粒子ビーム

荷電ビームは、高共振、場合によっては超伝導マイクロ波空洞を用いることでさらに加速される。これらの装置は、電磁場との相互作用によって粒子を加速する。中空の巨視的な導電性装置の波長は無線周波数（RF）帯域にあるため、このような空洞やその他のRF装置の設計も加速器物理学の一部である。

近年、プラズマ加速法が、パルス高出力レーザーシステムの電磁エネルギーや他の荷電粒子の運動エネルギーを利用してプラズマ媒体中で粒子を加速する可能性のある方法として注目されている。この技術は活発に開発が進められているが、現状では十分な品質の安定したビームを得ることはできない。

いずれの場合も、ビームは双極子磁石で方向制御され、四重極磁石で集束されます。最終的な目標は、実験において目的の位置とビームスポットサイズに到達することです。

高エネルギー粒子ビームは、大型施設における素粒子物理学実験に用いられる。最も一般的な例としては、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）やテバトロンが挙げられる。

シンクロトロン放射光源では、電子ビームを用いて広い周波数帯域にわたって連続スペクトルを持つX線放射を生成します。このX線放射はシンクロトロン放射と呼ばれています。このX線放射は、シンクロトロン放射光源のビームラインにおいて、固体や生体物質の構造や化学種を調査・特性評価するための様々な分光法（XAS、XANES、EXAFS、μ -XRF、μ -XRD）に利用されます。

陽子、中性子、または正イオンからなる高エネルギー粒子ビーム（粒子マイクロビームとも呼ばれる）は、粒子線治療におけるがん治療にも使用されることがある。

線形加速器は、光速に近い速度の電子ビームを用いて、患者の深部癌を治療する。タングステン／モリブデン製の標的をビーム内に移動させることでX線を生成し、表面癌を治療することも可能である。

天体物理学における多くの現象は、様々な種類の粒子ビームに起因すると考えられています。^{[ 3 ]}太陽から発生する最も一般的な突発的な電波信号である太陽型III型電波バーストは、太陽加速電子ビームをよりよく理解するためのツールとして科学者によって利用されています。^{[ 4 ]}さらに、粒子ビームはプラズマと相互作用する際に不安定性を引き起こし、静電孤立波を引き起こす状態につながる可能性があります。^{[ 5 ]}

米国高等研究計画局は1958年に粒子ビーム兵器の研究を開始した。 ^{[ 6 ]}このような兵器の基本的な考え方は、高運動エネルギーを持つ加速粒子の流れを標的に照射し、そのエネルギーを標的の原子または分子に伝達することである。このような高出力ビームを発射するために必要な電力は、標準的な戦場発電所の生産能力を超えているため、^{[ 6 ]}このような兵器が近い将来に生産されるとは予想されていない。