荷電粒子ビーム

荷電粒子ビームは、ほぼ同じ位置、運動エネルギー（結果として同じ速度）、および方向を持つ、空間的に局在した電荷を帯びた 粒子のグループです。粒子の運動エネルギーは、常温での粒子のエネルギーよりもはるかに大きいです。荷電粒子ビームはエネルギーが高く、方向性があるため、粒子物理学の多くの用途に有用です（粒子ビーム#用途および電子ビーム技術を参照）。

このようなビームは、主に 2 つのクラスに分けられます。

1. 非束ね梁（コースティング梁^[1]またはDC梁）は、梁の運動方向に縦方向の下部構造を持たない。
2. 束ビームでは、粒子は粒子のパルス（束）に分散されます。最新の粒子加速器では加速に束ビームが必要であるため、束ビームは最新の施設で最も一般的です。^[2]

粒子の位置と衝撃が正規分布していると仮定すると、荷電粒子ビーム（またはビームの束）は次のように特徴付けられる^[3]

• 粒子の種類、例えば電子、陽子、原子核
• 粒子の平均エネルギー。多くの場合、電子ボルト（典型的にはkeVからGeV）で表されます。
• （平均）粒子電流。アンペアで表されることが多い。
• 粒子ビームのサイズ、いわゆるβ関数を使用することが多い
• ビーム放射率、いくつかの位相空間の1つでビームが占める面積の尺度。

これらのパラメータはさまざまな方法で表現できます。たとえば、電流とビームサイズを組み合わせて電流密度を算出したり、電流とエネルギー（またはビーム電圧 V）を組み合わせてパービアンス K = I V ^−3/2を算出したりできます。

粒子加速器で操作できる荷電粒子ビームは、電子ビーム、イオンビーム、陽子ビームに分類できます。

• 走査型電子顕微鏡や大型電子陽電子衝突型加速器、シンクロトロン光源などの加速器で使用される電子ビーム、または陰極線。
• 陽子線治療、テバトロンや大型ハドロン衝突型加速器などの衝突型加速器、またはリソグラフィーにおける陽子線描画などに使用される陽子線。
• 相対論的重イオン衝突型加速器や希少同位体ビーム施設などのイオンビーム。