Atomfizikai kísérleti eszközök , amelyek rendeltetése töltött elemi részek nagy sebességre való felgyorsítása, atommagfizikai kísérletek céljából.

A részecskegyorsítók töltött részecskéket: leptonokat (elektron, pozitron), hadronokat (proton, antiproton), atommagokat, ionokat, molekulákat gyorsítanak fel elektromos feszültéggel nagy energiára. Az elektromos tér gyorsító erejét használják ki. A gyorsítás célja nagy energiájú részecskékkel atomokat, atommagokat bombázva atommag reakciót hoznak létre. Az anyag legkisebb építőköveinek vizsgálatához nagyon gyorsan haladó részecskék áramlására van szükség. A részecskefizikai kísérletek erre épülnek, mert csak ezzel az eszközzel lehet a részecskéket annyira felgyorsítani hogy elég közel jussanak egymáshoz ahhoz hogy egymással kölcsönhatásba léphessenek.  A keletkezett energiát elektronvolttal jelölik. 1eV= 1,6 × 10 -19 J ez az energia, amelyre egy elektron 1V gyorsitófeszültséggel szert tesz.

Az 1929-ben kifejlesztett protongyorsító segítségével John Douglas Cockcroft és Thomas Sintos Walton brit fizikusok létrehozzák az elsõ olyan atommag-átalakítást, amelyet mesterségesen gyorsított részecske idéz elõ. Lítium-7 atomot bombáznak protonokkal, és ennek hatására Két Hélium-4 atommag /alfa-részecske / keletkezik

1929-ben mutatták be a Van de Graaff-féle igen nagy feszültséget előállító szalaggenerátort. Nagy elektrosztatikus potenciálkülönbségek létrehozására kifejlesztett berendezés. Elektromos kisülés révén mozgó gumiszalagra elektromos töltést visz fel, a szalagon egy fémkupolába szállítja, s ott összegyűjti. Ezzel a módszerrel több millió voltos feszültség érhető el. Ez a berendezés volt az egyik legkorábbi részecskegyorsító. 

 

A részecskegyorsítók főbb válfajai:

- Az egyenes vonalú (lineáris gyorsító)

- A körpályás gyorsító (szinkrotron), az utóbbiban mágneses mező szabja meg a nyaláb pályáját.

Lineáris gyorsítók:

A lineáris gyorsítóknak nevezzük azokat a  gyorsítókat, amelyben a töltött részecskéket egy egyenes mentén gyorsítják. A lineáris gyorsítók lelke a hengeres üregsor, amit természetesen vákuumban helyeznek el. 

Az elektron felgyorsul az első pozitívra töltött henger felé haladva. Mialatt a hengerben tartózkodik, ellentétessé válik a henger töltés előjele, mire kiér belőle, taszító lökést kap, és máris a második henger felé gyorsul, amelyik vonzza őt. Ez így megy tovább hengerről hengerre. 

A hengerek egyre hosszabbak, mert az elektron sebessége egyre nagyobb és nagyobb, de a bennük eltöltött időt azonosnak választják. Ilyen típusú gyorsítókban elérhető energiát csak a hosszméret határozza meg.

 

Ciklotron:

Ernest Lawrence amerikai fizikus és mások fejlesztették ki 1931-ben. A gyorsított részecskéket állandó nagyságú, erős mágneses mező kényszeríti spirális pályára. 

A pályasugár a részecske sebességének növekedésével nő. 

A ciklotron olyan részecskegyorsító, amelyben töltött részecskék (pl. protonok, ionok) mágneses tér hatására spirális pályán haladnak belülről kifelé. Minden egyes körbefordulás során a váltóáram elektromos tere kétszer gyorsít a részecskén, egyre nagyobb sugarú körpályára juttatva azt.

Egy elektromágnes pólusai között lapos kerek vákuumkamra található. A vákuumkamrában található két D alakú rész (dék) két üreges fémből van, amelyen belül a töltött részecskék mozognak. Az ionforrásból jön ki a részecske, amely a mágneses tér miatt körpályán mozog. Olyan frekvenciával változtatják az elektromos teret a két D között, hogy a részecskét mindig gyorsítsa, amikor áthalad rajta. Végül egy megfelelő töltésű lemez segítségével a részecskét kihúzzák a gyorsítóból további felhasználásra.

 Ciklotron elvét Gaál Sándor magyar fizikus fedezte fel, 1929-es leírása azonban szerencsétlen véletlen folytán publikálatlan maradt és ezért a magyar (és a román) szakirodalmon kívül a világban – helytelenül – Ernest Lawrence-nek tulajdonítják az elsőséget. Magát az első ciklotront Lawrence és hallgatója Stanley Livingston fejlesztette ki 1930 és 1932 között. Többek között a rák kezelésére használják.

A relativisztikus tömegnövekedést korlátozza a maximális részecskeenergiát, a tömegnövekedés kompenzálására fejlesztették ki a szinkrociklotront és az izokrón ciklotront, melyekről szintén ebben a szócikkben van szó.

Szinkrotron:

A szinkrotron a részecskegyorsítók egyik fajtája. Míg a ciklotronban állandó mágneses teret használnak és állandó frekvenciájú elektromos teret, addig a szinkrotronban mindkettőt úgy változtatják, hogy a részecske pályája állandó sugarú legyen. Ennek hatására sokkal kisebb térben kell mágneses teret létrehozni, különálló mágnesek is használhatóak.

A betatron tulajdonképpen egy külön csoportot alkot, hiszen abban a mágneses indukcióvektor változása hozza létre a részecskét gyorsító elektromos teret, több jelenség azonban a körkörös gyorsítókhoz hasonlóan tárgyalható.

A CERN a részecskefizikai kutatások európai szervezete, a világ legnagyobb részecskefizikai laboratóriuma. A francia-svájci határon helyezkedik el, Genftől kissé északra. Az alapító okiratot 1954. írták alá, jelenleg viszont már 20 tagországgal rendelkezik. Célja részecskegyorsítók biztosítása a nagyenergiájú fizika számára, nemzetközi együttműködések keretében számtalan kísérletet építettek fel itt.

Magyarország legnagyobb gyorsítója Debrecenben található, 1985 helyezték üzembe. Maximális energiája 20 MeV protonokra. Kis teljesítményűnek számít, de ezzel az energiával bármelyik atommagban reakciót hozhatunk létre.