پرتودرمانی، استفاده از پرتوهای یون‌ساز جهت کنترل و درمان سرطان است. در حال حاضر، برای بیش از نیمی از بیماران سرطانی از روش‌های مختلف پرتودرمانی به‌عنوان قسمتی از برنامه درمانی یا کل آن استفاده می‌شود. پرتودرمانی خارجی یکی از انواع روش‌های پرتودرمانی است که کاربرد گسترده‌ای دارد و برای درمان انواع مختلفی از سرطان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. پرتوهای مختلفی در این روش مورد استفاده قرار می‌گیرد که شامل؛ پرتوگاما و ایکس (فوتون)، باریکه الکترون، پروتون، یون‌های سنگین (به طور مثال یون کربن) می‌شود. پرتوهای گاما از چشمه‌های رادیواکتیو (معمولاً کبالت-60) بدست می‌آیند، اما مولد سایر پرتوها شتاب‌دهنده‌ها می‌باشند که دارای انواع گوناگونی هستند. در واقع امروزه یکی از کاربردهای رایج شتاب‌دهندها، استفاده از آن‌ها جهت پرتودرمانی بیماران سرطانی است. با استفاده از شتاب‌دهندها می‌توان بافت‌های سرطانی ایجاد شده در نقاط مختلفی از بدن را براحتی مورد هدف قرار داد. برای این منظور در درمان سرطان از باریکه‌های الکترون، ایکس، پروتون و یون‌های کربن استفاده می‌شود. شتاب‌دهنده‌های خطی الکترون دستگاه‌هایی هستند که می‌توانند باریکه الکترونی 5 تا 18 مگا الکترون‌ولت را تولید کنند. از این شتاب‌دهنده‌ها که امروزه بسیار رایج هستند، هم در مد الکترون و هم در مد ایکس استفاده می‌شود. برای درمان تومورهای قرار گرفته در نزدیکی ارگان‌های حساس، استفاده از روش‌های دیگر نظیر پروتون/یون‌درمانی بسیار کارآمدتر است. در این روش بیشترین دز به بافت سرطانی و کمترین دز به بافت‌های سالم و ارگان‌های حیاتی اطراف تومور منتقل خواهد شد، که هدف نهایی در پرتودرمانی است. سیکلوترون و سینکروترون رایج‌ترین شتاب‌دهنده‌هایی هستند که برای این منظور استفاده می‌شوند. سیکلوترون‌ها معمولاً فقط برای پروتون مورد استفاده قرار می‌گیرند و شعاع باریکه‌ی درمانی آن‌ها در حدود چند سانتی‌متر است. اگرچه معمولاً انرژی خروجی آن‌ها ثابت است، تکنیک‌هایی برای بدست آوردن انرژی متغیر برای این نوع از شتاب‌دهنده‌ها وجود دارد. سینکروترون‌ها دیگر شتاب‌دهنده‌های دایروی هستند که برای درمان با پروتون و سایر یون‌ها مناسب‌اند. سینکروترون، قابلیت شتاب‌دهی به پروتون و یون‌های دیگر را دارد. شعاع باریکه آن در حد چند سانتی‌متر است و تغییر انرژی باریکه خروجی در آن به‌راحتی امکان‌پذیر است .در حال حاضر 71 مرکز در دنیا وجود دارد که برای درمان سرطان از باریکه پروتون/یون استفاده می‌کنند و 54 مرکز نیز در حال ساخت یا در حال برنامه‌ریزی برای ساخت هستند.
مرکز ملی یون درمانی ایران به عنوان اولین مرکز درمان سرطان با باریکه کربن و پروتون در ایران است و مجهز به شتاب‌دهنده سینکروترون است. در اردیبهشت 96 مراسم احداث این مرکز با حضور معاون رئیس‌جمهور، وزیر امور خارجه ایران، وزیر بهداشت و آموزش پزشکی و هم‌چنین سفیر کشور اتریش، رئیس هیئت نظارت مرکز مداسترون و مدیر عامل مرکز مداسترون برگزار شد.
مرکز ملی یون درمانی ایران قادر خواهد بود سالانه 25000 جلسه پرتودرمانی را به بیش از 1200 بیمار ارائه دهد. فاز طراحی و ساخت این مرکز با همکاری مرکز مداسترون اتریش در حال انجام است و طی شش سال آینده به ظرفیت اسمی خود خواهد رسید. این مرکز با مجهز بودن به یک اتاق تحقیقاتی علاوه بر سه اتاق درمانی، امکان انجام تحقیقات فیزیک پزشکی و تحقیقات فیزیک کاربردی را برای پژوهشگران فراهم خواهد کرد.
.