L’adroterapia è la figlia più giovane della radioterapia convenzionale, quella che si effettua con i raggi X (detti 'gammas' o 'fotoni' dai fisici). L’adroterapia utilizza fasci di protoni (ioni di idrogeno), di ioni carbonio e di neutroni, che sono tutte particelle più pesanti degli elettroni e sono dette "adroni".

Protoni accelerati a 200 MeV e ioni carbonio accelerati a 4’700 MeV permettono di irradiare i tumori profondi seguendone il contorno con precisione millimetrica e di risparmiare i tessuti sani circostanti.

Produrre protoni e ioni carbonio di queste energie è più difficile e costoso che produrre gli elettroni da 10 o 20 MeV necessari per la terapia convenzionale con raggi X. Soltanto i protoni da 200 MeV riescono infatti a penetrare nel corpo fino a 27 cm e a raggiungere così i tumori profondi. Per penetrare fino alla stessa profondità gli ioni carbonio devono essere accelerati a un'energia circa ventiquattro volte maggiore (4’700 MeV), il che implica apparecchiature ancora più grandi.

Per la protonterapia si usano quindi o "ciclotroni" di 3-4 metri di diametro [Figura: In un ciclotrone gli adroni percorrono un'orbita a spirale], oppure "sincrotroni" di 6-8 metri di diametro [Figura: In un sincrotrone gli adroni percorrono una stessa orbita circolare un milione di volte].

Invece per la terapia con ioni carbonio si impiegano "sincrotroni" di 20-25 metri [Figura: Il sincrotrone de Centro Nazionale di Adroterapia].