- สถาบันเซิร์น (The European Organization for Nuclear Research – CERN)
ศูนย์วิจัยด้านฟิสิกส์อนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลก ทรงนำคณะนักวิทยาศาสตร์ไทยไปเยือนถึงห้าครั้งและมีการลงนามแสดงเจตจำนงที่จะร่วมมือกันส่งผลให้ไทยมีโอกาสได้เข้าร่วมในโครงการและกิจกรรมวิชาการต่างๆของเซิร์น
- สถาบันเดซี (Deutsches Elektronen-Synchrotron)
ห้องปฏิบัติการวิจัยชั้นนำของโลกด้านฟิสิกส์ของอนุภาคมูลฐานที่มีความร่วมมือกับไทยในหลายโอกาส จนนำไปสู่การลงนามข้อตกลงความร่วมมือระหว่างสถาบันเดซีและสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ
- สถาบันจีเอสไอ (GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research)
สถาบันวิจัยไอออนหนักที่มีผลงานการวิจัยทั้งทางด้านวิทยาศาสตร์พื้นฐานและวิทยาศาสตร์ประยุกต์ ได้มอบทุนการศึกษาภาคฤดูร้อนให้แก่นิสิตนักศึกษาสาขาฟิสิกส์ของไทย ปีละสองทุน เข้าร่วมโครงการอบรมภาคฤดูร้อนร่วมกับนักศึกษาจากทั่วโลก
- ITER (International Fusion Energy Organization)
องค์กรวิจัยวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ พระองค์เสด็จพระราชดำเนินเยือนและทอดพระเนตรความก้าวหน้าการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่น เทคโนโลยีด้านพลาสมาและนิวเคลียร์ฟิวชั่น ณ สาธารณรัฐฝรั่งเศส
- SPHIC (Shanghai Proton and Heavy Ion Center)
ศูนย์การแพทย์ทางการรักษาด้วยโปรตอนและไอออนหนักแห่งเซี่ยงไฮ้ พระองค์ได้เสด็จพระราชดำเนินเยือนและทอดพระเนตรการดำเนินงานของศูนย์รังสีบำบัดที่ใช้โปรตอนและไอออนหนักในการรักษาโรคมะเร็งอย่างครบวงจรที่ทันสมัยที่สุดและเป็นแห่งแรกของสาธารณรัฐประชาชนจีน
จากพระวิสัยทัศน์อันกว้างไกลและพระเมตตาของ สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ที่ทรงมีต่อโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ อีกทั้งความร่วมมือจากหลายภาคส่วน ปัจจุบันสาขารังสีรักษาและมะเร็งวิทยาฝ่ายรังสีวิทยาโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ได้เตรียมยกระดับและพัฒนาการรักษาผู้ป่วยด้วยการนำนวัตกรรมใหม่ล่าสุดทัดเทียมนานาชาติก้าวสู่มิติใหม่แห่งวิทยาการการรักษามะเร็ง
กว่าจะมาเป็นศูนย์โปรตอนสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ
สาขารังสีรักษาและมะเร็งวิทยาฝ่ายรังสีวิทยาโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์เริ่มให้บริการรักษาผู้ป่วยมะเร็งด้วยรังสีจากภายนอก ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2494 ด้วยเครื่องเอกซเรย์กิโลโวลต์ ต่อมาในปี พ.ศ. 2501 ถึงพ.ศ. 2533 ได้ให้บริการรักษาผู้ป่วยด้วยรังสีแกมมาจากเครื่องโคบอลหกสิบ จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2533 ถึงปัจจุบันได้พัฒนาอย่างต่อเนื่องมาสู่การรักษาด้วยรังสีเอกซ์พลังงานสูงและลำอิเล็กตรอนด้วยเครื่องเร่งอนุภาค และพัฒนาสู่เครื่องเร่งอนุภาคที่ควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์โดยมีเป้าหมายในการทำลายเซลล์มะเร็งเพื่อรักษาผู้ป่วยให้หายขาดจากโรครวมถึงเกิดผลข้างเคียงน้อยที่สุด ปัจจุบันโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์มีเครื่องเร่งอนุภาคจำนวนทั้งสิ้นหกเครื่องสามารถให้การบริการฉายรังสีให้แก่ผู้ป่วยได้ปีละประมาณสี่พันราย
ในปี พ.ศ. 2557 สาขารังสีรักษาและมะเร็งวิทยา ฝ่ายรังสีวิทยา โรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ สภากาชาดไทย ได้รับอนุมัติงบประมาณในการติดตั้งเครื่องฉายอนุภาคโปรตอน เมื่อความทราบถึง สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ว่าโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์มีแผนดำเนินการจัดสร้างศูนย์ความเป็นเลิศในการรักษามะเร็งด้วยอนุภาคโปรตอน จึงทรงให้การสนับสนุนอย่างเต็มที่พร้อมทั้งพระราชทานพระราชวโรกาสให้นำทีมผู้บริหารและนักวิจัยของโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์เดินทางไปศึกษาดูงานที่ศูนย์วิจัยฟิสิกส์พลังงานสูง (The GSI Helmholtzzentrum fur Schwerion-enforschung – GSI) สหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนี นอกจากนี้ยังทรงพระราชทานนามให้แก่ศูนย์ฯ แห่งนี้ว่า “ศูนย์โปรตอนสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ”
ศูนย์โปรตอนสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดา เป็นศูนย์ความเป็นเลิศในการรักษาโรคมะเร็งด้วยอนุภาคโปรตอนแห่งแรกในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ที่มีการใช้เครื่องเร่งอนุภาคไซโคลตรอน พร้อมห้องปฏิบัติการในการรักษาซึ่งมีมูลค่าถึง 1,200 ล้านบาท โดยเครื่องเร่งอนุภาคไซโคลตรอนมีน้ำหนักถึง 90 ตัน ส่งจากสหพันธ์ สาธารณรัฐเยอรมนีโดยทางเรือ ใช้เวลาประมาณสองเดือนถึงท่าเรือแหลมฉบังจังหวัดชลบุรี หลังจากนั้นขนส่งต่อมาทางถนนด้วยรถขนาดใหญ่ 50 ล้อ เนื่องจากเครื่องเร่งอนุภาคไซโคลตรอน มีขนาดใหญ่มาก ในระหว่างการขนส่งเพื่อนำมาติดตั้งจึงจำเป็นต้องปิดถนนตามเส้นทางที่รถขนส่งผ่าน จนกระทั่งถึงโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์
วันที่ 20 มิถุนายน พ.ศ. 2562
สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ได้เสด็จพระราชดำเนินมาทอดพระเนตรการติดตั้งเครื่องไซโคลตรอนและทรงกดปุ่มไฟฟ้า นำเครื่องไซโคลตรอน เข้าสู่ “ศูนย์โปรตอนสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ” ณ อาคารศูนย์ความก้าวหน้าทางวิชาการโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์สภากาชาดไทย
วันที่ 2 สิงหาคม พ.ศ. 2564
ศูนย์โปรตอนสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ เริ่มการฉายรังสีครั้งแรกในผู้ป่วยมะเร็ง
วันที่ 5 กันยายน พ.ศ. 2565
สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ได้เสด็จพระราชดำเนินในพิธีเปิด ศูนย์โปรตอนสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ” ณ อาคารศูนย์ความก้าวหน้าทางวิชาการโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์สภากาชาดไทย