УСКОРИ́ТЕЛИ ЗАРЯ́ЖЕННЫХ ЧАСТИ́Ц

УСКОРИ́ТЕЛИ ЗАРЯ́ЖЕННЫХ ЧАСТИ́Ц, ус­та­нов­ки, пред­на­зна­чен­ные для по­лу­че­ния на­прав­лен­ных по­то­ков (пуч­ков) за­ря­жен­ных час­тиц с энер­ги­ей, зна­чи­тель­но пре­вы­шаю­щей энер­гию их те­п­ло­во­го дви­же­ния. Яв­ля­ют­ся ис­точ­ни­ка­ми пуч­ков как пер­вич­ных ус­ко­рен­ных за­ря­жен­ных час­тиц, так и вто­рич­ных час­тиц (ме­зо­нов, ней­тро­нов, фо­то­нов, ато­мов и др.), по­лу­чае­мых при взаи­мо­дей­ст­вии пер­вич­ных час­тиц с ми­ше­нью. К ус­ко­рит. ус­та­нов­кам от­но­сят так­же на­ко­пи­те­ли за­ря­жен­ных час­тиц, в ко­то­рых цир­ку­ли­ру­ют пуч­ки час­тиц по­сто­ян­ной энер­гии. В ря­де слу­ча­ев (при ре­ку­пе­ра­ции энер­гии ус­ко­рен­ных пуч­ков, в экс­пе­ри­мен­тах по по­лу­че­нию ан­ти­во­до­ро­да и др.) ус­ко­рит. ус­та­нов­ки ис­поль­зу­ют­ся для умень­ше­ния энер­гии пуч­ка.

Структура ускорителя

Лю­бая ус­ко­рит. ус­та­нов­ка вклю­ча­ет 3 осн. струк­тур­ных эле­мен­та: 1) ис­точ­ник час­тиц с сис­те­мой фор­ми­ро­ва­ния пуч­ка; 2) соб­ст­вен­но ус­ко­ри­тель – уст­рой­ст­во (или це­поч­ка по­сле­до­ва­тель­но рас­по­ло­жен­ных уст­ройств), уве­ли­чи­ваю­щее энер­гию час­тиц, а так­же фор­ми­рую­щее их тра­ек­то­рию; 3) уст­рой­ст­ва, осу­ще­ст­в­ляю­щие вы­вод и транс­пор­ти­ров­ку пуч­ка на ми­шень или взаи­мо­дей­ст­вие пуч­ка с ми­ше­нью, или со­уда­ре­ние встреч­ных пуч­ков в ус­ко­ри­те­ле.

Уст­рой­ст­ва для по­лу­че­ния пуч­ков за­ря­жен­ных час­тиц (элек­тро­нов, по­зи­тро­нов, про­то­нов, ан­ти­про­то­нов, мюо­нов, атом­ных ядер, ио­нов) мо­гут быть и от­но­си­тель­но про­сты­ми (напр., элек­трон­ная пуш­ка), и пред­став­лять со­бой слож­ный ком­плекс ус­ко­рит. уст­ройств, как, напр., ис­точ­ник ан­ти­про­то­нов Фер­ми­ев­ской на­цио­наль­ной ус­ко­ри­тель­ной ла­бо­ра­то­рии. В этой ус­та­нов­ке про­то­ны, пред­ва­ри­тель­но ус­ко­рен­ные до энер­гии 120 ГэВ, бом­бар­ди­ру­ют не­под­виж­ную ни­ке­ле­вую ми­шень. В ре­зуль­та­те ро­ж­да­ет­ся ог­ром­ное чис­ло час­тиц разл. ти­пов, вклю­чая ан­ти­про­то­ны. По­след­ние се­па­ри­ру­ют, а за­тем на­ка­п­ли­ва­ют и ох­ла­ж­да­ют в на­ко­пи­тель­ном коль­це. По­доб­ную струк­ту­ру име­ют и ис­точ­ни­ки по­зи­тро­нов, раз­ра­ба­ты­вае­мые для ли­ней­но­го кол­лай­де­ра.

По­ка­за­те­ля­ми ка­че­ст­ва пуч­ка, соз­да­вае­мо­го ис­точ­ни­ком, слу­жат его эмит­танс (про­из­ве­де­ние ра­диу­са пуч­ка на его уг­ло­вую рас­хо­ди­мость) и энер­ге­тич. раз­брос. Чем мень­ше эмит­танс, тем вы­ше ка­че­ст­во ко­неч­но­го пуч­ка час­тиц вы­со­кой энер­гии. По ана­ло­гии со све­то­вой оп­ти­кой вво­дят по­ня­тие яр­ко­сти пуч­ка (си­ла то­ка час­тиц, де­лён­ная на эмит­танс, что со­от­вет­ст­ву­ет плот­но­сти час­тиц, де­лён­ной на уг­ло­вую рас­хо­ди­мость). При прак­тич. при­ме­не­нии совр. У. з. ч. час­то тре­бу­ет­ся мак­си­маль­но воз­мож­ная яр­кость пуч­ков.

Ус­ко­ре­ние пуч­ка про­из­во­дит­ся в уст­рой­ст­вах разл. ти­пов с по­мо­щью элек­трич. по­ля (из­ме­няю­ще­го энер­гию за­ря­жен­ных час­тиц). Для фор­ми­ро­ва­ния тра­ек­то­рии час­тиц в У. з. ч. при­ме­ня­ют маг­нит­ное по­ле, ко­то­рое из­ме­ня­ет на­прав­ле­ние дви­же­ния за­ря­жен­ных час­тиц, не ме­няя ве­ли­чи­ны их ско­ро­сти. Совр. У. з. ч. вы­со­ких энер­гий – ог­ром­ные слож­ные ком­плек­сы. Так, ус­ко­ре­ние про­то­нов для про­ве­де­ния экс­пе­ри­мен­тов на Боль­шом ад­рон­ном кол­лай­де­ре (БАК) осу­ще­ст­в­ля­ет­ся сна­ча­ла в ли­ней­ном ус­ко­ри­те­ле, за­тем в 4 по­сле­до­ва­тель­ных цик­лич. ус­ко­ри­те­лях, пе­ри­метр по­след­не­го из них (соб­ст­вен­но БАК) со­став­ля­ет 26659 м.

Осн. за­да­чи вы­во­да и транс­пор­ти­ров­ки пуч­ков ус­ко­рен­ных час­тиц – со­хра­не­ние ин­тен­сив­но­сти пуч­ка и фор­ми­ро­ва­ние его по­пе­реч­ных раз­ме­ров. Для пре­дот­вра­ще­ния ухуд­ше­ния ка­че­ст­ва пуч­ка и по­терь час­тиц из-за со­уда­ре­ний с мо­ле­ку­ла­ми га­за транс­пор­ти­ров­ка, как пра­ви­ло, осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в ва­куу­ме. Вдоль трак­та транс­пор­ти­ров­ки рас­по­ла­га­ют­ся элек­трич. или маг­нит­ные лин­зы, обес­пе­чи­ваю­щие фо­ку­си­ров­ку час­тиц. Здесь же раз­ме­ща­ют­ся уст­рой­ст­ва, по­во­ра­чи­ваю­щие пу­чок (как для из­ме­не­ния тра­ек­то­рии все­го пуч­ка, так и для вы­де­ле­ния час­тиц оп­ре­де­лён­но­го сор­та или энер­гии). Рас­пре­де­ле­ние час­тиц в по­пе­реч­ном на­прав­ле­нии не­од­но­род­но, и ино­гда бы­ва­ет не­об­хо­ди­мо умень­шить эту не­од­но­род­ность. Для это­го мо­гут при­ме­нять­ся кол­ли­ма­то­ры, вы­де­ляю­щие центр. часть пуч­ка та­ким об­ра­зом, что­бы раз­ни­ца в плот­но­сти по­то­ка в этой час­ти не пре­вы­ша­ла до­пус­ти­мую (при этом по­те­ри ин­тен­сив­но­сти пуч­ка бу­дут тем боль­ши­ми, чем жёст­че тре­бо­ва­ния к од­но­род­но­сти). Др. спо­соб по­вы­ше­ния од­но­род­но­сти пуч­ка – при­ме­не­ние уст­ройств раз­вёрт­ки пуч­ка.

Классификация ускорителей

У. з. ч. раз­ли­ча­ют­ся ти­пом ус­ко­ряе­мых час­тиц, ха­рак­те­ри­сти­ка­ми пуч­ка (энер­ги­ей, ин­тен­сив­но­стью и др.), а так­же кон­ст­рук­ци­ей. Наи­бо­лее рас­про­стра­не­ны ус­ко­ри­те­ли элек­тро­нов, про­то­нов и ио­нов (пуч­ки этих час­тиц про­ще все­го по­лу­чить). В совр. У. з. ч., пред­на­зна­чен­ных для изу­че­ния эле­мен­тар­ных час­тиц, мо­гут ус­ко­рять­ся ан­ти­час­ти­цы (по­зи­тро­ны, ан­ти­про­то­ны). Для уве­ли­че­ния эф­фек­тив­но­сти ис­поль­зо­ва­ния энер­гии час­тиц в кол­лай­де­рах по­сле за­вер­ше­ния ус­ко­рит. цик­ла пуч­ки час­тиц стал­ки­ва­ют (см. Встреч­ные пуч­ки).

По спо­со­бу соз­да­ния ус­ко­ряю­ще­го элек­трич. по­ля У. з. ч. де­лят­ся на 4 клас­са. В ус­ко­ри­те­лях пря­мо­го дей­ст­вия (или вы­со­ко­вольт­ных ус­ко­ри­те­лях) элек­трич. по­ле име­ет прак­ти­че­ски по­сто­ян­ную ве­ли­чи­ну в те­че­ние все­го про­цес­са ус­ко­ре­ния. В ин­дук­ци­он­ных ус­ко­ри­те­лях ис­поль­зу­ет­ся вих­ре­вое элек­трич. по­ле, воз­ни­каю­щее при из­ме­не­нии маг­нит­но­го по­то­ка (эдс ин­дук­ции). При этом в про­цес­се ус­ко­ре­ния на­пря­жён­ность элек­трич. по­ля мо­жет из­ме­нять­ся по ве­ли­чи­не, но со­хра­ня­ет од­но и то же на­прав­ле­ние. В вы­со­ко­час­тот­ных ре­зо­нанс­ных ус­ко­ри­те­лях для ус­ко­ре­ния ис­поль­зу­ет­ся элек­трич. ком­по­нен­та по­ля элек­тро­маг­нит­ной вол­ны; т. о., в про­цес­се ус­ко­ре­ния по­ле мно­го­крат­но из­ме­ня­ет на­прав­ле­ние. В кол­лек­тив­ных ме­то­дах ус­ко­ре­ния ис­поль­зу­ют­ся элек­трич. по­ля, соз­да­вае­мые др. за­ря­жен­ны­ми час­ти­ца­ми. Кол­лек­тив­ные ме­то­ды тео­ре­ти­че­ски по­зво­ля­ют рез­ко уве­ли­чить темп ус­ко­ре­ния (энер­гию, на­би­рае­мую на еди­ни­цу пу­ти) и ин­тен­сив­ность пуч­ков, но по­ка к соз­да­нию дей­ст­вую­щих ус­та­но­вок не при­ве­ли.

Кон­ст­рук­тив­но У. з. ч. де­лят­ся на две груп­пы: ли­ней­ные ус­ко­ри­те­ли (см. Ли­ней­ный ус­ко­ри­тель про­то­нов, Ли­ней­ный ус­ко­ри­тель элек­тро­нов), где пу­чок час­тиц од­но­крат­но про­хо­дит ус­ко­ряю­щие про­ме­жут­ки, и цик­ли­че­ские ус­ко­ри­те­ли, в ко­то­рых пуч­ки дви­жут­ся по кри­во­ли­ней­ным тра­ек­то­ри­ям (напр., ок­руж­но­стям или спи­ра­лям), про­хо­дя ус­ко­ряю­щие про­ме­жут­ки по мно­гу раз, при­чём в син­хро­тро­не ис­поль­зу­ет­ся со­че­та­ние кри­во­ли­ней­ных и пря­мо­ли­ней­ных уча­ст­ков. По ме­ха­низ­му, обес­пе­чи­ваю­ще­му фо­ку­си­ров­ку пуч­ка (ус­той­чи­вость дви­же­ния час­тиц в пер­пен­ди­ку­ляр­ных к тра­ек­то­рии на­прав­ле­ни­ях), раз­ли­ча­ют ус­ко­ри­те­ли с од­но­род­ной фо­ку­си­ров­кой, в ко­то­рых фо­ку­си­рую­щая си­ла по­сто­ян­на вдоль тра­ек­то­рии (по край­ней ме­ре, по зна­ку), и ус­ко­ри­те­ли со зна­ко­пе­ре­мен­ной фо­ку­си­ров­кой, в ко­то­рых фо­ку­си­рую­щая си­ла ме­ня­ет знак вдоль тра­ек­то­рии, т. е. че­ре­ду­ют­ся уча­ст­ки фо­ку­си­ров­ки и де­фо­ку­си­ров­ки. В при­ме­не­нии к цик­лич. ус­ко­ри­те­лям вме­сто тер­ми­нов «од­но­род­ная» и «зна­ко­пе­ре­мен­ная» фо­ку­си­ров­ка ис­поль­зу­ют тер­ми­ны «сла­бая» («мяг­кая») и «силь­ная» («жё­ст­кая») фо­ку­си­ров­ка. ВЧ ре­зо­нанс­ные ус­ко­ри­те­ли мо­гут быть клас­си­фи­ци­ро­ва­ны по ха­рак­те­ру управ­ляю­ще­го маг­нит­но­го по­ля и ус­ко­ряю­ще­го элек­трич. по­ля: ус­ко­ри­те­ли с по­сто­ян­ным и пе­ре­мен­ным во вре­ме­ни маг­нит­ным по­лем, ус­ко­ри­те­ли с по­сто­ян­ной и пе­ре­мен­ной час­то­той ус­ко­ряю­ще­го по­ля.

Ус­ко­ри­те­ли клас­си­фи­ци­ру­ют так­же по на­зна­че­нию: кол­лай­де­ры, ней­трон­ные ис­точ­ни­ки, бус­те­ры, ис­точ­ни­ки син­хро­трон­но­го из­лу­че­ния, ус­та­нов­ки для те­ра­пии ра­ка, про­мыш­лен­ные ус­ко­ри­те­ли элек­тро­нов и др.

Получение и обработка результатов экспериментов

Для ана­ли­за ре­зуль­та­тов экс­пе­ри­мен­тов в совр. ус­ко­рит. ком­плек­сах вы­со­ких энер­гий ис­поль­зу­ют­ся уни­вер­саль­ные де­тек­то­ры час­тиц, вклю­чаю­щие в се­бя, кро­ме боль­ших маг­нит­ных сис­тем, так­же мно­го­числ. сцин­тил­ля­ци­он­ные де­тек­то­ры, про­пор­цио­наль­ные ка­ме­ры, дрей­фо­вые ка­ме­ры, че­рен­ков­ские счёт­чи­ки, ка­ло­ри­мет­ры и др. Та­кие де­тек­ти­рую­щие сис­те­мы вме­сте с об­слу­жи­ваю­щей их элек­тро­ни­кой пред­став­ля­ют со­бой са­мо­сто­ят. инж. со­ору­же­ния и обыч­но по­лу­ча­ют собств. на­зва­ние. Напр., один из осн. де­тек­то­ров БАК – ATLAS (от англ. A Toroidal LHC ApparatuS) име­ет дли­ну 46 м, диа­метр 25 м, об­щую мас­су ок. 7000 т. В кол­ла­бо­ра­ции ATLAS ок. 2000 учё­ных и ин­жене­ров из 165 ла­бо­ра­то­рий и ун-тов 35 стран (в т. ч. из Рос­сии). По­ток дан­ных с 4 ос­нов­ных и 3 вспо­мо­гат. де­тек­то­ров БАК со­став­ля­ет ок. 300 ГБ/с (по­сле фильт­ра­ции – ок. 300 МБ/с), об­ра­бот­ка та­ко­го по­то­ка не­воз­мож­на без при­ме­не­ния совр. ком­пь­ю­тер­ных тех­но­ло­гий.

Не­об­хо­ди­мость про­ве­де­ния боль­шо­го объ­ё­ма рас­чё­тов при про­ек­ти­ро­ва­нии но­вых ус­та­но­вок и об­ра­бот­ке боль­ших по­то­ков дан­ных для ана­ли­за ре­зуль­та­тов экс­пе­ри­мен­тов, а так­же по­треб­ность в бы­ст­ром об­ме­не ин­фор­ма­ци­ей ме­ж­ду учё­ны­ми, ра­бо­таю­щи­ми в раз­ных стра­нах, при­ве­ла к то­му, что все ве­ду­щие уско­рит. ла­бо­ра­то­рии яв­ля­ют­ся так­же и цен­тра­ми по раз­ви­тию ин­фор­мац. тех­но­ло­гий, кон­цен­три­рую­щи­ми ре­сур­сы по хра­не­нию и об­ра­бот­ке ин­фор­ма­ции. Воз­ник­но­ве­ние и раз­ви­тие Ин­тер­не­та свя­за­но с ус­ко­рит. цен­тра­ми: пер­вый в ми­ре веб-сер­вер и пер­вый в ми­ре веб-брау­зер (WorldWideWeb, www) со­здан в Ев­ро­пей­ской ор­га­ни­за­ции по ядер­ным ис­сле­до­ва­ни­ям (ЦЕРН), рос. Ин­тер­нет (Ру­нет) воз­ник в Кур­ча­тов­ском ин­ститу­те, пер­вый веб-сер­вер в США – в Стан­форд­ско­го ли­ней­но­го ус­ко­ри­те­ля цен­тре. Для об­ра­бот­ки дан­ных, по­сту­паю­щих с БАК, соз­да­на од­на из круп­ней­ших грид-сис­тем, в ко­то­рой вир­туаль­ный су­пер­ком­пь­ю­тер об­ра­зу­ет­ся из кла­сте­ров ком­пь­ю­те­ров, со­еди­нён­ных в сеть и ра­бо­таю­щих над од­ной за­да­чей. В со­став грид-сис­те­мы БАК вхо­дит 170 вы­чис­лит. цен­тров из 36 стран. Сис­те­ма име­ет ие­рар­хич. струк­ту­ру: ну­ле­вой уро­вень – ЦЕРН (по­лу­че­ние ин­фор­ма­ции с де­тек­то­ров, сбор и хра­не­ние «сы­рых» на­уч. дан­ных), пер­вый уро­вень – 12 ин-тов, по­лу­чаю­щих вы­де­лен­ные под­мно­же­ст­ва ис­ход­ных дан­ных для ре­зерв­но­го хра­не­ния и, при не­об­хо­ди­мо­сти, про­ве­де­ния по­втор­ных рас­чё­тов (один из та­ких ин-тов рас­по­ло­жен в Рос­сии – в Объ­е­ди­нён­ном ин­сти­ту­те ядер­ных ис­сле­до­ва­ний, ОИЯИ). Мно­го­числ. цен­тра­ми вто­ро­го уров­ня слу­жат ор­га­ни­за­ции, об­ла­даю­щие хо­ро­ши­ми вы­чис­лит. ре­сур­са­ми. Бо­лее 85% всех вы­чис­лит. за­дач БАК вы­пол­ня­ет­ся вне ЦЕРН, из них бо­лее 50% – в цен­трах вто­ро­го уров­ня. Ана­ло­гич­ную грид-сис­те­му пла­ни­ру­ет­ся ис­поль­зо­вать для об­ра­бот­ки дан­ных экс­пе­ри­мен­та MPD (от англ. Multi Pur­pose Detector, мно­го­це­ле­вой де­тек­тор), про­ве­де­ние ко­то­ро­го пла­ни­ру­ет­ся на со­ору­жае­мом в ОИЯИ тя­же­ло­ион­ном кол­лай­де­ре.

Применение ускорителей и их производство

Ус­лов­но вы­де­ля­ют две осн. об­лас­ти при­ме­не­ния У. з. ч.: в ка­че­ст­ве ин­ст­ру­мен­тов в на­уч. ис­сле­до­ва­ни­ях и в ка­че­ст­ве ус­та­но­вок, обес­пе­чи­ваю­щих нор­маль­ный ход тех­но­ло­гич. про­цес­сов. К та­ким про­цес­сам от­но­сят­ся: сте­ри­ли­за­ция мед. ап­па­ра­ту­ры и ма­те­риа­лов, лу­че­вая те­ра­пия, про­из-во ра­дио­фар­ма­ко­ло­гич. пре­па­ра­тов для мед. ди­аг­но­сти­ки, не­раз­ру­шаю­щий кон­троль, из­го­тов­ле­ние эле­мен­тов мик­ро­элек­тро­ни­ки, ис­кусств. по­ли­ме­ри­за­ция ла­ков, мо­ди­фи­ка­ция свойств ма­те­риа­лов, из­го­тов­ле­ние тер­мо­уса­жи­ваю­щих­ся труб и др. На 2016 в ми­ре ра­бо­та­ют ок. 30 000 У. з. ч. Из них ок. 1% име­ют энер­гию пуч­ка св. 1 ГэВ и ис­поль­зу­ют­ся для фун­дам. ис­сле­до­ва­ний (в ядер­ной фи­зи­ке, фи­зи­ке эле­мен­тар­ных час­тиц, фи­зи­ке твёр­до­го те­ла). Пуч­ки вто­рич­ных час­тиц от та­ких У. з. ч. при­ме­ня­ют для ис­сле­до­ва­ний в хи­мии, био­фи­зи­ке, гео­фи­зи­ке и др. Ок. 44% У. з. ч. ис­поль­зу­ют­ся в те­ра­пии он­ко­ло­гич. за­бо­ле­ва­ний, 41% – при про­из-ве из­де­лий мик­ро­элек­тро­ни­ки ме­то­дом ион­ной им­план­та­ции, 9% – в пром. тех­но­ло­ги­ях, 4% – в ме­ди­ко-био­ло­гич. и др. ис­сле­до­ва­ни­ях на пуч­ках низ­ких энер­гий.

Не­по­средств. толч­ком к соз­да­нию пер­вых У. з. ч. по­слу­жи­ли ис­сле­до­ва­ния строе­ния атом­но­го яд­ра, тре­бо­вав­шие по­то­ков за­ря­жен­ных час­тиц вы­со­кой энер­гии. В 1932 Дж. Кок­рофт и Э. Уол­тон раз­ра­бо­та­ли кас­кад­ный ге­не­ра­тор, на ко­то­ром ус­ко­ри­ли пу­чок про­то­нов до 700 кэВ и впер­вые осу­ще­ст­ви­ли ядер­ную ре­ак­цию, воз­бу­ж­дае­мую ис­кус­ст­вен­но ус­ко­рен­ны­ми час­ти­ца­ми (рас­ще­п­ле­ние яд­ра ли­тия про­то­на­ми). Это со­бы­тие ус­лов­но счи­та­ет­ся да­той ро­ж­де­ния У. з. ч. В даль­ней­шем раз­ра­бот­чи­ки со­вер­шен­ст­во­ва­ли У. з. ч., стре­мясь по­лу­чить пуч­ки бо­лее вы­со­кой энер­гии, ин­тен­сив­но­сти и ка­че­ст­ва, а так­же по­вы­сить ка­че­ст­во и эко­но­мич­ность кон­ст­рук­ции.

Совр. ус­ко­ри­те­ли вы­со­ких энер­гий – ог­ром­ные до­ро­го­стоя­щие ком­плек­сы, соз­да­вае­мые в рам­ках ме­ж­ду­нар. про­ек­тов. Су­ще­ст­вен­ную часть стои­мо­сти ус­ко­рит. ком­плек­са со­став­ля­ют за­тра­ты на со­ору­же­ние и на­лад­ку де­тек­ти­рую­щих сис­тем. В то же вре­мя У. з. ч., при­ме­няе­мые в ме­ди­ци­не и разл. тех­но­ло­гич. про­цес­сах, про­из­во­дят­ся се­рий­но боль­шим чис­лом ком­мерч. фирм.

Физика ускорителей

Как са­мо­сто­ят. дис­ци­п­ли­на воз­ник­ла в пер­вые де­ся­ти­ле­тия 20 в., вы­де­лив­шись из бо­лее ши­ро­ко­го кру­га дис­ци­п­лин (фи­зи­ка плаз­мы и пуч­ков за­ря­жен­ных час­тиц, тех­ни­ка элек­тро­ва­ку­ум­ных при­бо­ров и др.), свя­зан­ных с ис­сле­до­ва­ни­ем про­те­ка­ния элек­трич. то­ка в раз­ре­жен­ных га­зах. В этом раз­де­ле при­клад­ной фи­зи­ки изу­ча­ют­ся: ди­на­ми­ка час­тиц в У. з. ч., а так­же мно­го­числ. тех­нич. за­да­чи, свя­зан­ные с со­ору­же­ни­ем и экс­плуа­та­ци­ей ус­ко­ри­те­лей. Фи­зи­ка ус­ко­ри­те­лей вклю­ча­ет в се­бя во­про­сы, свя­зан­ные с по­луче­ни­ем, ус­ко­ре­ни­ем и на­ко­п­ле­ни­ем час­тиц в са­мых раз­но­об­раз­ных ти­пах ус­ко­ри­те­лей. Ис­сле­ду­ет­ся ди­на­ми­ка дви­же­ния за­ря­жен­ных час­тиц во внеш­них элек­тро­маг­нит­ных по­лях (ди­на­ми­ка про­доль­но­го дви­же­ния, опи­сы­ваю­щая ус­ко­ре­ние час­тиц, и ди­на­ми­ка по­пе­реч­но­го дви­же­ния, опи­сы­ваю­щая фо­ку­си­ров­ку пуч­ков); изу­ча­ют­ся во­про­сы соз­да­ния эле­мен­тов маг­нит­ных и ус­ко­ряю­щих струк­тур (вклю­чаю­щие эле­мен­ты фи­зики сверх­про­во­ди­мо­сти) и эф­фек­ты про­стран­ст­вен­но­го за­ря­да (вклю­чаю­щие взаи­мо­дей­ст­вие час­тиц с эле­мен­та­ми ус­ко­ри­те­ля и друг с дру­гом, в т. ч. со встреч­ным пуч­ком). К фи­зи­ке ус­ко­ри­те­лей от­но­сят­ся так­же изу­че­ние син­хро­трон­но­го из­лу­че­ния, по­лу­че­ние и ус­ко­ре­ние по­ля­ри­зо­ван­ных пуч­ков, фи­зи­ка и тех­ни­ка ох­ла­ж­де­ния пуч­ков, тех­ни­ка по­лу­че­ния вы­со­ко­го ва­куу­ма и взаи­мо­дей­ст­вие пуч­ков с ос­та­точ­ным га­зом в ка­ме­ре ус­ко­ри­те­ля, во­про­сы ра­ди­ац. безо­пас­но­сти и др.

Во­про­сы фи­зи­ки и тех­ни­ки ус­ко­ри­те­лей об­су­ж­да­ют­ся в хо­де ря­да ре­гу­ляр­но про­во­ди­мых кон­фе­рен­ций. Пер­вая ме­ж­ду­нар. кон­фе­рен­ция по У. з. ч. со­стоя­лась в 1956 в ЦЕРНе. На­чи­ная с 1997 ма­те­риа­лы 18 разл. кон­фе­рен­ций пуб­ли­ку­ют­ся в элек­трон­ном ви­де на сай­те http://jacow.org. Круп­ней­шая из них – IPAC (International Particle Accelerator Conference, Ме­ж­ду­нар. кон­фе­рен­ция по ус­ко­ре­нию час­тиц) про­во­дит­ся еже­год­но и со­би­ра­ет ок. 2000 уча­ст­ни­ков. В Рос­сии ре­гу­ляр­но ор­га­ни­зу­ют­ся две ме­ж­ду­нар. кон­фе­рен­ции, по­свя­щён­ные фи­зи­ке и тех­ни­ке ус­ко­ри­те­лей, – Рос. кон­фе­рен­ция по ус­ко­ри­те­лям час­тиц и Ме­ж­ду­нар. се­ми­нар по про­бле­мам ус­ко­ри­те­лей за­ря­жен­ных час­тиц па­мя­ти В. П. Са­ран­це­ва.