miniatura|El Westinghouse Atom Smasher, un dels primers acceleradors de Van de Graaff construït el 1937 al Westinghouse Research Center de Forest Hills, Pennsilvània. El retall mostra les corretges de tela que transporten la càrrega fins a l'elèctrode d'alt voltatge en forma de bolet. Per millorar l'aïllament, la màquina estava tancada en un 65 recipient a pressió de peus que es va pressuritzar a 120 psi durant el funcionament. L'aire a alta pressió va augmentar el voltatge de la màquina d'1 MV a 5 MV. Un accelerador de partícules electroestàtic és un accelerador de partícules en què les partícules carregades s'acceleren a una alta energia mitjançant un potencial estàtic d'alt voltatge. La raó per la qual només es poden accelerar les partícules carregades és que només les partícules carregades estan influenciades per un camp elèctric, segons la fórmula F=qE, que les fa moure. Això contrasta amb l'altra categoria important d'acceleradors de partícules, els acceleradors de partícules de camp oscil·lant, en què les partícules s'acceleren mitjançant camps elèctrics oscil·lants.

A causa del seu disseny més simple, els tipus electroestàtics van ser els primers acceleradors de partícules. Els dos tipus més comuns són el generador Van de Graaff inventat per Robert Van de Graaff el 1929 i l'accelerador Cockcroft-Walton inventat per John Cockcroft i Ernest Walton el 1932. L'energia màxima de les partícules produïda pels acceleradors electroestàtics està limitada pel voltatge màxim que pot assolir la màquina. Això, al seu torn, està limitat per la ruptura de l'aïllament a uns quants megavolts. Els acceleradors oscil·lants no tenen aquesta limitació, de manera que poden assolir energies de partícules més altes que les màquines electroestàtiques. miniatura|Accelerador Cockcroft-Walton de 750 keV, fase inicial de l'accelerador KEK a Tsukuba, Japó. El generador d'alt voltatge és a la dreta, la font d'ions i el tub de feix són a l'esquerra. Els avantatges dels acceleradors electroestàtics respecte a les màquines de camp oscil·lant inclouen un cost més baix, la capacitat de produir feixos continus i corrents de feix més alts que els fan útils per a la indústria. Com a tals, són, amb diferència, els acceleradors de partícules més utilitzats, amb aplicacions industrials com la producció d'embolcalls de plàstic retràctil, màquines de raigs X d'alta potència, radioteràpia en medicina, producció de radioisòtops, implantadors d'ions en la producció de semiconductors i esterilització. Moltes universitats de tot el món tenen acceleradors electroestàtics amb finalitats de recerca. Els acceleradors de camp oscil·lant d'alta energia solen incorporar una màquina electroestàtica com a primera etapa, per accelerar les partícules a una velocitat prou alta per injectar-les a l'accelerador principal.

Aplicacions Els acceleradors electroestàtics tenen una àmplia gamma d'aplicacions en la ciència i la indústria. En l'àmbit de la recerca fonamental, s'utilitzen per proporcionar feixos de nuclis atòmics per a la recerca a energies de fins a diversos centenars de MeV.

En la indústria i la ciència de materials s'usen per a produir feixos d'ions per a la modificació de materials, incloent-hi la implantació d'ions i la barreja de feixos d'ions. També hi ha diverses tècniques d'anàlisi de materials basades en l'acceleració electroestàtica d'ions pesants, com ara l'espectrometria de retrodispersió de Rutherford (RBS), l'emissió de raigs X induïda per partícules (PIXE), l'espectrometria de masses de l'accelerador (AMS), la detecció de retrocés elàstic (ERD) i altres.

Tot i que aquestes màquines acceleren principalment nuclis atòmics, hi ha diverses màquines compactes que s'utilitzen per accelerar electrons amb finalitats industrials, com ara l'esterilització d'instruments mèdics, la producció de raigs X i la producció d'oblies de silici.

Una aplicació especial de l'accelerador de partícules electroestàtiques són els acceleradors de pols en què partícules de pols carregades elèctricament de mida nanomètrica a micromètrica s'acceleren a velocitats de fins a 100 km/s. Els acceleradors de pols s'utilitzen per a estudis de cràters d'impacte, calibratge de detectors de pols per ionització d'impacte, i estudis de meteors.

Màquines d'un sol extrem Fent servir un terminal d'alt voltatge mantingut a un potencial estàtic de l'ordre de milions de volts, es poden accelerar partícules carregades. En termes senzills, un generador electroestàtic és bàsicament un condensador gegant (encara que no té plaques). L'alt voltatge s'aconsegueix mitjançant els mètodes de Cockcroft i Walton o Van de Graaff, i els acceleradors sovint porten el nom d'aquests inventors. El disseny original de Van de Graaff col·loca electrons en una làmina o corretja aïllant amb una pinta metàl·lica, i després la làmina transporta físicament els electrons immobilitzats al terminal. Tot i que a alt voltatge, el terminal és un conductor, i hi ha una pinta corresponent dins del conductor que pot recollir els electrons de la làmina; a causa de la llei de Gauss, no hi ha cap camp elèctric dins d'un conductor, de manera que els electrons no són repel·lits per la plataforma un cop són a dins. La corretja és similar en estil a una cinta transportadora convencional, amb una excepció important: no té costures. Per tant, si la corretja està trencada, cal desmuntar l'accelerador fins a cert punt per tal de substituir la corretja, cosa que, a causa de la seva rotació constant i d'estar feta típicament de goma, no és un fet particularment infreqüent. La dificultat pràctica de les corretges va portar a un mitjà diferent per transportar físicament les càrregues: una cadena de pellets. A diferència d'una cadena normal, aquesta no és conductora d'un extrem a l'altre, ja que en la seva construcció s'utilitzen tant aïllants com conductors. Aquests tipus d'acceleradors se solen anomenar pelletrons.

Un cop la plataforma es pot carregar elèctricament per un dels mitjans anteriors, es col·loca una font d'ions positius a la plataforma al final de la línia de feix, per això s'anomena terminal. Tanmateix, com que la font d'ions es manté a un potencial alt, no es pot accedir directament a la font d'ions per al control o el manteniment. Per tant, mètodes com ara barres de plàstic connectades a diverses palanques dins del terminal es poden ramificar i activar de forma remota. Ometent problemes pràctics, si la plataforma està carregada positivament, repel·lirà els ions de la mateixa polaritat elèctrica, accelerant-los. Com que E=qV, on E és l'energia emergent, q és la càrrega iònica i V és el voltatge terminal, l'energia màxima de les partícules accelerades d'aquesta manera està pràcticament limitada pel límit de descàrrega de la plataforma d'alt voltatge, uns 12 VM en condicions atmosfèriques ambientals. Aquest límit es pot augmentar, per exemple, mantenint la plataforma d'alta tensió en un tanc d'un gas aïllant amb una constant dielèctrica més alta que l'aire, com ara SF6, que té una constant dielèctrica aproximadament 2,5 vegades superior a la de l'aire. Tanmateix, fins i tot en un tanc de SF6, la tensió màxima assolible és d'uns 30 MV. Podria haver-hi altres gasos amb poders aïllants encara millors, però l' SF6 també és químicament inert i no tòxic. Per augmentar encara més l'energia màxima d'acceleració, es va inventar el concepte de tàndem per utilitzar el mateix alt voltatge dues vegades.

Acceleradors en tàndem miniatura|Accelerador nuclear electroestàtic Van de Graaff Tandem al NCSRD de Grècia Convencionalment, els ions carregats positivament s'acceleren perquè aquesta és la polaritat del nucli atòmic. Tanmateix, si es vol usar el mateix potencial elèctric estàtic dues vegades per accelerar ions, la polaritat de la càrrega dels ions ha de canviar d'anions a cations o viceversa mentre són dins del conductor, on no sentiran cap força elèctrica. Resulta senzill eliminar o despullar electrons d'un ió energètic. Una de les propietats de la interacció dels ions amb la matèria és l'intercanvi d'electrons, que és una manera en què l'ió pot perdre energia dipositant-la dins de la matèria, cosa que intuïtivament hauríem d'esperar d'un projectil disparat a un sòlid. Tanmateix, a mesura que l'objectiu es fa més prim o el projectil es torna més energètic, la quantitat d'energia dipositada a la làmina es fa cada cop menor.

Els tàndems ubiquen la font d'ions fora del terminal, cosa que significa que accedir a la font d'ions mentre el terminal està a alt voltatge és significativament menys difícil, sobretot si el terminal es troba dins d'un dipòsit de gas. Així doncs, un feix d'anions d'una font d'ions de polvorització catòdica s'injecta des d'una plataforma de voltatge relativament més baix cap al terminal d'alt voltatge. Dins del terminal, el feix incideix sobre una làmina fina (de l'ordre de micrograms per centímetre quadrat), sovint carboni o beril·li, eliminant electrons del feix d'ions perquè es converteixin en cations. Com que és difícil fer anions amb més de -1 estat de càrrega, l'energia de les partícules que emergeixen d'un tàndem és E=(q+1)V, on hem afegit el segon potencial d'acceleració d'aquest anió a l'estat de càrrega positiu q que emergeix de la làmina de separació; estem sumant aquests diferents signes de càrrega perquè estem augmentant l'energia del nucli en cada fase. En aquest sentit, podem veure clarament que un tàndem pot duplicar l'energia màxima d'un feix de protons, l'estat de càrrega màxim del qual és simplement +1. L'avantatge obtingut per un tàndem té rendiments decreixents a mesura que anem cap a una massa més alta, com, per exemple, es podria obtenir fàcilment un estat de càrrega 6+ d'un feix de silici.

No és possible convertir fàcilment cada element en un anió, per la qual cosa és molt rar que els tàndems accelerin gasos nobles més pesants que l'heli, tot i que KrF− i XeF− s'han produït i accelerat amb èxit amb un tàndem. No és estrany fer compostos per obtenir anions, però, i TiH2 es pot extreure com a TiH− i utilitzar-se per produir un feix de protons, perquè aquests productes químics simples, i sovint dèbilment units, es trencaran a la làmina del pelador de terminals. La producció de feixos d'ions anònics va ser un tema d'estudi important per a l'aplicació d'acceleradors en tàndem, i es poden trobar receptes i rendiments per a la majoria dels elements al Negative Ion Cookbook.Middleton, R: A Negative Ion Cookbook, University of Pennsylvania, unpublished, 1989 Online pdf Els tàndems també es poden operar en mode terminal, on funcionen com un accelerador electroestàtic d'un sol extrem, que és una manera més comuna i pràctica de fer feixos de gasos nobles.

El nom "tàndem" prové d'aquest doble ús del mateix alt voltatge, tot i que els tàndems també poden rebre el mateix nom que els acceleradors electroestàtics convencionals, basant-se en el mètode de càrrega del terminal.

El MP tàndem van de Graaff és un tipus d'accelerador tàndem. Deu d'aquests van ser instal·lats al segle XX; sis a Amèrica del Nord i quatre a Europa.

Geometria