La haute technologie du CNAO est formée d'un ensemble de machines accélératrices et de lignes de transport des faisceaux accélérateur de particules. Les faisceaux sont générés à partir des sources qui produisent ions carbone et protons. La machine accélératrice la plus importante est le synchrotron. Le synchrotron du CNAO est un prototype fruit de la recherche en physique des hautes énergies, réalisée grâce à la collaboration de l'Institut National de Physique Nucléaire (INFN), du CERN (Suisse), du GSI (Allemagne), du LCSP (France) et de l'Université de Pavie. Il a été produit avec de la technologie principalement italienne.
Un synchrotron est une bouée de 80 mètres de long avec un diamètre de 25 ; dans deux zones à l’intérieur de la circonférence naissent les faisceaux de particules dans des dispositifs appelés “sources”.
Dans les sources se trouve le plasma formé par les atomes des gas,qui ont perdu les électrons. Avec des champs magnétiques et radio fréquences, ces atomes sont extraits et les protons et les ions carbone sont sélectionnés. Naissent alors les “paquets „de faisceaux composés, chacun, par des milliards de particules.
Ces paquets sont pré-accélérés et envoyés au synchrotron où, au départ, ils voyagent à environ 30000 km/s. Puis ils sont accélérés jusqu'aux énergies cinétiques de 250 MeV pour les protons et de 4800 MeV pour les ions carbone (MeV, équivalant à 1 million d’électronvolts, est l'unité d'énergie utilisée dans les phénomènes sur l’échelle atomique et nucléaire).
Le faisceau de particules dans le synchrotron est accéléré et parcourt environ 30000 kilomètres en une demi-seconde pour atteindre l'énergie souhaitée.
Les faisceaux sont ensuite envoyés à l'une des trois salles de traitement. Au-dessus de celle du milieu se trouve un aimant de 150 tonnes, utilisé pour plier de 90 degrés le faisceau de particules et le diriger par le haut sur la personne à traiter.
Le faisceau qui atteint les cellules tumorales est un “pinceau" qui se déplace d'une manière similaire à celle des électrons dans un vieux téléviseur et agit avec une précision de 200 micromètres (deux dixièmes de millimètre). Cette précision est rendue effective grâce à :
- une surveillance continue du patient pour suivre d’éventuels mouvements du corps (la respiration, par exemple) qui peuvent changer la position de la tumeur, en employant des caméras à infrarouges qui mesurent les déplacements tridimensionnels
- deux aimants de scan qui, sur la base des indications du système de monitorage des faisceaux, déplacent le « pinceau » le long du contour de la tumeur
De cette façon, section par section la tumeur est détruite : le passage d'une section à l'autre (plus profonde) s’obtient en augmentant l'énergie du faisceau. Le rayonnement entier ne dure que quelques minutes.
