Ένας γραμμικός επιταχυντής είναι μια συσκευή που επιταχύνει την ύλη σε υψηλή ταχύτητα μετακινώντας την σε μια γραμμική διαδρομή με ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Ο όρος χρησιμοποιείται πιο συχνά για να αναφέρεται σε έναν επιταχυντή γραμμικών σωματιδίων, ή linac, που επιταχύνει άτομα ή υποατομικά σωματίδια. Ο “γραμμικός επιταχυντής” μπορεί επίσης να αναφέρεται σε συσκευές που χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνητισμό για την προώθηση μεγαλύτερων αντικειμένων, όπως όπλα και όπλα. Οι γραμμικοί επιταχυντές σωματιδίων χρησιμοποιούνται συνήθως στην ιατρική, τη βιομηχανία και τα επιστημονικά πειράματα και οι ηλεκτρομαγνητικοί επιταχυντές για μεγαλύτερα αντικείμενα μπορεί να έχουν μελλοντικές εφαρμογές για σκοπούς όπως διαστημικά ταξίδια και όπλα.
Ένας γραμμικός επιταχυντής σωματιδίων πυροδοτεί μαγνητικά φορτισμένα σωματίδια. Αυτά μπορεί να είναι ολόκληρα φορτισμένα άτομα, που ονομάζονται ιόντα, ή υποατομικά σωματίδια όπως πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Πρώτον, το σωματίδιο που πρόκειται να επιταχυνθεί παράγεται από μια ηλεκτρομαγνητική συσκευή όπως μια κάθοδος ή μια πηγή ιόντων και απελευθερώνεται σε ένα θάλαμο κενού σχήματος σωλήνα επενδεδυμένο με ηλεκτρόδια. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόδια ενεργοποιούνται για να δημιουργήσουν ταλαντευόμενα μαγνητικά πεδία που μεταδίδουν ενέργεια στο σωματίδιο και το επιταχύνουν κάτω από το σωλήνα προς τον στόχο της συσκευής. Η ακριβής διάταξη των ηλεκτροδίων εντός του σωλήνα, η ισχύς και η συχνότητα της ενέργειας που στέλνεται στα ηλεκτρόδια και το μέγεθος των ηλεκτροδίων ποικίλλουν ανάλογα με τα σωματίδια που επιταχύνονται και τον σκοπό της συσκευής.
Ένα απλό και πολύ κοινό παράδειγμα είναι ο καθοδικός σωλήνας, που χρησιμοποιείται συνήθως σε τηλεοράσεις, οθόνες και άλλες τεχνολογίες απεικόνισης. Ο σωλήνας καθοδικών ακτίνων ωθεί τα ηλεκτρόνια προς τα κάτω στον σωλήνα έως ότου χτυπήσουν έναν στερεό στόχο στο άκρο του σωλήνα που αποτελείται από φωταύγεια υλικά που ονομάζονται φώσφοροι, τα οποία είναι συνήθως θειούχες ενώσεις μετάλλων. Αυτό προκαλεί μέρος της ενέργειας των ηλεκτρονίων να απελευθερωθεί ως εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας στα μήκη κύματος που το ανθρώπινο μάτι ανιχνεύει ως ορατό φως. Τα μηχανήματα ακτίνων Χ που χρησιμοποιούνται στην ιατρική και τη βιολογική έρευνα ακολουθούν παρόμοια αρχή, πυροδοτώντας ρεύματα ηλεκτρονίων σε χαλκό, μολυβδαίνιο ή βολφράμιο για να παράγουν εκπομπές ακτίνων Χ που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για απεικόνιση ή, με πιο ισχυρές συσκευές, ακτινοθεραπεία.
Οι γραμμικοί επιταχυντές σωματιδίων χρησιμοποιούνται επίσης στην επιστημονική έρευνα. Οι μικρές συσκευές χρησιμοποιούνται συχνά για απεικόνιση στη βιολογική και αρχαιολογική έρευνα. Οι γραμμικοί επιταχυντές που χρησιμοποιούνται για έρευνα ποικίλλουν πολύ σε μέγεθος και μπορούν να φτάσουν σε πραγματικά κολοσσιαίες διαστάσεις λόγω των εξαιρετικά υψηλών ενεργειακών επιπέδων που απαιτούνται για την παραγωγή ορισμένων από τα φαινόμενα που μελετώνται στη σύγχρονη φυσική. Ο μεγαλύτερος επιταχυντής γραμμικών σωματιδίων στη Γη, που βρίσκεται στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών SLAC (Στάνφορντ Γραμμικός Επιταχυντής) στο Μένλο Παρκ της Καλιφόρνια, έχει μήκος δύο μίλια.
Χρησιμοποιούνται επίσης σε ορισμένες βιομηχανικές διεργασίες. Ορισμένα τσιπ πυριτίου που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα ηλεκτρονικά κατασκευάζονται με μια διαδικασία που ενσωματώνει επιταχυντές που προωθούν ολόκληρα φορτισμένα άτομα αντί για υποατομικά σωματίδια, επιτρέποντας την πολύ ακριβή τοποθέτηση των ατόμων κατά την παραγωγή. Οι επιταχυντές μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την εμφύτευση ιόντων στην επιφάνεια υλικών όπως ο χάλυβας, αλλάζοντας τη δομή του υλικού για να το κάνουν πιο ανθεκτικό στη χημική διάβρωση στις ρωγμές.
Ο όρος «γραμμικός επιταχυντής» χρησιμοποιείται επίσης μερικές φορές για συσκευές που προωθούν μεγαλύτερα αντικείμενα με παρόμοιο τρόπο, χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητισμό για να επιταχύνουν ένα βλήμα κατά μήκος μιας ευθείας διαδρομής. Αυτά λειτουργούν με τη διοχέτευση ηλεκτρικής ενέργειας είτε μέσω ενός μεταλλικού πηνίου τυλιγμένο γύρω από την κάννη της συσκευής, ενός σχεδίου που ονομάζεται coilgun, mass drive ή όπλο Gauss, είτε μέσω ενός ζεύγους μεταλλικών σιδηροτροχιών που είναι τοποθετημένες παράλληλα μεταξύ τους, που ονομάζεται railgun. Ένα αντικείμενο κατασκευασμένο από σιδηρομαγνητικό υλικό, όπως ο σίδηρος, μπορεί να επιταχυνθεί κάτω από το βαρέλι της συσκευής με τα μαγνητικά πεδία που παράγονται από σωστά χρονομετρημένα ηλεκτρικά ρεύματα. Τα πυροβόλα όπλα έχουν προταθεί ως ένας πιθανός τρόπος εκτόξευσης φορτίων από την επιφάνεια της Γης στο διάστημα, και τόσο τα όπλα όσο και τα όπλα ερευνώνται ως πιθανά όπλα.