Akcelerator jest to urządzenie do przyspieszania cząstek naładowanych. Istnieją różne sposoby klasyfikacji akceleratorów. I tak dzieli się je za względu na to jakie cząstki są w nich przyspieszane, po jakim torze się poruszają czy jaką metodą są przyspieszane.

W akceleratorach przyspieszanie cząstek a więc wzrost ich energii kinetycznej następuje na skutek jej oddziaływania z polem elektrycznym.

Ze względu na tor cząstki akceleratory można podzielić na liniowe i cykliczne.

Akcelerator liniowy jest to takie urządzenie, w którym cząstki mające ulec przyspieszeniu poruszają się po linii prostej. W innym typie akceleratora - akceleratorze kołowym , cząstki biegną po okręgu.

Dzięki zastosowaniu liniowych torów cząstek w akceleratorach liniowych możliwe jest uniknięcie start energii, jaka emitowana jest podczas ruchu cząstek w akceleratorach kołowych.

Warto zastanowić się ja zbudowany jest taki akcelerator liniowy. Mianowicie składa się on z wielu odcinków, na których cząstki są przyspieszane. Elementy te następują jeden po drugim.

Cząstka dostając się do takie j przyspieszającej rury pokonuje po kolei takie pierścienie przyspieszające, w taki sposób, że zawsze przed nią znajduje się elektroda przyciągająca a za nią elektroda odpychająca. Aby tak się działo konieczne jest odpowiednie manipulowanie napięciem na elektrodach.

Wyróżnia się kilka typów akceleratorów liniowych. Są to:

  • akcelerator kaskadowy Cockcrofta-Waltona
  • akcelerator van de Graaffa
  • akcelerator liniowy z falą stojącą
  • akcelerator liniowy z falą bieżącą

W poszczególnych typach akceleratorów stosuje się rozmaite techniki przyspieszania cząstek.

Akcelerator liniowy z falą stojącą oraz akcelerator liniowy z falą bieżącą należą do akceleratorów o napięciu przyspieszającym wysokiej częstotliwości.

I tak np. w akceleratorze z falą bieżącą stosuje się bieżące fale elektromagnetyczne. Uzyskuje się je w falowodzie. Jest on tak skonstruowany, ze nie dochodzi do odbijania fal. W takim falowodzie dochodzi do przemieszczania się pola elektrycznego fali z taką szybkością , aby była ona taka sama jak prędkość cząstek przyspieszanych.

W akceleratorach tego typu przyspiesza się cząstki do prędkości niewiele mniejszych od prędkości światła. Dlatego też zanim cząstki dostaną się do tego akceleratora musza być już wstępnie przyspieszone w innym akceleratorze.

Taki akcelerator z falą bieżącą pracuje w Stanford. Ma on długość 3 kilometry.

W akceleratorach liniowych z falą stojącą wykorzystuje się rezonatory fal elektromagnetycznych. W urządzeniach tych można przyspieszać protony lub ciężkie jony. Rura akceleracyjna składa się z wielu elementów pomiędzy którymi pole elektryczne powoduje przyspieszanie cząstek.

I tak jak w poprzednim przypadku zanim cząstki znajdą się w tym akceleratorze musza być wstępnie przyspieszone.

Akcelerator kaskadowy Cockcrofta-Waltona stosuje się do przyspieszania protonów a także jako urządzenie do otrzymywania neutronów poprzez przyspieszanie deuteronów. Często używany jest do wstępnej akceleracji cząstek dla dużych akceleratorów.

Pierwszy taki akcelerator kaskadowy został zbudowany w roku 1932. Uzyskana wtedy różnica potencjałów wynosiła 600 kV. Używany był przede wszystkim w badaniach jądrowych. Wysokie napięcie w takich akceleratorach uzyskuje się dzięki zastosowaniu generatora kaskadowego. W czasach obecnych w urządzeniach tych można uzyskać różnice potencjałów rzędu 10 MV.

Kolejny typ akceleratora liniowego to akcelerator van de Graffa. W akceleratorze tym można przyspieszać cząstki takie jak elektrony lub protony albo jony. Elementem przyspieszającym jest tutaj pole elektrostatyczne. Pole to jest wytwarzane przez generator van de Graffa.

Akceleratory te mogą mieć różną konstrukcję i dlatego dzieli się je na dwa typy: akceleratory powietrzne i akceleratory ciśnieniowe.

W akceleratorach van de Graffa istnieje możliwość przyspieszenia cząstek do energii 10 MeV.

Istnieją jeszcze akceleratory van de Graffa typu tandem. W nich osiągane są większe przyspieszenia dla jonów.

Mogą one osiągać nawet dwukrotnie wyższe energie. Dzieje się tak ponieważ przeprowadza się zmianę ładunków cząstek podczas przyspieszania. Jeżeli mamy do czynienia z tandemem dwustopniowym to przebieg przyspieszania jest następujący. Najpierw następuje skierowanie wiązki jonów dodatnich do kanału z gazem. Panuje tam niskie ciśnienie. Jony oddziałują z cząsteczkami tego gazu i w rezultacie każdy przyłącza po dwa elektrony. W rezultacie więc dochodzi do powstania jonów ujemnych. Następnie ulegają one odchyleniu przy użyciu magnetycznego analizatora. Na skutek tego tylko odpowiednie jony przechodzą do rury , w której będą przyspieszane. Ulegają one przyspieszeniu do wartości jaką posiada potencjał dodatniej elektrody. Następnie jony takie dostają się do obszaru, w których pozbawia się je ładunków ujemnych. Obszar ten może stanowić ośrodek gazowy lub folia wykonana z metalu. Następnie powstałe jony dodatnie wchodzą do drugiej rury akceleracyjnej.

Dzięki takim akceleratorom można przyspieszać cząstki do energii kilkudziesięciu MV