与癌症治疗加速器的联系
虽然用于基础科学研究的粒子对撞机（如欧洲核子研究中心CERN的LHC——大型强子对撞机）旨在将粒子加速到远超治疗所需的能量，以模拟宇宙大爆炸的初期状态，探索基本粒子的性质，但它们所使用的粒子加速器技术与用于癌症治疗的加速器技术有着深厚的渊源和共通之处。
加速器原理的通用性： 大型对撞机使用强大的电场和磁场来加速和引导粒子。这些技术，包括射频腔（RF cavities）加速、磁铁（如超导磁铁）用于粒子束的聚焦和偏转，都是粒子加速器技术的核心。癌症治疗中使用的质子或碳离子加速器，同样是利用这些原理来产生和输送高能粒子束。
研发与创新驱动： 许多在大型粒子加速器研发中取得的技术突破，例如更高效的加速腔设计、更精确的粒子束控制系统、更先进的真空技术等，都可能为加速器在医学领域的应用提供技术支持和灵感。反过来，医学领域的特定需求，例如需要更小巧、更灵活、更经济的加速器，也会反过来推动加速器技术本身的创新。
“医用直线加速器”（LINAC）与“同步辐射加速器”（Synchrotron）
用于癌症治疗的粒子加速器通常是医用直线加速器（Medical Linear Accelerator, LINAC）或同步辐射加速器（Synchrotron）。
LINAC 相对直接，粒子在直线路径上被加速。
Synchrotron 则是一个环形加速器，粒子在环形轨道中反复加速，通过磁铁改变方向，从而达到很高的能量。很多提供质子和碳离子疗法的治疗中心使用的就是同步辐射加速器。
大型强子对撞机LHC就是一个超大型的同步辐射加速器，其核心技术（如超导磁铁、高功率射频系统）与医用同步辐射加速器在原理上是一致的，只是规模、能量和复杂性天差地别。
总结一下：
目前的对撞机本身（比如LHC）并不是直接用来治疗癌症的“医疗设备”。但它们所依赖的粒子加速器技术，特别是产生高能粒子束、精确控制粒子束和治疗应用的成熟性，是支撑着质子疗法和碳离子疗法等癌症粒子疗法发展的关键。可以理解为，大型对撞机是尖端粒子加速器技术的“试验田”和“集大成者”，而癌症治疗中使用的粒子加速器则是从这些通用技术中衍化而来，并根据医学治疗的特定需求进行了优化和“微缩”。
粒子疗法，特别是碳离子疗法，因其能够更高效地摧毁癌细胞且对周围正常组织损伤更小的特性，正日益成为一种重要的、甚至在某些情况下是首选的癌症治疗手段。随着技术的进步，我们期待看到粒子疗法在更多种类的癌症治疗中发挥更大的作用，同时也对加速器技术在基础科学和医学应用上的交叉融合充满期待。
网友意见
谢题主邀，这个问题确实无厘头，因为：
- TeV质子的穿透性与MeV质子是有本质上的区别的
为什么医用质子束治疗优于它的老前辈伽马射线治疗？除了质子对DNA的杀伤效率高于光子外，更重要的一点在于MeV质子束的能量沉积特性：布拉格峰的位置。
上图是我根据目前的医用质子束能量，所做的能量沉积图。人体组织在辐射医学中，可以近似看作是水。由上图可知，100MeV的质子束在即将耗完所有动能时，会大量释放能量(其实是消耗能量与运动距离的比值会达到最大，也就是dE/dx)，最终达到的效果，是在约75毫米的深度中，沉积了大部分的能量。这就是我们常说的“布拉格峰”，其优点在于不需要如同伽马射线一样，通过多个角度束流的重叠，来增加靶区域，也就是肿瘤区域的辐射剂量。下图可以很好地说明这一点。
显然，通过上图可知，伽马治疗对患者正常组织的辐射，要高于右侧的质子治疗。所以，质子治疗确实好。通过你和他的对话，可以知道，他是了解这种性质的。可这是对MeV级别的医用质子束啊，TeV的质子束性质就完全不同了。我们来看看7TeV质子束在水中的沉积情况。
上图是1000个7TeV质子在水中的能量沉积分布。你没有看错，这时候的长度单位是“米”。25米深的水，才把7TeV的能量全部耗尽。用这种能量的质子来对病人的病灶进行治疗，完全摒弃了MeV质子优良的性质不说，还极大地增加了医学辐射防护的成本：得造多厚的墙，才能把穿透病人后，能量依然巨大的质子束停下来？别忘了，隔壁控制室还有一群工作人员呢。
TeV级别的质子束，在空气中也会走很远。下图是7TeV质子在空气中的能量沉积，注意，单位是公里。
而且，LHC的束流在碰撞点时，束流尺寸(直径)会因为聚焦，而降低到64微米。且每25纳秒一个束，每束都是有10的11次方量级质子的致密束流，这跟医用质子束完全不是一个东西。当前对撞机加速器的研发和使用，可以说并没有为医用质子治疗的加速器提供多少有效的经验。这是一种为了研究基础物理，而特异化的质子束。
近期很多人都在讨论我国是否有必要建造大型对撞机，说实话，难得有一个科研项目可以如此普遍地，广泛地在民众中讨论。我认为这很好，无论是支持还是反对，都可以随着讨论的广泛化和深入化，而增加民众对科学知识的了解。题主您和这位小伙伴的讨论，就很好，虽然无厘头，却是很有必要的。但是，无论谁对谁错，都不需要以“打脸”来作为讨论的终极目的，这不是讨论问题的方式。
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