Не все частицы легко могут проникнуть в положительно заряженное ядро атома. Протону или альфа-частице, несущим положительные заряды, нелегко подойти к одноименно заряженному ядру. Ведь ядерные силы действуют только в самом ядре, а его сильное электростатическое поле будет отталкивать положительно заряженный снаряд. Преодолеть электростатические силы и попасть в область действия ядерных сил может только достаточно быстрая, обладающая большой энергией заряженная частица.

Очень долго физики пользовались альфа-частицами, выбрасываемыми ядрами радиоактивных элементов при естественном их распаде. Однако для осуществления многих реакций необходимы снаряды с большими энергиями, которые при радиоактивных превращениях получить невозможно. Как же быть? Снаряды надо ускорять. Ускоряют обычно протоны, ядра дейтерия — дейтоны, альфа-частицы и другие заряженные частицы.

Ускорять их можно в электрическом поле примерно так, как ускоряются падающие тела в поле тяготения. Энергия падающего тела зависит от разности высот начального и конечного положений. При ускорении заряженной частицы ее энергия пропорциональна разности потенциалов, между которыми она пролетит. Для протона эта энергия просто равна разности потенциалов. Так, чтобы получить протон с энергией 1 Мэв, надо заставить его «падать» в электрическом поле с разностью потенциалов в 1 миллион вольт.

Ускоренные частицы можно получать в так называемой ускорительной трубке, схема которой приведена на рисунке.

Ионы (положительно заряженные частицы) из специального ионного источника попадают в тщательно откачанную камеру. В ней они проходят большую разность потенциалов между концами двух цилиндров. Энергия, приобретаемая ими, соответствует разности потенциалов — напряжению, приложенному к цилиндрам.

Пространство между цилиндрическими электродами является электростатической линзой. Такая линза, так же как соответствующее оптическое устройство, фокусирует поток ионов, сужает их в пучок. Медленные частицы, входя в зазор между электродами, движутся по направлению силовых линий: пучок сжимается. Но, пройдя половину зазора, они разгоняются и благодаря инерции на второй половине пути отклоняются от силовых линий и движутся по собственной траектории. Из пространства между цилиндрами пучок выходит более узким.

При больших напряжениях на электродах возможен пробой по наружной (или внутренней) поверхности. Поэтому для получения частиц большой энергии используется ионная трубка, состоящая из нескольких ускоряющих секций. На верхнем конце трубки помещен ионный источник; в него попадает газ, ускоренные ионы которого желательно получить. К первому ускоряющему промежутку прикладывается небольшое напряжение. Роль этого промежутка сводится к вытягиванию частиц из ионного источника и фокусировке их. Основное ускорение производится последующими зазорами между электродами. Заряженные частицы в конце своего пути попадают на мишень, где производят ядерные реакции.

Подобным же образом могут быть получены и электроны больших энергий. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд и будут двигаться к положительному электроду, то для их ускорения надо изменить знаки полюсов на ускоряющих электродах.