粒子加速器不仅是进行高能物理、原子核物理、生命科学、材料科学等多种基础科学研究的重要实验装置，而且在工农业生产、医疗卫生、工业辐照、航天等领域也有广泛的应用前景。
粒子加速器是一门多专业交叉融合的综合性学科，它涉及到加速器物理和众多高精尖技术，其中包括射频微波、电磁场、电源、超高真空、精密机械、电子学、计算机及网络、自动控制、束流诊断、辐射防护、低温超导，等等。
基于大型高能量电子加速器：北京正负电子对撞机和北京谱仪（BEPC/BES）在完成重大升级改造工程（BEPCII）后，已于2009年9月正式投入运行，它将保证我国在国际粲物理研究领域的领先优势，在BEPCII上开展的国际合作使其继续保持世界上重要的高能物理实验基地之一的地位。除用于高能物理实验外，BEPCII还大力开展基于同步辐射光的多学科研究，使高能所成为我国重要的同步辐射实验基地之一，BEPCII重大升级改造工程也大幅度地提高了同步辐射应用的性能。加速器中心正在积极开展拟在“十三五”启动建设的国家大科学工程-BAPS的设计和预制研究，以及下一代光源-能量回收型直线加速器（ERL-FEL）的前期研究。ILC是用于高能物理实验的下一代正负电子直线对撞机，它需要通过国际上各大加速器实验室的合作来共同研制，加速器中心多年来一直在积极参与该国际合作项目。
基于高功率质子加速器：质子加速器也是加速器中心的一个重要研究方向。在1980年代成功地建造35MeV的强流质子加速器（BPL）的基础上，近些年来加速器中心利用国家973计划的支持开展了以ADS基础研究为目标的强流质子加速器的设计和研制工作，并建成了我国第一台强流四翼型RFQ质子加速器。2008年9月国家发改委批准和2011年9月正式开工建设的CSNS工程，也是一个基于高功率质子加速器的大型多学科应用装置，束流能量和束流功率分别达到1.6GeV和100kW，它的建成将使我国的高功率质子加速器达到世界先进水平。2010年底启动的ADS先导专项，其目标是要建成能量达到1.5GeV和束流功率达到15MW的连续波超导质子直线加速器，它将使我国有机会在世界上率先建成大型连续波质子直线加速器。
2）学科特点
3）主要科研任务
BEPCII加速器包括两个主要部分：一台能量为2.5GeV的电子直线加速器（包括正电子源）和一个由双环组成的储存环（见下图）。BEPCII运行的主要任务是为高能物理实验和同步辐射应用提供稳定和可靠的束流，同时，也要通过不断的努力提高对撞亮度并使之达到设计指标。
ADS质子加速器是一台高流强、中等能量的质子直线加速器，它基于超导加速结构，连续波运行。因为它具有极高的束流功率并且需要极高的运行可靠性，比目前国际加速器界所能达到的水平要高出很多，需要通过大量的预制研究来开发其中的很多关键性技术，如CW型的RFQ加速器、低β超导腔和中β超导腔、由多个超导腔和聚焦元件等组成的大型低温恒温器、关键性元件失效的快速诊断和调整技术、大规模高功率固态功率源等。加速器物理也与传统的脉冲型直线加速器很不相同，它特别强调了冗余设计和在线快速补偿，以满足加速器的极高可靠性要求，对束流的控制精确度也有很高的要求，以达到非常低的束流损失率。加速器中心负责ADS加速器的2台注入器预研方案之一（注入器I）和主加速器的设计和研制。
同步辐射光源影响科学技术发展的广度和深度是迄今为止任何一种其他科学装置所不能企及的，已得到科技界和各国政府的广泛认同。进入二十一世纪以来，我国迅速发展的科研体量和迅速提高的科研水平，对高性能的同步辐射专用光源提出了越来越多的需求，以开展多学科的科学研究。上海光源成功建设并取得了很好的研究成果，进一步促进了人们对建设新的高性能光源的兴趣。从地域因素来看，中国幅员广阔，也需要支撑科学研究的同步辐射装置具有合理的分布，最大限度地满足各地用户的需求。基于上述原因，在北京地区建设一台能量为5GeV，发射度为1nm-rad的高性能、高能量、高亮度同步辐射装置—北京先进光源（BAPS），已获得国内科技界的认可。BAPS的设计性能将优于世界上已有的和正在建设的第三代同步辐射光源，并在较大程度上可以与世界上现有的ESRF、APS和Spring-8等3个高能光源进行比较，最高可用X射线能量达300keV。BAPS在待建的国家重大科学工程中具有最高的优先级，预计在十三五期间启动工程建设。
BAPS包括四个主要部分：一台能量为250MeV电子直线加速器，一台把束流从250MeV加速到5GeV的增强器，一台5GeV的电子储存环，以及几十条束线和相应的实验装置。直线加速器和增强器位于储存环内侧，其环外则保留了今后发展硬X射线自由电子激光和ERL等先进光源的余地。未来北京先进光源示意图如下所示。加速器中心负责BAPS加速器的设计、预研和今后的工程建设任务。
4）主要研究方向和重点发展的技术
加速器物理的创新性研究
除了服务于大型加速器工程的加速器物理设计和研究外，加速器中心也开展一些加速器物理的自由探索，发展我国自己的加速器理论和加速器研究计算机程序，对提高高能所的加速器理论水平和对国际上加速器物理学科的发展做出我们的贡献。
新加速原理的研究
激光等离子体加速是一种新型的加速原理，其加速梯度可以达到传统射频加速结构的1000倍以上。基于超短超强脉冲的激光尾波场加速器具有尺寸小，造价低，建设周期短，运行费用少等优点。随着激光技术的不断发展，脉宽更短、聚焦功率密度更大的激光器不断涌现，这使利用激光等离子体相互作用产生高能粒子源、新型辐射源成为可能。加速器中心也积极参加这项研究的国内外合作。
超导射频技术的研究
超导磁铁技术的研究
超导磁铁在加速器中的应用越来越普遍，尤其在高能加速器中更是不可或缺的。还有一些特殊的组合型超导磁铁如对撞区超导磁铁，需要将不同的多极磁场线圈绕在同一个支撑管道上。超导磁铁技术的发展研究包括：磁场计算方法、线圈绕制工艺、导线定位与固定、环氧固化、低温测试、磁场测量、数字失超保护系统及自动绕线机等。
高亮度电子枪技术的研究
高亮度电子枪是ERL核心设备之一，其品质基本决定了整个ERL的束流品质。光阴极直流高压电子枪（DC–Gun）在加速电压足够高时（≥500kV），有利于克服空间电荷效应，确保束流的小发射度。同时，采用高重复频率、短脉冲激光入射到高量子效率的半导体光阴极上，可产生高平均流强和短束长的电子束。光阴极DC–Gun在国外多个ERL和FEL项目中均是技术攻关的重点，加速器中心也在所创新基金的支持下积极开展这项研究工作。
新型微波加速结构的研究
加速器中心在常温电子直线行波加速结构的研究方面具有国际先进水平，包括对新型加速结构的探索和研究。从结构形式上研究对称耦合和非对称耦合的加速结构，也进行偏转腔和边耦合腔的加速结构研究；从工作频段上，研究X-波段、C-波段、S-波段和L-波段的加速结构。
正电子源技术的研究
国际直线对撞机（ILC）正电子源是ILC国际合作组目前重点开展的预研项目之一。由于其技术上的困难和重要性，至今技术路线也没最终确定。除了作为基本方案的基于波荡器的极化正电子源外，基于Compton背散射的极化正电子源也作为备份，两条技术路线在并行地开展。加速器中心积极参与国际合作，重点开展Compton背散射正电子源的实验研究和理论研究工作。
束流测量技术的发展
束流测量技术涉及了精密机械、快慢电子学、光学、微波、真空以及加速器物理等多种学科。现代加速器如第四代光源、国际直线对撞机、强流质子加速器等向着低发射度、短束长以及强流等方向发展，它们对束测技术的高要求以及依赖现代工业和科技的进步，推动了束测技术的快速发展，具体体现在激光技术、宽带高频快电子学技术以及无阻拦探测技术和各种反馈技术在束测领域的应用和快速发展。
磁场测量技术的发展
磁场测量技术主要包括霍尔点测技术、旋转线圈测量技术、平移线圈测量技术和张力线测量技术，也包括稳态磁场和交流磁场的测量。加速器的发展对磁铁的设计和制作的精度要求越来越高，因此磁场测量技术也必须不断向高精度、高稳定度的方向发展。研究提高磁场测量精度的措施如探头的精度、数据采集系统的精度、探头的运动精度和空间定位精度等，以及提高磁场测量稳定性的措施如实验室温度、冷却水温度和磁测电源的稳定性等。
5）各专业组的主要研究课题
BEPCII稳定运行和对撞亮度提高中的储存环物理问题研究
BEPCII电子直线加速器的物理问题研究
CSNS质子直线加速器中的物理设计和研究
CSNS快循环同步加速器中的物理设计和研究
ADS超导直线加速器的物理设计和研究
BAPS加速器的物理设计和研究
ERL加速器物理设计
国际直线对撞机ILC中的物理设计和研究
包括新加速原理在内的加速器物理前沿课题研究
各种类型超导腔（BEPCII、ADS和ILC）的运行、研制和超导实验室建设
电子直线加速器常温加速结构的研究
电子直线加速器电真空功率源的研究（脉冲和连续波）
固态功率源的研究（脉冲和连续波）
数字低电平控制系统的研究（脉冲和连续波，不同加速结构，电子和质子）
RFQ射频腔的研究（脉冲和连续波）
质子直线加速器射频腔（DTL）的研究
质子直线加速器射频功率源的研究
快循环同步加速器铁氧体加载腔的研究
快循环同步加速器射频发射机的研究
功率传输系统（功率耦合器、同轴线和波导、环形器）的研究
射频和微波测量技术研究
谐振网络型电源（怀特电源）技术
快速变化的线性电源
高精度、大电流直流稳流电源
高压大功率脉冲电源
开关型稳流电源
高电压和大电流的精密测量技术
数字电源技术
各种常规磁铁、注入引出特种磁铁
用于同步辐射的扭摆磁铁、波荡器
快循环谐振磁铁
超导磁铁技术
磁场测量技术
压强低于10-9Pa的超高真空获取
超高真空测量、检漏技术
大型陶瓷真空管道及RF屏蔽的制造工艺
低二次电子发射涂层（TiN）的工艺研究
低阻抗真空盒、真空部件的研究
控制系统体系结构和系统集成技术的研究
智能前端控制器和现场总线技术
数据库技术
网络通信技术
高精度定时触发技术
新的测量原理和技术
微弱信号检测和快脉冲电子学
各种束流参数和特性的测量技术
束流反馈技术
低温制冷技术
低温恒温器技术
低温传输技术
低温分配技术
低温控制技术
各种复杂结构的加速器部件机械结构设计与研制
远控卸装技术
构成大系统的加速器设备准直测量技术
辐射场分析及辐射屏蔽设计
场所、环境辐射剂量监测及个人剂量监测
人身安全联锁保护技术
感生放射性研究
加速器环境影响评价
6）与国内外加速器实验室的合作
？加速器中心与国外许多著名的加速器实验室保持着密切的合作关系，如SLAC、ORNL、BNL、FNAL、LBNL、ANL、JLAB、CERN、DESY、IN2P3、INFN、RAL、KEK、J-PARC、KAERI等等。经常性派遣科研人员和研究生去这些实验室进行学术交流和进修，也通过合作方式承担这些实验室的一些课题；同时，也邀请许多国际加速器专家担任我们工程项目的评审专家和顾问，以及邀请国际加速器界的同行来访、开展学术交流。
？在国内，除了与兄弟研究所或大学开展形式多样的学术交流和互相帮助外，近期，加速器中心还重点与中科院近代物理研究所合作承担ADS先导专项高功率质子加速器的设计、预研和建造工作。
？参与ILC国际直线对撞机的国际合作，在总体设计、阻尼环设计、束流动力学、超导加速腔技术和正电子源技术等多方面参与设计和合作。
？在国际合作技术开发项目中，承担并完成了韩国同步辐射加速器加速管，美国SSC、PEP-II、SPEAR3、NSLS-II和日本KEKB、ATF2和J-PARC的磁铁设计和磁场测量，目前承担了乌克兰KIPT的能量为100MeV和平均流强为1mA的高功率电子直线加速器以及德国EXFL大型恒温器的批量制造。
？与国内的一些国家实验室和科研机构及大学开展合作和承担横向委托项目，如上海光源工程、合肥光源升级工程、兰州重离子加速器冷却储存环工程中一些设备的设计和制造。