陽子線とは、水素の原子核を使用した放射線の一種です。水素の原子は、1個の陽子と1個の電子で構成されています。この水素の原子から電子を取り除き、加速させたものが陽子線です。

陽子線は放射線の中でも粒子線に分類されています。粒子線の分類方法にはいくつかのパターンがあるため、陽子線も重粒子線に含まれる場合もあります。しかし日本国内において、がん治療における重粒子線は、基本的に炭素イオン線を意味するため、陽子線は重粒子線には含まれません。

陽子線も重粒子線もどちらも原子核からなる粒子線です。しかし陽子線は水素の原子核であるのに対し、重粒子線は炭素の原子核です。原子量が異なるため、陽子線は陽子1個なのに対し、重粒子線では陽子6個と中性子6個になります。つまり粒子の重さが異なります。

がん治療においては、陽子線も重粒子線も、それぞれの原子核を加速させて患部に照射します。粒子線は、身体の中に入って止まるときに大きなエネルギーを発生させ、がん細胞を破壊します。このとき患者は痛みや熱を感じることはありません。原子核の質量が異なれば運動エネルギーも変わるため、放射線としてのエネルギーも異なります。

陽子線の原子核の方が軽いため、重粒子線に比べるとエネルギーは低いです。従来の放射線治療に使われてきたX線に比べて、1.2倍程度のエネルギーしか持ちませんが、身体の中に部分的に照射できるのが特徴です。また重粒子線よりも患部の周囲への影響が少ないため、重粒子線に比べると広範囲のがん細胞に適用できます。

一方で重粒子線は、原子核が重くなる分、高いエネルギーを持ちます。そのためがん細胞を破壊する力も強くなり、従来の放射線治療では破壊しにくかった骨肉腫や骨軟部腫瘍などの治療にも効果が期待できます。しかし同時に、周囲の健康な細胞に影響する可能性も高いため、治療部位が限られるケースもあります。

陽子線と重粒子線に共通する項目もあります。例えば陽子線も重粒子線も、発生させる際には非常に大きな装置が必要です。どちらもイオン源から発生させた原子核を、リニアック（直線加速器）やシンクロトロンなどの加速器で加速させて患部に照射します。また患部に適切な角度で照射するため、照射装置や患者を回転させるガントリーという装置が使用されることもあります。