1. Линейные ускорители.

Ускоряемые частицы движутся по линейной траектории,( ускорители прямого действия и линейные ускорители).

В ускорителях прямого действия заряженная частица движется в постоянном (квази постоянном) электрическом поле, причём её конечная энергия в эВ равна произведению заряда частицы на величину ускоряющего напряжения в вольтах. К ускорителям прямого действия относятся ускорители тяжёлых заряженных частиц типа Ван- Граафа с электростатическим генератором ускоряющего напряжения (до 10 МВ); установки с каскадным умножителями напряжения до 1МВ, импульсные ускорители электронов с источниками ускоряющего напряжения с амплитудой до 10МВ на основе генераторов Аркадьева – Маркса и импульсных трансформаторов различных типов. Последние установки могут обеспечивать генерацию импульсов электронов с энергией до 10 МэВ длительностью от 10 ^{– 3} до 10^{- 9} с аплитудой тока от сотен до миллионов ампер.

В линейных ускорителях тяжёлых заряженных частиц ускоряемая частица многократно проходит ускоряющие промежутки, в каждом из которых она получает относительно небольшое приращение энергии. Однако значительное количество проходимых ускорительных промежутков обеспечивает конечную энергию ускоряемых частиц до десятков МэВ.

Первым типом подобного ускорителя являлся предложенная и созданная физиком Видерое в 1928 году установка. Она представляла собой последовательность металлических трубок (дрейфовых трубок) возрастающей длины, расположенных в кварцевой вакуумной трубе. Дрейфовые трубки попарно подключались в полюсам выхода высокочастотного (десятки мегагерц) генератора ускоряющего направления с амплитудой около 100 кВ.

Протоны, выходящие из ионного источника, в момент присутствия отрицательного потенциала на ближайшей дрейфовой трубке ускорялись и к моменту смены полярности напряжения «прятались» в дрейфовой трубке, потенциал внутри которой равен нулю. К моменту выхода в очередной промежуток между дрейфовыми трубками потенциал на них снова изменялся и протон получал новое ускорение. Так как по мере роста энергии протона его скорость возрастает, при постоянной частоте ускоряющего напряжения длина дрейфовых трубок должна увеличиваться. Техническое решение задачи ускорения частиц, предложенное Видерое, было далеко от совершенства и после создания Лоуренсом в 1930 году циклотрона к этой идее не возращались. В 1946 году Альварецом был предложен линейный ускоритель протонов, основанный на применении резонатора со стоячей электромагнитной волной, по оси которого располагались дрейфовые трубки. Это позволило создать линейные ускорители тяжёлых заряженных частиц до энергии десятки МэВ со значительными токами пучка (десятки миллиампер).

Для линейных ускорителей электронов в конце 40 - х годов 20 века была предложена идея использования резонаторов бегущей электромагнитной волны с изменяющейся фазовой скоростью распространения. Из-за малой массы электроны уже при сравнительно небольшой энергии (сотни кэВ) становятся релятивистскими и получают приращение энергии, в основном за счёт роста релятивистской массы. Их скорость близка к скорости света и по мере ускорения электронов растёт в незначительных пределах. Электроны, двигаясь в резонаторе в фазе с бегущей электромагнитной волной, поглощают её энергию и ускоряются. Наращивая число резонаторов можно увеличивать энергию электронного пучка от нескольких МэВ до десятков ГэВ. Ускорители электронов подобного типа являются наиболее распространёнными и широко используются в медицине (лучевая терапия) и промышленности.