由于质子束的特殊性能，质子束在生命科学与医疗发展中具有重要的应用。南京质子源产生的质子束可以应用于医用同位素生产、质子治疗癌症、硼中子俘获治疗癌症和质子辐照育种等方面的研究。

（一）医用同位素生产研究

加速器生产的缺中子同位素往往比反应堆生产的同位素更适宜于医用，因为它们的纯度和放射性比度都相对较高，且具有更为合理的半衰期，一般由回旋加速器生产或直线加速器生产。目前，我国大量的医用同位素大多靠进口，但国内需求却越来越大。如C-14是生命科学研究的重要核素，Sr-89是癌症患者的极佳镇痛剂等等，这些核素都是天然界几乎不存在的，需要靠(n，p)中子核反应或其它核反应来生产。但目前国内的生产线极少，供不应求，所以医用同位素生产具有很大的市场潜力。每年超过4亿市场，绝大部分依靠进口。这些医用核素的生产靠的是快中子、质子或α粒子。我们用一个低能加速器以加速质子或α粒子，通过(p，n)反应或(α，n)反应来产生快中子。用来生产医用核素。

目前，这套医用同位素生产加速器的构成有两种：

（1）质子低能加速器。其构成：质子源，四极射频加速器，控制系统，水冷系统，真空系统，射频功率源，螺旋管磁铁，束测系统，靶，核分离系统和基础建设构成。这套设备可以用于生产C-14。

（2）α粒子低能加速器。其构成：α粒子源，四极射频加速器，漂移管加速器，控制系统，水冷系统，真空系统，射频功率源，螺旋管磁铁，束测系统，靶，核分离系统和基础建设构成。这套设备可以用于生产C-14和Sr-89。目前，医用同位素国际市场每年约为十亿元。

（二）质子治疗癌症

质子治癌是近年来发展起来，利用质子束杀死癌症细胞的一项技术。目前，在日本等发达国家已经作为一项重要的治疗癌症的手段。其工作原理是：当加速器将质子加速到将近光速时，质子会带有极大的能量，它可以穿透皮肤，进入人体，并与细胞、组织发生反应，达到杀死癌细胞的目的。与传统的钴60或X光照射的肿瘤放射疗法比较，质子照射的最大优点是，它几乎不会照射到正常的细胞与组织，这一点是目前不论以放射线或放射线药物治疗癌症都没能做到的。一般来说，治疗效果达到了95％以上，5年的存活率高达80％。这个成绩是令人鼓舞的。目前不论是高能物理学界还是医学界，似乎都将质子治癌评估为最有效的方法，其他方法是无法比拟的，见图2.9所示。目前质子治疗癌症设备的国际市场约为近百亿。

我们利用质子辐照下材料物性和物质演变实验装置产生的不同能量的质子束对不同机体深度的肿瘤进行医学治疗研究，同时将该结果进行产业化。

图2.9  质子治疗癌症系统

（三）硼中子俘获治疗癌症

硼中子俘获治疗（Boron  Neutron Capture  Therapy,简称BNCT）通过在肿瘤细胞内的原子核反应来摧毁癌细胞，它的原理是这样的：先给病人注射一种含硼的特殊化合物。这种化合物与癌细胞有很强的亲和力，进入人体后，迅速聚集于癌细胞内，而其他组织内分布很少。这种含硼化合物对人体无毒无害，对癌症也无治疗作用。这时，用一种超热中子射线进行照射，这种射线对人体的损伤不大，但中子与进入癌细胞里的硼能发生很强的核反应，释放出一种杀伤力极强的射线，这种射线的射程很短，只有一个癌细胞的长度。所以只杀死癌细胞，不损伤周围组织。这种有选择的只杀死形状复杂的癌细胞而不损伤正常组织的技术，称为硼中子俘获治疗技术。

我们利用质子辐照下材料物性和物质演变实验装置产生的质子束轰击靶产生中子，用中子束照射服过硼药的患者，从而对肿瘤进行医学治疗研究，获得硼中子治疗癌症的所有科研数据，为硼中子俘获治疗癌症提供强有力的实验数据，同时将该结果进行产业化，该产业具有广阔的市场前景。

（四）质子辐照育种研究

质子辐照育种是利用质子辐射处理生物，以诱发突变，从中选出优良变异个体，通过一系列育种程序，培育出新品种。

质子辐照育种是近年来发展起来的一种新奇的种植技术。它利用质子束照射农作物的种子、植株或某些器官和组织，促使它们产生各种变异，再从中选择需要的可遗传优良变异，培育成新的优良品种。经过这样的技术种植，一个青椒重量可以达到500克，玉米能够结出7个棒，黄瓜可以长到半米高，而美丽的花卉也都神话般地发生变异，一串红本是一串串地开花，在这里可以满株开花，如同一座小塔。万寿菊本是单层的四瓣花，这时开出的花却变成了多层的六瓣花。矮牵牛也会由原本开红色的小花，培育后花朵变大，而且一株可以开出红、白、粉等多种颜色的花朵。

由于质子束具有很高能量和极强穿透力，质子束照射种子之后，可以使种子细胞内的染色体断裂，使它的位置、结构和基因分子发生变化。而农作物的各种特性都是由染色体的基因分子决定的，所以，质子束照射是种子细胞染色体基因发生变化的结果，会导致生物体的特性发生变化。另一方面，质子束还可以引起与细胞质有关的遗传性核外变异。

利用质子辐照下材料物性和物质演变实验装置对生物种子和生物遗传体进行质子辐照，研究种子的基因诱变，使辐射育种有新的发展，加速培育过程，同时还能够培育出常规育种条件下不易产生的变种。从而提高农作物的产量，而且作物所含的蛋白质、维生素的含量也都有大幅度的提高。

全世界肿瘤发病率每年超过1400万人次，死亡超过820万人《参考消息，2014.2.8》。我国每年发病人数约350万，死亡250万。每个病人癌症治疗费一般在20万元。也就是说，每年用于癌症治疗的费用中国约为7000亿元，世界约为1.4万亿。目前质子治疗癌症设备的国际市场约为近百亿。随着硼中子俘获治疗癌症等技术的成熟，癌症治疗设备有可能市场达到千亿与万亿。

据国际原子能机构2008年的不完全统计，在全世界利用辐射诱变技术成的2320个新品种中，中国占世界总量的26.9％；每年为国家增加粮食、棉花、油料等创造经济效益40亿元。虽然农业育种的市场产值不大，但其重要意义在于维护我们的粮食安全。