一台进口价1500万元的医疗器械直线加速器，医院却要以3520万元的价格买入，医院院长竟然吃掉了1600万元的“回扣”！这是日前中央纪委国家监委网站曾披露一个案例。
不得不说，当前医药领域反腐进入“深水区”。在本文中暂不讨论医药领域反腐事件，我们一起来看看，这台远以3520万元进价的直线加速器，究竟是台什么设备，其背后产业链又有哪些？
直线加速器究竟是什么？
据笔者了解，直线加速器通常是指利用高频电磁场进行加速，同时被加速粒子的运动轨迹为直线的加速器。高频直线加速器（high－frequency linear accelerator）简称直线加速器，是指用沿直线轨道分布的高频电场加速带电粒子的装置。
加速器是由三根用绝缘材料制成的高柱和在它们中间的加速器管组成。加速器靠真空泵保持真空。外表流线型，不仅为了美观，而且为了防止从任何棱角或突出部分形成意外的放电。
在加速器管中有金属圈，它们同高压发生器相连的方式能使一系列金属圈的负压由底部向顶端逐渐升高。生产质子的离子源安装在加速器管的上端。带正电的质子由于受到带负电的金属圈的吸引而顺管射下——由于下面金属圈的负电压不断增大，质子的速度也不断增加。在加速器管的地端的地板下面，有一间装有接收器的小室，质子能够在这里同物质碰撞，在此过程中，轰击能够引起原子核的蜕变。
直线加速器的发展历程
早在1924年，英国科学家G．Ising提出了直线加速器的雏形概念，他在一篇名为《产生高压极隧射线方法原理》的文章中提出了一个直线加速器的设计图样：一个直的真空管道和一系列的带孔的金属漂移管组成了直线加速器。
要知道，粒子的加速是通过相邻的漂移管之间的脉冲电场完成的，电场和粒子的同步是由电压源和相应的漂移管之间的传输线长度的时间延迟来实现的。同时G．Ising在文章中写道：“现在来深入讨论实现这一想法的细节问题和可能遇到的困难为时尚早，我希望不久能做一个实验。”这个建议在当时由于电磁技术的水平所限制的确难以实现。但是这个概念相当重要，对直线加速器的发展产生了里程碑式的影响。
1928年，德国科学家RolfWideroe正式提出直线加速器的概念，并且还完成了世界上第一台直线加速器。
与G．Ising的理念不同，RolfWideroe在《产生高电压的新原理》一文中指出，加速器的漂移管是交替的接高频电源和接地。移管的长度随着粒子速度的增加而变长，保证粒子每次可以在正确的时间到达间隙从而被加速。在该加速器中，束流首先形成束团，然后进行高效率的加速。束流在加速时间内处于加速间隙感受加速电场，当电场反向的时候，束团处于漂移管中，这时漂移管屏蔽了减速电场，从而使整个过程是一个加速过程。
所谓的“加速原理”也是在同年里提出的，早期利用频率不太高的交变电场加速带电粒子，1946年后利用射频微波来加速带电粒子。在柱形金属空管（波导）内输入微波，可激励各种模式的电磁波，其中一种模式沿轴线方向的电场有较大分量，可用来加速带电粒子。为了使沿轴线运行的带电粒子始终处于加速状态，要求电磁波在波导中的相速降低到与被加速粒子运动同步，这可以通过在波导中按一定间隔安置带圆孔的膜片或漂移管来实现。电子的质量很小，仅几兆电子伏。
按被加速粒子的种类，可分为电子直线加速器、质子直线加速器、重离子直线加速器和超导直线加速器等。
按被加速粒子的种类，可分为电子、质子和重离子直线加速器。
电子直线加速器
可采用行波或驻波加速粒子。当采用行波加速时，可使结构设计成等阻抗或等梯度型。等阻抗型是一种均匀的加速结构，即结构的各尺寸沿轴不变，便于设计和制造，缺点是微波功率在结构中的损耗不均匀，对较长的直线加速器来说，沿轴的结构温控较不容易。等梯度型加速结构避免了这个缺点，代价是沿轴的结构尺寸有慢变化，使设计和制造较复杂些。
质子直线加速器
质子的静止质量是电子的1，800多倍，在其很长的加速范围内，速度远小于或小于光速，因而采用驻波加速结构，以获得较高的有效分路阻抗和加速效率。质子的动能由1兆电子伏到1，000兆电子伏，其速度由光速的4．6％到87．5％。为使结构在不同能区均有较高的加速效率，需采用不同的结构。如：①质子的动能由小于1兆伏加速到几兆伏，可采用高频四极型加速结构（Radio Frequency Quadrupole，RFQ）。在一圆柱腔的中心部位，方位角对称地设置四个轴向高频电极，在它们所围的近轴区，产生四极聚焦电场，以径向聚焦束流；沿轴可周期性地调变每个电极的径向尺寸，以得到在轴向群聚和加速束流的轴向电场。它兼具聚束、聚焦和加速几种作用，是20世纪70年代兴起的加速结构，选用频率为200—400兆赫。②质子动能要由几兆电子伏加速到150兆电子伏左右，可采用漂移管型结构（又称阿尔瓦雷茨结构），是20世纪40年代末由L．阿尔瓦雷茨首先提出和建造的。在圆柱形腔内，沿轴周期性地设置长度随能量渐增的电极。当高频电场处在正半周时，质子束团在电极间被加速；当处在负半周时，质子束团躲在电极内不受负半周减速场的影响而漂移前进，故又称电极为漂移管。在漂移管内安放四极磁铁，可径向聚焦束流，选用的频率为200—400兆赫。③当质子动能要由150兆电子伏加速到更高能量，通常采用耦合腔加速结构。在该能区内对质子束的径向聚焦已较容易，可将四极磁铁移到加速腔外，使频率提高到800—1，300兆赫，以提高加速效率。这种结构也可用于加速电子，工作频率通常为1，300—3，000兆赫。
重离子直线加速器
较接近于质子直线加速器，只是在同样动能下，粒子运动速度更低，因而工作频率也更低，一般在27—150兆赫左右。早期的这类加速器，采用维德罗加速结构。现代的这类加速器按能区可采用高频四极型或阿瓦莱兹型。现今发展的重离子加速结构，如柱形和平面螺旋线结构、分离环谐振腔结构等，它们的特点是径向尺寸较小、公差要求较松、可做成许多短腔组合成整台加速器，既便于采用超导技术，又利于展宽重离子的范围和能量连续可变的需求。
超导直线加速器
利用超导材料做成的结构，其功耗几乎可略去不计，因而可用较小微波功率建立较高的加速电场。这类加速腔大多采用内表面涂有氧化保护层的纯铌材料制成，置于液氮和液氦逐级冷却的低温容器中，可冷却至4．2K或更低。加速电场可达几兆伏／米至20兆伏／米以上。将超导腔用于高能直线加速器，优势更显著。如用于强流质子直线加速器的高能段（约150—1，000兆电子伏），由于功耗可略去不计，可选用束通道孔径较大的结构，可有效避免高能强流束沿途损失造成严重的放射性污染。此外，还有利于提高加速场强，减小设备规模和运行费用等。提议中的超导正负电子直线对撞机（TESLA），选用比其他同类对撞机方案（5，700—11，400兆赫）低得多的频率（1，300兆赫）和较大的束孔径，除仍有较高的加速电场（约25兆伏／米）外，束流在腔壁上感生的尾场相对很小，较易确保束流的高品质（发射度小、能散小等）。
值得一提的是，直线加速器是各类加速器中被最广泛应用的加速器类型（见粒子加速器）。
直线加速器在医学中的应用
随着现代科学技术的发展和高科技在医学领域的应用，医用辐射治疗手段有了长足的发展。而直线加速器是目前治疗各种肿瘤疾病的一种新型的放疗设备和重要的手段。
比如，双光子医用直线加速器是用于癌症放射治疗的大型医疗设备，它通过产生X射线和电子线，对病人体内的肿瘤进行直接照射，从而达到消除或减小肿瘤的目的。
从产品特点来看，医用直线加速器①能量分档多，能量范围宽。设计有完善的多级安全联锁，确保人员和设备的安全。②全数字化的设计，整机采用计算机控制，操作软件采用图形界面，操作更简便。自动频率控制（AFC）、自动束流控制（AIC）、剂量监视和自动均整度控制（ADC）等控制系统全部采用微处理器控制，剂量更稳定。③独立双通道的电离室设计，确保剂量测量的准确性。偏转系统采用滑雪式消色散结构，可获得更好的束流分布。④加速管采用行波反馈系统，具有能量范围宽、能量稳定性高、束流能谱好，快速瞬态反应等的特点。配合大功率的微波反馈系统，最高微波能量高达6MW。⑤限束装置的上下光阑可分别独立运动，适应不同治疗种类的需要。中心精度高。可配外置的X刀、多叶光栅等适形治疗系统。具有远程故障诊断功能，可通过互联网协助用户进行维护，维修更简便。
直线加速器市场规模
根据全球和中国医用直线加速器市场的历程回顾与发展概况分析，在2022年，全球医用直线加速器市场规模达到242．34亿元（人民币），同时中国市场规模达到71．81亿元。针对全球和中国医用直线加速器行业市场发展现状及前景分析，预测到2028年，全球市场规模将会达到414．76亿元，预计年均复合增长率在9．52％上下浮动。
竞争方面，全球医用直线加速器市场核心企业主要包括Elekta，GE Healthcare，Huiheng Medical，Mitsubishi Heavy Industries（MHI）， Neusoft，Philips，Shinva，Top Grade Healthcare，Toshiba，Varian。
从产品类型方面来看，医用直线加速器市场包括低能量，高能量等类型。从应用领域来看，医用直线加速器主要应用于医学院，医院，研究所，诊所等领域。预计未来几年内领域的需求会持续上升。
