引用：

最初の実験
原子核の研究に関する最初の実験は、加速器をまったく使用せずに行われました。このような実験で使用されるα粒子 (ヘリウム4の原子核) は、不安定な同位体 (ラジウムなど) の崩壊から得られ、それ自体が母核の電場で数 MeV のエネルギーに加速されます。

加速器技術の時代は、約 1 MeV のエネルギーまでの粒子加速の 2 つの方式が同時に登場した 1930 年代初頭から始まります。
1932 年、イギリス人のジョン･コッククロフトとアイルランド人のアーネスト･ウォルトンは、ケンブリッジでカスケード接続された 800 キロボルトの DC電源（コッククロフト=ウォルトン回路）を建設し、実験核物理学の新時代を切り開きました。すでに最初の実験で、彼らは加速された陽子ビームをリチウム7 ターゲットに当て、実際の核反応を観察しました。リチウム原子核が陽子を捕捉し、2 つのα粒子に分解しました。

訳者注）ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
ジョン・コッククロフトとアーネスト・ウォルトンは、直流の昇圧回路に名前を残している．この回路を用いて粒子加速器を建造し、1932年に史上初めて人工的に加速した原子核粒子によって原子核壊変を起こしたことで知られる（wikiより）．
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サイクロトロン

数十メガボルトの電位差を作ることは非常に困難ですが、これを作る必要はないことがすぐに明らかになりました。加速器を磁場の中に置くことでリング状に丸めることができます。電場とは異なり、磁場は粒子を加速せず、軌道を曲げるだけです。特に、均一な磁場では、荷電粒子の軌道は円に近づきます。
粒子が電場によって時々前方に押されると、粒子はエネルギーを獲得し、軌道の半径が徐々に増加します。これで、2 つの問題が自動的に解決されます: 粒子は必要なだけ軌道にとどまることができ、加速電場を大きくする必要はありません (1 キロボルトの電位差を 1000 回通過することは、1 メガボルトの線形加速器に相当します)。

この原理に基づく粒子加速器サイクロトロンは 、1929 年にアーネスト ローレンスによって考案され、1931 年に建設されました。サイクロトロンは 2 つの（D型）中空ディスクで構成され、その中で粒子が回転します。交流電圧がディスク半分の（D型）ギャップ端に印加され、その周波数は粒子の回転周波数と正確に同期し、粒子が一方向にギャップを通過すると、電場がそれらを前方に押し出し、半周期後、ディスク再びギャップを横切ると、電場は符号を変え再度押します。最大エネルギーに到達するまで、次から次へとらせん円運動が繰り返されます。

粒子の速度が光の速度よりも大幅に遅い限り、粒子の回転周波数が一定であることが基本的に重要です。速度の増加は、軌道の半径の増加によって正確に補償されます。これにより、粒子は常に同じ時間間隔でギャップまで飛行するため、厳密に固定された周波数の交流電圧をギャップ端に印加できます。

ローレンスによって構築された最初のサイクロトロンは、直径が 10 cm 強で、陽子を 80 keV (キロ電子ボルト) まで加速しました。急速な進歩により、1936 年には 8 MeV のサイクロトロンでしたが、1946 年には 200 MeV の巨人サイクロトロンが誕生しました。そのようなエネルギーでは、陽子の速度が光の速度に近づくため、サイクロトロン周波数を計算するための非相対論的等式は機能しなくなります。物理学者は、粒子の循環周波数に従ってギャップ内の交流電場の周波数を調整することで、そのようなエネルギーを達成することができました。

シンクロファソトロン

エネルギーのさらなる増加は、多くの問題に遭遇しました。その中には、純粋な設計上の問題 (粒子がらせん状に回転するのを妨げずに、均一な磁場、深い真空、および機械的強度を提供する必要がある) と、基本的な問題 (粒子がチャンバーの周りに散乱し、チャンバーに落ちる) の両方がありました。なぜ加速できないのでしょうか？

訳者注）ーーーーーーーーーーーーーーーー
電子は軽いのですぐ光速近くまで加速され、相対論的電子になってしまう．これを加速しようとしても、シンクロトロン放射による損失が大きく、これ以上加速するのは困難である．このときの放射光（高強度で強い指向性を持つ白色光）を積極的に利用する日本国内における代表的な施設の例は、兵庫県にあるSPring-8（8GeV）である．
サイクロトロンは重い粒子（陽子、イオン）を加速するのに用い、原子爆弾製造のプロジェクトの一部として発展した．しかし、シンクロトロンの加速では電子と同様に高エネルギー粒子の生成は限界だった．
シンクロサイクロトロンとかシンクロファソトロン（ヴェクスラーの命名）とか言われるシンクロトロンの技術革新で、高エネルギーの粒子加速ができるようになった．これはオートフェージング原理に基づくもので、共鳴加速中に粒子の回転周波数と加速電場の周波数を同期させることに他ならない．
オートフェージング原理
1944のFIANセミナーで、ヴェクスラーが報告し、ファインバーグがこのプロセスの安定性を厳密な数学的方法で証明した．1944年の「ソ連科学アカデミーの報告」にはベクスラーだけが著者としてリストされているという．
この1年後、E.マクミラン（米）も独自にこの原理を発見した．
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1944 年、ソ連の物理学者ウラジーミル ･ヴェクスラーと、その 1 年後に独立してアメリカ人のエドウィン･ マクミランが、オートフェージングの原理を思いつきました。彼らのアイデアは、ギャップ内の電場を特別に調整することで構成されていました。これにより、遅れている粒子をより強く駆動し、先行する粒子をより弱く駆動します。その結果、粒子は常にコンパクトで拡散しない束の形を保ちます。最後に、エンジニアリング上の問題を解決するために、巨大な円盤の代わりに、リング状に丸められた長いチューブに粒子を発射し、それらを一定の軌道に保つために、エネルギーの増加に同期して磁場を増加させました。このタイプの加速器は、シンクロファソトロンと呼ばれます。. その後、そのエネルギーは数 GeV にまで増大し、素粒子物理学で多くの発見がなされました。多くの最新の加速器、特に LHC（Large Hadron Collider）は、シンクロファソトロンの原理に基づいています。

コライダー

加速器技術の歴史における次の段階は、コライダーの建設でした。これは、粒子の 2 つのビームが反対方向に回転し、互いに衝突する衝突ビームを備えた加速器です。 当初、このアイデアは 1943 年にノルウェーの物理学者ロルフ･ ヴィデレーによって発明され、特許も取得されましたが、1960 年代初頭に 3 つの独立した研究者チームによって実現されました：
・オーストリアのブルーノ・トゥシェク率いるイタリアのグループ、
・ジェラルド・K・オニール　と　ウォルフガング・K・H・パノフスキー率いるアメリカグループ、
・Г. И. Будкерブッツカーが率いるノボシビルスクのグループ。

その瞬間まで、すべての実験は静止したターゲットで行われました。 高エネルギー粒子が静止粒子と衝突すると、衝突によって生成された生成物が高速で前方に飛び、その運動エネルギーがビームのエネルギーの大部分を消費します。 しかし、お互いに向かって飛んでいる同一の粒子が衝突すると、それらのエネルギーのほとんどが本来の目的、つまり粒子の誕生に費やされます。 相対論的力学の式によれば、重心系の総エネルギーを計算することができます。新しい粒子の誕生に費やすことができるのは、元の粒子のエネルギーのこの部分です。 最初のケースではおよそ $${\sqrt{2Emc^{2}}}$$で、2 番目のケースでは$${2E}$$ です。 粒子が超相対論的 ($${E >> mc^{2}}$$) である場合、同じビーム エネルギーで固定ターゲットを使用した実験よりも、ビームを衝突させたコライダーではるかに重い粒子を生成できます。

2008 年には、人類がこれまでに作った中で最も強力な加速器、7 TeV の陽子エネルギーを持つ大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) が稼働します (元素に関する LHC セクションを参照)。スイスとフランスの国境にある長さ 27 km の地下円形トンネル内にあります。物理学者は、LHC の結果が私たちの世界の深い構造を理解する上で新たなブレークスルーにつながることを望んでいます。

現在、アクセラレータは設計限界に近づいています。コライダーが線形になり、より効率的な粒子加速技術が実装された場合にのみ、粒子エネルギーの大幅な増加が可能になります。ブレークスルーは、レーザーまたはレーザープラズマ加速技術によって約束されています。その中では、短いが強力なレーザーパルスが荷電粒子を直接加速するか、プラズマ雲に乱れを生じさせ、通過する電子束を拾い上げて急​​激に加速させます。この方式を加速器にうまく適用するには、さらに多くの困難を克服する (複数の加速要素を互いにドッキングする方法、大きな角度発散に対処する方法、および加速された粒子のエネルギーの広がりに対処する方法)必要がありますが、最初の実験結果では非常に有望です。