该方向是国内率先开展加速器离子束物理与应用技术研究的核心单位之一，主要依托3MV和6MV串列静电加速器，通过多路研究终端（包括微米束探针系统、质子激发X射线荧光分析系统、离子束分析系统、离子束辐照系统、双离子束协同作用系统以及强流离子FLASH生物学辐照系统等），聚焦国防安全、先进核能、生命健康等国家重大需求，深度融合核科学、生物医学、材料科学与科技考古等前沿领域，构建多模态实验平台，实现材料成分、结构及元素分布的纳米级分析，支持材料、生物、环境、考古等样品的跨尺度、多维度研究。