เร่งเชิงเส้นของอนุภาคที่มีประจุ เป็นงานเร่งอนุภาค ทำไมเครื่องเร่งอนุภาค?

เร่งของอนุภาคที่มีประจุ - อุปกรณ์นั้นลำแสงของอนุภาคอะตอมหรือโมเลกุลที่มีประจุไฟฟ้าเดินทางที่เกือบความเร็ว พื้นฐานของการทำงานของเขาเป็นสิ่งที่จำเป็นเพิ่มขึ้นของพวกเขา พลังงานโดยสนามไฟฟ้า และเปลี่ยนวิถี - แม่เหล็ก

อะไรคือเครื่องเร่งอนุภาค?

อุปกรณ์เหล่านี้จะใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาต่างๆของวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม ในวันที่ทั่วโลกมีมากกว่า 30,000 ฟิสิกส์ของเครื่องเร่งอนุภาคเรียกเก็บเงินใช้เป็นเครื่องมือในการวิจัยพื้นฐานเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมธรรมชาติของแรงนิวเคลียร์และคุณสมบัตินิวเคลียร์ซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติ หลังรวม transuranic และองค์ประกอบอื่น ๆ ที่ไม่เสถียร

กับหลอดปล่อยเป็นไปได้ในการกำหนดค่าใช้จ่ายที่เฉพาะเจาะจง ที่เรียกเก็บเครื่องเร่งอนุภาคนอกจากนี้ยังใช้สำหรับการผลิตไอโซโทปรังสีในการถ่ายภาพรังสีอุตสาหกรรมการรักษาด้วยรังสี, การฆ่าเชื้อของวัสดุชีวภาพและใน การวิเคราะห์เรดิโอ หน่วยที่ใหญ่ที่สุดถูกนำมาใช้ในการศึกษาของการสื่อสารขั้นพื้นฐาน

อายุการใช้งานของอนุภาคมีประจุที่เหลือส่วนที่เกี่ยวกับคันเร่งมีขนาดเล็กกว่าของอนุภาคเร่งความเร็วใกล้เคียงกับ ความเร็วของแสง นี้เป็นการยืนยันว่าจำนวนเงินที่ค่อนข้างเล็กของสถานีเวลา ยกตัวอย่างเช่นที่เซิร์นได้รับการประสบความสำเร็จในการเพิ่มขึ้นของอายุการใช้งานของ muon ความเร็ว 0,9994c 29 ครั้ง

บทความนี้มีลักษณะที่สิ่งที่อยู่ภายในและการทำงานเร่งอนุภาค, การพัฒนาที่แตกต่างกันและคุณสมบัติที่แตกต่างกัน

หลักการการเร่งความเร็ว

โดยไม่คำนึงถึงสิ่งที่ชนิดของการเรียกเก็บเงินเครื่องเร่งอนุภาคที่คุณรู้ว่าพวกเขาทั้งหมดมีองค์ประกอบทั่วไป ก่อนที่พวกเขาจะต้องมีแหล่งที่มาของอิเล็กตรอนในกรณีของหลอดภาพโทรทัศน์หรืออิเล็กตรอนโปรตอนและปฏิปักษ์ของพวกเขาในกรณีของการติดตั้งขนาดใหญ่ นอกจากนี้พวกเขาทุกคนจะต้องมีสนามไฟฟ้าเพื่อเร่งอนุภาคและสนามแม่เหล็กในการควบคุมวิถีของพวกเขา นอกจากนี้ในสูญญากาศในอนุภาคเร่งเรียกเก็บเงิน (10 ^-11 มิลลิเมตรปรอท. โวลต์) เอ็มอีเป็นจำนวนขั้นต่ำของอากาศที่เหลือเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าชีวิตยาวคานเวลา ในที่สุดการติดตั้งทั้งหมดจะต้องมีวิธีการลงทะเบียนนับและการวัดของอนุภาคเร่ง

รุ่น

อิเล็กตรอนและโปรตอนซึ่งเป็นที่นิยมใช้มากที่สุดในการเร่งที่พบในวัสดุทั้งหมด แต่แรกที่พวกเขาจะต้องเลือกจากพวกเขา อิเล็กตรอนมักจะถูกสร้างขึ้นในลักษณะเดียวกับในหลอดภาพ - ในเครื่องที่ถูกเรียกว่า "ปืน" มันเป็นแคโทด (ขั้วลบ) ในสูญญากาศซึ่งเป็นความร้อนไปยังรัฐที่อิเล็กตรอนเริ่มต้นที่จะออกมาอะตอม อนุภาคที่มีประจุลบจะดึงดูดให้ขั้วบวก (ขั้วบวก) และผ่านร้าน ปืนตัวเองเป็นที่ง่ายเป็นคันเร่งเพราะอิเล็กตรอนกำลังจะย้ายไปอยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วลบและขั้วบวกมักจะอยู่ในช่วง 50-150 กิโลโวลต์

นอกเหนือจากอิเล็กตรอนในวัสดุทั้งหมดที่มีโปรตอน แต่เพียงนิวเคลียสโปรตอนเดียวประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจน ดังนั้นแหล่งอนุภาคสำหรับเร่งโปรตอนเป็นก๊าซไฮโดรเจน ในกรณีนี้ก๊าซจะแตกตัวเป็นไอออนและโปรตอนที่มีอยู่ผ่านรู ในเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่โปรตอนมักจะเกิดขึ้นในรูปแบบของไฮโดรเจนไอออนลบ พวกเขาเป็นตัวแทนอิเล็กตรอนที่เพิ่มขึ้นจากอะตอมซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของไอออนไนซ์ก๊าซ diatomic นับตั้งแต่ที่มีประจุลบไฮโดรเจนไอออนในขั้นเริ่มต้นของการทำงานได้ง่ายขึ้น แล้วพวกเขาก็ผ่านฟอยล์บาง ๆ ซึ่งพวกเขา deprives ของอิเล็กตรอนก่อนขั้นตอนสุดท้ายของการเร่งความเร็ว

การเร่งความเร็ว

เป็นงานเร่งอนุภาค? คุณลักษณะที่สำคัญของพวกเขาทั้งหมดเป็นสนามไฟฟ้า ตัวอย่างที่ง่าย - สนามคงที่สม่ำเสมอระหว่างศักยภาพไฟฟ้าบวกและลบที่คล้ายกับที่มีอยู่ระหว่างขั้วแบตเตอรี่ไฟฟ้า ฟิลด์อิเล็กตรอนนี้ถือประจุลบจะสัมผัสกับแรงที่นำไปยังที่มีศักยภาพในเชิงบวก มันช่วยเร่งมันและถ้ามีอะไรที่จะยืนอยู่ในทางที่ความเร็วและพลังของเขาเพิ่มขึ้น อิเล็กตรอนย้ายไปยังมีศักยภาพในเชิงบวกต่อลวดหรือในอากาศและชนกับอะตอมสูญเสียพลังงาน แต่ถ้าพวกเขาจะอยู่ในสุญญากาศเร่งแล้วที่พวกเขาใกล้ขั้วบวก

ความตึงเครียดระหว่างเริ่มต้นและสิ้นสุดตำแหน่งของอิเล็กตรอนกำหนดซื้อพวกเขาพลังงาน เมื่อเคลื่อนที่ผ่านความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นจาก 1 V จะมีค่าเท่ากับ 1 อิเล็กตรอนโวลต์ (EV) นี้จะเทียบเท่ากับ 1,6 × 10 ^-19 จูล พลังงานของยุงบินล้านล้านครั้ง ในอิเล็กตรอน kinescope ถูกเร่งแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 10 กิโลโวลต์ เร่งหลายคนถึงพลังงานที่สูงขึ้นมากวัดเมกะ Giga และเทอราอิเล็กตรอนโวลต์

สายพันธุ์

บางชนิดที่เก่าแก่ที่สุดของเครื่องเร่งอนุภาคเช่น คูณแรงดันไฟฟ้า และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแวนเดอ Graaff เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยใช้สนามไฟฟ้าคงที่สร้างขึ้นโดยศักยภาพของถึงล้านโวลต์ กับแรงดันไฟฟ้าสูงเช่นการทำงานที่ง่าย ทางเลือกการปฏิบัติมากขึ้นคือการกระทำซ้ำของสนามไฟฟ้าที่อ่อนแอผลิตศักยภาพต่ำ หลักการนี้จะใช้ในทั้งสองประเภทของเครื่องเร่งอนุภาคที่ทันสมัย - เชิงเส้นและวงกลม (ส่วนใหญ่ cyclotrons และ synchrotrons) เครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้นในระยะสั้นผ่านพวกเขาเมื่อผ่านลำดับของเขตเร่งในขณะที่หลายวนครั้งที่พวกเขาย้ายไปในเส้นทางวงกลมผ่านสนามไฟฟ้าที่ค่อนข้างเล็ก ในทั้งสองกรณีการใช้พลังงานขั้นสุดท้ายของอนุภาคขึ้นอยู่กับเขตข้อมูลผลรวมของการดำเนินการเพื่อให้หลายคนเล็ก "กระแทก" มีการรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้ผลรวมของเดี่ยวขนาดใหญ่

โครงสร้างซ้ำเร่งเชิงเส้นในการสร้างสนามไฟฟ้าในทางธรรมชาติคือการใช้ AC, DC ไม่ อนุภาคที่มีประจุบวกจะเร่งให้มีศักยภาพในเชิงลบและได้รับแรงผลักดันใหม่ถ้าผ่านในเชิงบวก ในทางปฏิบัติแรงดันไฟฟ้าต้องมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ยกตัวอย่างเช่นที่พลังงาน 1 MeV ย้ายโปรตอนที่ความเร็วสูงมากคือความเร็วของแสง 0.46 ผ่าน 1.4 ม 0.01 มิลลิวินาที ซึ่งหมายความว่าในโครงสร้างของการทำซ้ำไม่กี่เมตรยาวสนามไฟฟ้าจะต้องเปลี่ยนทิศทางที่ความถี่อย่างน้อย 100 เมกะเฮิรตซ์ อนุภาคเชิงเส้นและวงกลมเร่งมักจะแยกย้ายกันไปพวกเขาด้วยความถี่สนามไฟฟ้าสลับจาก 100 MHz ถึง 3000, t. อีในช่วงของคลื่นวิทยุในการไมโครเวฟ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือการรวมกันของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กสั่นสั่นที่มุมขวากับแต่ละอื่น ๆ จุดสำคัญคือการปรับคลื่นคันเร่งเพื่อให้ในการมาถึงของอนุภาคสนามไฟฟ้าเป็นผู้กำกับให้สอดคล้องกับเวกเตอร์เร่ง ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้คลื่นยืน - การรวมกันของคลื่นที่เดินทางในทิศทางตรงข้ามในพื้นที่ปิดคลื่นเสียงในอวัยวะท่อ เป็นศูนย์รวมทางเลือกสำหรับอิเล็กตรอนที่มีความเร็วเข้าใกล้ความเร็วแสงเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วคลื่นเดินทาง

autophasing

ผลกระทบที่สำคัญของการเร่งความเร็วในสนามไฟฟ้าสลับเป็น "ความมั่นคงเฟส" หนึ่งในการสั่นฟิลด์วงจรสลับผ่านศูนย์จากค่าสูงสุดกลับไปที่ศูนย์ก็จะลดลงให้น้อยที่สุดและเพิ่มขึ้นไปอยู่ที่ศูนย์ ดังนั้นมันผ่านไปสองครั้งผ่านค่าที่จำเป็นสำหรับการเร่งความเร็ว ถ้าอนุภาคที่มีการเพิ่มขึ้นของความเร็วมาเร็วเกินไปก็จะไม่ทำงานด้านการความแข็งแรงเพียงพอและการผลักดันจะอ่อนแอ เมื่อมาถึงพื้นที่ถัดไปทดสอบปลายและผลกระทบอื่น ๆ เป็นผลให้ตัวเองวางขั้นตอนที่เกิดขึ้นอนุภาคจะอยู่ในขั้นตอนการกับแต่ละสาขาในภูมิภาคเร่ง ผลก็คือการจัดกลุ่มพวกเขาในเวลาในรูปแบบก้อนมากกว่ากระแสอย่างต่อเนื่อง

ทิศทางของลำแสง

มีบทบาทสำคัญในการทำงานและเร่งอนุภาคเล่นและสนามแม่เหล็กเช่นที่พวกเขาสามารถเปลี่ยนทิศทางของการเคลื่อนไหวของพวกเขา ซึ่งหมายความว่าพวกเขาสามารถใช้สำหรับ "ดัด" คานเป็นวงกลมเพื่อให้พวกเขาซ้ำแล้วซ้ำเล่าผ่านส่วนเร่งเดียวกัน ในกรณีที่ง่ายที่สุดในการย้ายอนุภาคที่มุมขวากับทิศทางของสนามแม่เหล็กเป็นเนื้อเดียวกันเวกเตอร์แรงตั้งฉากกับทั้งสองของการเคลื่อนไหวของตนและไปที่สนาม นี่เป็นสาเหตุที่คานจะย้ายไปในเส้นทางวงกลมตั้งฉากกับสนามจนกว่าจะออกมาจากเขตของการกระทำหรือแรงอื่น ๆ เริ่มที่จะดำเนินการกับมัน ผลกระทบนี้จะใช้ในการเร่งวงจรเช่นซินโครและ cyclotron ใน cyclotron ให้ข้อมูลอย่างต่อเนื่องเป็นที่ผลิตโดยแม่เหล็กขนาดใหญ่ อนุภาคที่มีเพิ่มมากขึ้นของพลังงานของพวกเขาย้ายเกลียวเร่งภายนอกกับแต่ละปฏิวัติ อุดตันซินโครย้ายไปรอบ ๆ แหวนที่มีรัศมีคงที่และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยรอบเพิ่มขึ้นแหวนเป็นอนุภาคถูกเร่ง แม่เหล็กให้ "ดัด" แทนไดโพลกับทิศเหนือและทิศใต้เสางอในรูปเกือกม้าเพื่อให้ลำแสงสามารถผ่าน therebetween

ที่สองฟังก์ชั่นที่สำคัญของแม่เหล็กไฟฟ้าคือการมุ่งเน้นคานเพื่อที่พวกเขาจะแคบและที่รุนแรงที่สุดเท่าที่ทำได้ รูปแบบที่ง่ายของแม่เหล็กมุ่งเน้น - สี่เสา (สองภาคเหนือและภาคสองภาคใต้) ตั้งอยู่ตรงข้ามกัน พวกเขาผลักดันอนุภาคไปยังศูนย์ในทิศทางเดียว แต่ช่วยให้พวกเขาที่จะกระจายในแนวตั้งฉาก แม่เหล็ก Quadrupole เน้นคานในแนวนอนแล้วปล่อยให้เขาออกจากโฟกัสไปในแนวตั้ง การทำเช่นนี้พวกเขาจะต้องถูกนำมาใช้ในคู่ สำหรับความแม่นยำมากขึ้นมุ่งเน้นไปยังใช้แม่เหล็กที่มีความซับซ้อนมากขึ้นด้วยเป็นจำนวนมากของเสา (6 และ 8)

เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของการใช้พลังงานของอนุภาคความแรงของสนามแม่เหล็กที่กำกับให้เพิ่มขึ้น นี้ช่วยให้ลำแสงในวิถีเดียวกัน นมเปรี้ยวเป็นที่รู้จักเป็นแหวนและเร่งให้พลังงานที่ต้องการก่อนที่จะสามารถถอนออกและใช้ในการทดลอง การหดตัวจะทำได้โดยกระจิ๋วหลิวซึ่งจะเปิดใช้งานที่จะผลักดันอนุภาคจากแหวนซินโคร

การปะทะกัน

ที่เรียกเก็บเครื่องเร่งอนุภาคใช้ในการแพทย์และอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ผลิตลำแสงสำหรับวัตถุประสงค์เฉพาะเช่นการฉายรังสีหรือฝังไอออน ซึ่งหมายความว่าอนุภาคที่ใช้ครั้งเดียว เดียวกันเป็นจริงของเครื่องเร่งอนุภาคที่ใช้ในการวิจัยขั้นพื้นฐานเป็นเวลาหลายปี แต่แหวนที่ถูกพัฒนาขึ้นในปี 1970 ซึ่งในสองคานไหลเวียนในทิศทางตรงข้ามและชนรอบวงจร ประโยชน์หลักของระบบดังกล่าวที่อยู่ในพลังงานการชนกันของอนุภาคหน้าผากไปโดยตรงไปยังพลังงานปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกเขา นี้แตกต่างกับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคานชนกับภาพนิ่งซึ่งในกรณีนี้มากที่สุดของพลังงานไปสู่การลดลงของวัสดุเป้าหมายในการเคลื่อนไหวที่สอดคล้องกับหลักการของการอนุรักษ์โมเมนตัม

บางเครื่องที่มีชนคานสร้างด้วยสองวงตัดในสองหรือสถานที่มากขึ้นซึ่งในการหมุนเวียนในทิศทางตรงข้ามอนุภาคชนิดเดียวกัน Collider อื่น ๆ ที่พบอนุภาคปฏิปักษ์ ปฏิปักษ์มีค่าใช้จ่ายตรงข้ามของอนุภาคที่เกี่ยวข้อง ยกตัวอย่างเช่นโพซิตรอนที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอน - ในเชิงลบ ซึ่งหมายความว่าข้อมูลที่ช่วยเร่งอิเล็กตรอนโพซิตรอนช้าลงไปในทิศทางเดียวกัน แต่ถ้าย้ายหลังในทิศทางตรงข้ามก็จะเร่ง ในทำนองเดียวกันอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กประสงค์โค้งไปทางซ้ายและโพซิตรอน - ขวา แต่ถ้าโพซิตรอนเคลื่อนไปข้างหน้าแล้วเส้นทางของเขาจะยังคงที่จะเบี่ยงเบนไปทางขวา แต่ในโค้งเช่นเดียวกับที่ของอิเล็กตรอน แต่นี้หมายความว่าอนุภาคสามารถเลื่อนแหวนแม่เหล็กเดียวกันซินโครและเร่งโดยสนามไฟฟ้าเดียวกันในทิศทางตรงข้าม บนหลักการที่สร้างขึ้นมีประสิทธิภาพมาก colliders ชนคาน t. ต้องการ. เพียงคนเดียวที่ต้องเร่งแหวน

บีมในซินโครไม่ได้เคลื่อนย้ายอย่างต่อเนื่องและบูรณาการเข้าไปใน "กอ." พวกเขาสามารถหลายเซนติเมตรและมีความยาวสิบของมิลลิเมตรเส้นผ่าศูนย์กลางและประกอบด้วยประมาณ 10 ¹² อนุภาค นี้ความหนาแน่นต่ำเพราะขนาดของวัสดุดังกล่าวมีประมาณ ^{23 อะตอมตุลาคม} ดังนั้นเมื่อคานชนตัดมีเพียงความน่าจะเป็นขนาดเล็กที่อนุภาคจะทำปฏิกิริยากับแต่ละอื่น ๆ การอุดตันในทางปฏิบัติยังคงเดินไปรอบ ๆ เวทีและพบกันอีกครั้ง สูญญากาศสูงในการเร่งความเร็วของอนุภาคที่มีประจุ (10 ^-11 มิลลิเมตรปรอท. โวลต์) จะต้องอยู่ในลำดับที่อนุภาคสามารถหมุนเวียนเป็นเวลาหลายชั่วโมงโดยไม่ต้องชนกับโมเลกุลของอากาศ ดังนั้นแหวนจะเรียกว่าสะสมเพราะคานจัดเก็บจริงในนั้นเป็นเวลาหลายชั่วโมง

การลงทะเบียน

ที่เรียกเก็บในเครื่องเร่งอนุภาคส่วนใหญ่สามารถลงทะเบียนได้เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคตีเป้าหมายหรือคานอื่น ๆ ไปในทิศทางตรงข้าม ในหลอดภาพโทรทัศน์, อิเล็กตรอนจากปืนที่จะตีหน้าจอเรืองแสงบนพื้นผิวภายในและเปล่งแสงซึ่งจะช่วยสร้างภาพที่ส่ง ในเร่งตรวจจับเฉพาะเช่นการตอบสนองต่ออนุภาคกระจัดกระจาย แต่พวกเขามักจะได้รับการออกแบบเพื่อสร้างสัญญาณไฟฟ้าที่สามารถแปลงเป็นข้อมูลคอมพิวเตอร์และวิเคราะห์ข้อมูลโดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ เพียง แต่เรียกเก็บองค์ประกอบผลิตสัญญาณไฟฟ้าผ่านวัสดุเช่นโดยการไอออไนซ์หรือการกระตุ้นของอะตอมและสามารถตรวจพบได้โดยตรง อนุภาคที่เป็นกลางเช่นนิวตรอนหรือโฟตอนสามารถตรวจพบได้โดยอ้อมผ่านพฤติกรรมของอนุภาคมีประจุที่พวกเขาอยู่ในการเคลื่อนไหว

มีเครื่องตรวจจับเฉพาะจำนวนมาก บางส่วนของพวกเขาเช่นเคาน์เตอร์ Geiger นับอนุภาคและการใช้งานอื่น ๆ เช่นสำหรับแทร็คการบันทึกหรือการวัดความเร็วของการใช้พลังงาน เครื่องตรวจจับที่ทันสมัยในขนาดและเทคโนโลยีจะแตกต่างจากค่าใช้จ่ายอุปกรณ์คู่ขนาดเล็กไปจนถึงห้องเต็มไปด้วยก๊าซขนาดใหญ่ที่มีสายไฟที่ตรวจพบแทร็คที่แตกตัวเป็นไอออนที่ผลิตโดยอนุภาคที่มีประจุ

เรื่องราว

ตัวเร่งปฏิกิริยาของอนุภาคประจุไฟฟ้าถูกพัฒนาขึ้นส่วนใหญ่เพื่อศึกษาคุณสมบัติของอะตอมอะตอมและอนุภาคมูลฐาน นับตั้งแต่การค้นพบนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เออร์เนสรัทเธอร์ฟอร์ด ในปี 1919 ปฏิกิริยาของนิวเคลียสของอนุภาคของไนโตรเจนและอัลฟาการค้นคว้าวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์จนกระทั่งปี พ.ศ. 2475 ได้ดำเนินการกับฮีเลียมนิวเคลียสที่ปล่อยออกมาอันเป็นผลมาจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีธรรมชาติ อนุภาคแอลฟาธรรมชาติมีพลังงานจลน์อยู่ที่ 8 MeV แต่รูเทอร์ฟอร์ดเชื่อว่าการสังเกตการสลายตัวของนิวเคลียสหนักนั้นจำเป็นที่จะต้องเร่งให้เกิดค่าที่ยิ่งใหญ่กว่า ในเวลานั้นมันดูยาก อย่างไรก็ตามการคำนวณในปีพ. ศ. 2471 โดย Georgy Gamow (ที่มหาวิทยาลัยGöttingenประเทศเยอรมนี) พบว่าไอออนที่มีพลังงานต่ำกว่ามากสามารถใช้และกระตุ้นให้เกิดความพยายามในการสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกที่ให้ลำแสงที่เพียงพอสำหรับการวิจัยนิวเคลียร์

เหตุการณ์อื่น ๆ ในช่วงเวลานี้แสดงให้เห็นหลักการที่เร่งอนุภาคประจุไฟฟ้าสร้างขึ้นมาจนถึงทุกวันนี้ การทดลองที่ประสบความสำเร็จครั้งแรกกับไอออนเร่งเทียมทำโดย Cockcroft and Walton ในปี ค.ศ. 1932 ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ เมื่อใช้ตัวคูณแรงดันไฟฟ้าพวกเขาเร่งโปรตอนไปที่ 710 keV และแสดงให้เห็นว่าภายหลังทำปฏิกิริยากับนิวเคลียสลิเทียมเพื่อสร้างอนุภาคอัลฟาสองตัว โดยปีพ. ศ. 2474 ที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันมลรัฐนิวเจอร์ซีย์โรเบิร์ตแวนเดอเกรฟได้สร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไฟฟ้าสถิตชนิดแรกที่มีศักยภาพสูง ตัวคูณแรงดันไฟฟ้า Cokroft-Walton และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Van de Graaff ยังคงใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับเครื่องเร่งอนุภาค

หลักการของตัวเร่งปฏิกิริยาเรโซแนนซ์เรโซแนนซ์แสดงให้เห็นโดย Rolf Wideröeในปีพ. ศ. 2471 ที่มหาวิทยาลัยเทคนิค Rhine-Westphalian ในอาเคินประเทศเยอรมนีเขาใช้แรงดันไฟฟ้าสลับสูงเพื่อเร่งไอออนของโซเดียมและโพแทสเซียมให้มีพลังงานเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ในปีพ. ศ. 2474 เออร์เนสลอว์เรนซ์และผู้ช่วยเดวิดสโลนจากมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียในเบิร์กเลย์ใช้เขตความถี่สูงเพื่อเร่งไอออนปรอทให้พลังงานมากกว่า 1.2 เมกะวัตต์ งานนี้ได้รับการเสริมด้วยตัวเร่งอนุภาคขนาดใหญ่Wideröe แต่คานไอออนไม่มีประโยชน์ในการวิจัยนิวเคลียร์

เครื่องเร่งการสะท้อนด้วยคลื่นแม่เหล็กหรือ cyclotron ถูกคิดโดยลอว์เรนซ์ในฐานะการดัดแปลงการติดตั้งWideröe นักเรียนของลอว์เรนซ์ลิฟวิงสตันแสดงให้เห็นถึงหลักการ cyclotron ในปีพศ. 2474 ซึ่งผลิตไอออนที่มีพลังงานถึง 80 เคว ในปีพ. ศ. 2475 ลอว์เรนซ์และลิฟวิงสตันได้ประกาศเร่งความเร็วโปรตอนให้มากกว่า 1 MeV ต่อมาในยุค 30, cyclotron พลังงานถึงประมาณ 25 MeV และ Van de Graaff เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประมาณ 4 MeV ในปี 1940 โดนัลด์เคอร์ใช้ผลการคำนวณวงโคจรในการออกแบบของแม่เหล็กอย่างรอบคอบสร้างเบต้าทรอนตัวแรกที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนแบบเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

ฟิสิกส์ยุคใหม่: ตัวเร่งอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า

หลังจากสงครามโลกครั้งที่สองวิทยาศาสตร์ของการเร่งอนุภาคให้มีพลังงานสูงได้ก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว เขาเริ่มต้น Edwin Macmillan ใน Berkeley และ Vladimir Veksler ในมอสโก ในปี 1945 ทั้งสองได้อธิบายหลักการของเฟสเสถียรภาพอย่างเป็นอิสระ แนวคิดนี้มีวิธีการรักษาเสถียรภาพของอนุภาคในตัวเร่งอนุภาคซึ่งทำให้ข้อ จำกัด ของพลังงานโปรตอนลดลงและอนุญาตให้มีการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาเรโซแนนซ์ (electron magnetic resonance accelerators) ของซิงโครตรอนสำหรับอิเล็กตรอน Autophasing การดำเนินการตามหลักการความเสถียรของเฟสได้รับการยืนยันหลังจากการสร้าง synchrocyclotron ขนาดเล็กที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียและ synchrotron ในอังกฤษ หลังจากนั้นไม่นานโปรตอนตัวเร่งปฏิกิริยาจังหวะแรกถูกสร้างขึ้น หลักการนี้ถูกใช้ใน synchrotron โปรตอนที่สร้างขึ้นตั้งแต่นั้น

2490 ในวิลเลียมแฮนเซนที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดในแคลิฟอร์เนียสร้างตัวเร่งอิเล็กตรอนเชิงเส้นเป็นครั้งแรกบนคลื่นเดินทางโดยใช้เทคโนโลยีไมโครเวฟซึ่งพัฒนาขึ้นเพื่อเรดาร์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง

ความคืบหน้าในการวิจัยเป็นไปได้โดยการเพิ่มพลังงานของโปรตอนซึ่งนำไปสู่การสร้างเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่กว่าเดิม แนวโน้มนี้ได้หยุดลงด้วยต้นทุนที่สูงในการสร้างแม่เหล็กขนาดใหญ่ ที่ใหญ่ที่สุดมีน้ำหนักประมาณ 40,000 ตัน วิธีการเพิ่มพลังงานโดยไม่ต้องเพิ่มขนาดของเครื่องได้แสดงให้เห็นถึงในปีพ. ศ. 2495 โดย Livingston, Courant และ Snyder ในเทคนิคการสลับโฟกัส (บางครั้งเรียกว่า strong focus) ซินโครตรอนทำงานบนหลักการนี้ใช้แม่เหล็กขนาดเล็กกว่า 100 เท่า การโฟกัสดังกล่าวใช้กับซินโครตรอนสมัยใหม่ทั้งหมด

ในปี 1956 Kerst ได้ตระหนักว่าหากมีอนุภาคสองชุดอยู่ในวงโคจรตัดกันเราสามารถสังเกตการชนของพวกเขาได้ การประยุกต์ใช้แนวคิดนี้ต้องการการสะสมของคานเร่งในวัฏจักรที่เรียกว่าคานสะสม เทคโนโลยีนี้ทำให้สามารถสร้างพลังงานปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคได้สูงสุด