КОЛЛЕКТИВНОЕ УСКОРЕНИЕ ЧАСТИЦ («КОЛЬЦЕТРОН»). Во всех до сих пор существующих и проектируе­мых ускорителях заряженные частицы разгоняются внеш­ними электрическими или магнитными полями. Существенное увеличение энергии этих внешних полей связано, как прави­ло, с резким ростом размеров и стоимости ускорителей. Длина орбиты Серпуховского ускорителя на 70 млрд. эв равна 1,5 км, а в ускорителе на 1000 млрд. эв длина пробега частиц увели­чилась бы до 20 км. Поэтому нет ничего удивительного в том, что ученые упорно ищут новые пути и способы ускорения частиц и, в частности, один из таких способов — ускорители на встречных пучках.
Еще в 1956 г. академик В. И. Векслер предложил тонко подмеченный им новый, в то время казавшийся фантастиче­ским и нереальным, метод. Когда быстрая, обладающая ог­ромным запасом кинетической энергии частица космического излучения врывается в атмосферу Земли и сталкивается с какой-либо частицей воздуха, она передает этой частице всю или часть своей энергии, а сама или останавливается или замедляется. Но можно этот процесс рассматривать и по­другому. Если привести в движение окружающую неподвиж­ную частицу среду, то она увлечет с собой и частицу, и та в конце концов приобретет скорость среды.
В свое время это явление на примере эффекта Вавилова — Черенкова объяснил и рассчитал академик И. Е. Тамм. Ну а какую среду (также состоящую из каких-то частиц) выбрать, чтобы, с одной стороны, разогнать ее до предельно возможной скорости, а с другой, чтобы она смогла увлечь за собой достаточно тяжелую заряженную частицу. Естест­венно, выбор мог остановиться на потоке электронов, легче всего разгоняемых до самой близкой к световой скорости, а в качество «обдуваемых» частиц — сгусток положительно заряженных ионов, например протонов.
Этот удивительный по замыслу способ ускорения обла­дает тем преимуществом, что тяжелые частицы ускоряются не внешним электрическим полем, а полем, образующимся внутри между коллективами заряженных частиц — среды и собст­венно ускоряемыми частицами. Эти поля не нужно создавать искусственно, не нужно настраивать и корректировать. Они возникают сами при взаимодействии частиц именно там, где нужно и как нужно.
Но от идеи даже, казалось бы, гениально простой, до ее реа­лизации дистанция долгая. Начатую в 1963 г. в Дубне работу по созданию нового ускорителя после смерти академика В. И. Векслера продолжил его ученик В. П. Саранцев. Ус­коритель должен состоять из источника разгоняемых электро­нов, устройства, формирующего их сгусток, содержащий увлекаемые внутрь тяжелые частицы, и системы, ускоряющей весь сгусток. Положительно заряженные ионы оказываются как бы запертыми коллективным отрицательным зарядом электронов, поэтому этот метОд ускорения и называется коллективным Если теперь этот комбинированный сгусток ускорить как целое, то за счет скорости, приобретен­ной огромным количеством электронов, запертые внутри сгустка ионы, например протоны, ускоренные до скорости сгустка электронов, получают в 40 раз большую энергию
Сгусток (импульс) электронов, длящийся около Ю-12 сек, ускоряется небольшим внешним электрическим полем, а тяжелые ионы в соотношении примерно 1:100 увлекаются этим сгустком, как «барашки», бегущие по ветру на гребне морских волн.
Система действует в том случае, если количество электро нов в сгустке довольно велико — 1013 — 1014, что примерно соответствует напряжению в 10 млн в/см — в 20 раз больше, чем в обычном ускорителе. Приблизительно 2/3 затрачиваемой на ускорение энергии падает на долю электронов. 1/3 прихо­дится на долю ионов.
А как все-таки удается удержать частицы на своих местах в сгустке, предотвратить их смешивание?
При очень больших скоростях параллельно летящих электронов взаимодействуют не только их электрические поля, но и магнитные А это означает, что они не только отталки ваются друг от друга как одноименные заряды, но и в значи тельной степени притягиваются друг к другу
Для пучка с энергией электронов в 5 Мэв силы расталкива ния ослабляются в 100 раз. И если в такой пучок добавить 1% ионов, то силы расталкивания будут полностью скомпен­сированы, что и используется при формировании сгустка в виде вращающегося по всей длине окружности кольца диаметром примерно до 4—10 см, что послужило поводом американцам шутливо назвать такой ускоритель «смокотроном», т. е.  генератором колец сигаретного дыма.

Длина линейного коллективного ускорителя ионов на энергию 1000 млрд эв будет не больше 1,5 км Кольцевой син­хрофазотрон на эту же энергию имел бы диаметр около 5 км