自1919年英国科学家卢瑟褔用天然放射源中能量为几个MeV，速度为 的高速a粒子束（即氦核）作为“炮弹”，轰击度仅为0．0004厘米的金属箔的“靶”，实现了人类科学史上第一次人工核反应，利用靶后放置的硫化锌荧光屏测得了粒子散射的分布，发现原子核本身有结构，拉开了人类研究加速器的序幕。从而激发了人们寻求更多能量的粒子作为“炮弹”的愿望。静电加速器（1928年），回旋加速器（1929年），倍压加速器（1932年）等不同设想几乎在同一时期提了出来，并先后建成了一批加速装置。

　　一、加速器的原理

　　多数类型的加速器是利用带电粒子在电场中被加速。当然电场的种类较多，有静电场、涡漩电场高频电场等，还有采用超导加速器，利用频段更高的激光来代替目前的高频或微波电磁场来加速粒子；所用的加速机制可能仍与常规高频电场加速器类似，利用带电粒子束团的集体场加速粒子，包括利用变速运动的等离子体凝团或强流电子束团本身的场来加速粒子或利用在等离子体或电子束团中激发的电磁波加速粒子。

　　二、加速器的分类

　　1．按照粒子能量的大小分

　　加速器可分为低能加速器（能量小于108eV）、中能加速器（能量在108～109eV）、高能加速器（能量在109～1012eV）和超高能加速器（能量在1012eV以上)。

　　2．粒子加速器按其作用原理分

　　可分为静电加速器、直线加速器、回旋加速器、电子感应加速器、同步回旋加速器、对撞机等。

　　三、加速器的结构

　　粒子加速器的结构一般包括3个主要部分：①粒子源，用以提供所需加速的粒子，有电子、正电子、质子、反质子以及重离子等等。②真空加速系统，其中有一定形态的加速电场，并且为了使粒子在不受空气分子散射的条件下加速，整个系统放在真空度极高的真空室内。③导引、聚焦系统，用一定形态的电磁场来引导并约束被加速的粒子束，使之沿预定轨道接受电场的加速。所有这些都要求高、精、尖技术的综合和配合。

　　四、粒子加速器的效能

　　粒子加速器的效能通常以粒子所达到的能量来表征。粒子能量在100 MeV以下的称为低能加速器，能量在0．1～1GeV间的称中能加速器，能量高于1 GeV的称高能加速器。按照被加速粒子的品种，加速器可分为电子加速器、质子加速器和重离子加速器等。电子的质量很小，在较低的能量（约2 MeV）就接近光速，而质子和重离子则要在很高能量(每核子2 GeV以上)其速度才能接近光速。因此，加速不同粒子品种的加速器，往往在结构上有相当大的差异。由加速器直接加速出来的快速粒子同物质相互作用还可产生γ光子、中子或介子等有用的次级粒子束。因而有些加速器就以其产生的高强度次级粒子命名，如“光子工厂”、“强中子发生器”、“介子工厂”等。

　　五、加速器的发展

　　α粒子的速度小，能量低，不能完全适应作为炮弹的需要，人们开始寻找新的加速器，各类直流高压加速器发展起来。

　　1．直流高压加速器

　　1932年美国科学家柯克罗夫特和爱尔兰科学家沃尔顿建造成世界上第一台直流加速器──命名为柯克罗夫特──沃尔顿直流高压加速器，以能量为0．4MeV的质子束轰击锂靶，得到a粒子和氦的反应实验。这是历史上第一次用人工加速粒子实现的核反应，因此获得了1951年的诺贝尔物理奖。1933年美国科学家凡德格拉夫发明了使用另一种产生高压加速器──命名为凡德格拉夫静电加速器。这两种粒子加速器均属于直流高压型，它们能加速粒子的能量受高压击穿所限，大致在10MeV。）奈辛于1924年，维德罗于1928年分别发明了用漂移管上加高频电压原理建成的直线加速器，由于受当时高频技术的限制，这种加速器只能将钾离子加速到50KeV实用意义不大。

　　2．回旋加速器

　　为了寻找更高能量的加速器，科学家们努力寻找新的加速器。美国实验物理学家劳伦斯1932年建成了回旋加速器，并用它产生了人工放射性同位素，为此获得了1939年的诺贝尔物理奖，这是加速器发展史上获此殊荣的第一人。由于被加速粒子质量。能量之间的制约，回旋加速器一般只能将质子加速到25MeV左右，如将加速器磁场的强度设计成沿半径方向随粒子能量同步，则能将质子加速到上百MeV，称为等时性回旋加速器。

　　3．同步回旋加速器

　　回旋加速器加速后粒子的能量，受爱因斯坦相对论的影响，当粒子的速度达到一定程度后，粒子的质量要发生改变，出现了电场周期性和粒子运动的周期不一致，加速后的能量受到限制。为了对原子核的结构作进一步的探索和产生新的基本粒子，必须研究能建造更高能量的粒子加速器的原理，1945年，前苏联科学家维克斯列尔和美国科学家麦克米伦各自独立发现了自动稳相原理，英国科学家阿里芳特也曾建议建造基于此原理的加速器──稳相加速器。

　　自动稳相原理的发现是加速器发展史上的一次重大的革命，它导致一系列能突破回旋加速器能量限制的新型加速器产生：同步回旋加速器（高频加速电场的频率随倍加粒子能量的增加而降低，保持了粒子回旋频率与加速电场同步），现代的质子直线加速器，同步加速器（使用磁场强度随粒子能量提高而增加的环形磁铁来维持粒子运动的环形轨迹，但维持加速场的高频率不变）等。

　　4．强聚焦加速器──电子感应加速器

　　加速器的建造解决了原理上的限制，但提高能量受到了经济上的限制。随着能量的提高，回旋加速器和回旋加速器中使用的磁铁重量和造价急剧上升，提高能量实际上被限制在1GeV以下，同步加速器的环形磁铁的造价虽然大减少，但因横向聚焦力较差，真空盒尺寸必须很大，造成磁铁的磁极间隙大，依然需要很重的磁铁，要想用它把质子加速到10GeV以上仍是不实现。

　　1952年美国科学农林柯隆。李温斯顿和史耐德发表了强聚焦原理的论文，根据这个原理建造强聚焦加速器可使真空盒尺寸和磁场的造价大降低，使加速器有了向更高能量发展的可能，这是加速器发展史上的又一次革命，影响巨大，此后，在环形或直线加速器中，普遍采用了强聚焦原理。

　　5．质子同步加速器

　　美国劳伦斯国家实验室1954年建成的一台6．2G能量的弱聚焦质子同步加速器，磁铁的总重量为1万吨，而布鲁克海方国家实验室33GeV能量的强聚焦质子同步加速器，磁铁总重量只有4千吨，这说明了强聚焦原理的重大实际意义。

　　1940年美国科学家斯特研制出世界上第一个电子感应加速器，但由于电子沿曲线运动时其切线方向不断放射造成能量的损失，电子感应加速器能量提高受到了限制，极限约为100Mev。电子同步加速器使用电磁场提供加速能量，可以允许更大的辐射损失，极限约为10GeV，电子只有作直线运动时没有辐射损失，使用电磁场加速的电子直线加速器可将电子加速到50GeV，这不是理论的限度，而是造价过高的限制。

　　6．储存环和对撞机

　　加速器的能量发展到如此水平，从实验的角度暴露出了新的问题，使用加速器提高作高能物理实验，一般是用加速的粒子轰击静电靶中的核子，然后研究所产生的次级粒子的动量，方向，电荷，数量等，加速粒子能参加高能反应有实际有用能量受到限制。如果采取两束加速粒子对撞的方式，可以使加速的粒子能量充分地用于高能反应或新粒子的产生。1960年意大利科学家陶歇克首次提出了这项原理，并在意大利的Frascati国家实验室建成了直径约1米的AdA对撞机，骓证了原理，从此开辟了加速器发展的新纪元。

　　现代高能加速器基本都以对撞机的形式出现，对撞机已经能把产生高能反应的等效能量从1TeV，这是加速器能量发展史上的又一次根本性的飞跃。

　　六、加速器的应用

　　加速器广泛应用在工农业，医疗、科研等各个领域。电子静电加速器则用于辐照加工、消毒等方面。巨型的串列式加速器，如美国橡树岭国家实验室的25 URC和英国达尔士布莱的NSF加速器，其加速电压在25 MV以上，主要用于核物理基础研究。近年来，生产了一批电压1～2 MV的小型串列式加速器，它们在元素痕量分析等方面有着广泛的用途。电磁感应式加速器主要金属构件的无损探伤、肿瘤的辐照治疗等。直线谐振式加速器 在医疗和工业辐照方面用途极为广泛，大多用来生产各种放射性同位素，回旋加速器进行材料的活化分析以及辐照损伤的研究，也用来进行中子物理或核结构等的基础研究，人工核反应，合成同位素如24Na、32P和131I等人工放射性核素。电子同步加速器已被广泛地用于固体物理、分子生物学及集成电路研制等等各个方面。电子感应加速器除了主要用于产生的γ射线做核反应等方面的应用外，还广泛用于工业和医疗方面：如无损探伤、工业辐照、放射治疗等。