Los ciclotrones se utilizan para acelerar partículas cargadas pesadas como protones, deuterones e iones más pesados. El ciclotrón fue inventado por Ernest Lawrence en la década de 1930 como una herramienta para la investigación de la física y la producción de isótopos. Se ha utilizado para producir protones para radioterapia desde la década de 1960 en varios laboratorios de física de todo el mundo, incluidas ubicaciones en los Estados Unidos, Rusia, resto de Europa y Japón. Los ciclotrones también se han utilizado para producir haces de neutrones terapéuticos mediante la interacción de haces de protones o deuterones acelerados con berilio u otros objetivos de luz.
En su forma más simple, el ciclotrón está compuesto por dos semicilindros conductores en forma de D que son evacuados y colocados entre los polos de un imán de corriente continua. Se aplica una diferencia de potencial alterno entre las dos D de modo que cuando se inyectan protones en el centro de las D, se aceleran hacia el potencial negativo. Bajo el campo magnético constante, viajan en órbitas circulares, experimentando una aceleración cada vez que alcanzan la brecha. Se necesitan energías de 200 MeV o más para la terapia de protones si se quiere llegar a todas las áreas del cuerpo. Las energías deuterón de aproximadamente 50 MeV son adecuadas para la producción de haces de neutrones para terapia. Los haces de protones y deuterones de estas energías se pueden producir en ciclotrones diseñados apropiadamente. La mayoría de los aceleradores que se utilizan hoy en día para la terapia de protones son ciclotrones.
