歐洲核子中心
建成的質(zhì)子對撞機(jī)如歐洲核子中心代號ISR的交叉儲存環(huán)，其能量為2×31GeV，它于1971年已投入運行。由于電子冷卻及隨機(jī)冷卻技術(shù)（見加速器技術(shù)和原理的發(fā)展）的成功,使反質(zhì)子束的性能大大得到改善,而且束流可以積累到足夠的強(qiáng)度，從而有可能在同一環(huán)中進(jìn)行質(zhì)子－反質(zhì)子對撞。
為了增加對撞的幾率（即提高對撞機(jī)的亮度），歐洲核子中心于1981年將一臺能量為400GeV的質(zhì)子同步加速器（即SPS）改建成質(zhì)子－反質(zhì)子對撞機(jī)，并于1983年取得了極其重要的實驗成果，發(fā)現(xiàn)了W±、Z0粒子 。
70年代初期
70年代初期,出現(xiàn)了在對撞區(qū)中插入一種特殊的稱為低包絡(luò)插入節(jié)的聚焦結(jié)構(gòu)，使束流在對撞點的橫截面受到強(qiáng)烈的壓縮，從而使對撞點的束流密度大大增加。
由于采用了這種結(jié)構(gòu)，使70年代建造的對撞機(jī)的亮度比以前提高了一兩個數(shù)量級。另外，為了盡可能的延長束流的壽命，對撞機(jī)環(huán)內(nèi)的真空度平均不得低于10-8～10-9Torr,尤其是在對撞區(qū)附近。為了減少物理實驗的本底，即為了保證使束流與束流發(fā)生對撞的幾率大大超過束流與殘余氣體相撞的幾率，真空度應(yīng)維持在10-10～10-11Torr左右。所以大體積高真空這一技術(shù)也隨著對撞機(jī)的發(fā)展而發(fā)展起來了。對撞機(jī)的類型電子－正電子對撞機(jī)又稱正負(fù)電子對撞機(jī)，由于正負(fù)電子的電荷相反，所以這種對撞機(jī)只要建立一個環(huán)就可以了。相應(yīng)的造價就比較低，世界上已建成的對撞機(jī)大部分是屬于這一類的 。
同步輻射損失
但是，由于電子回旋時引起的同步輻射損失，使這種對撞機(jī)能量的進(jìn)一步提高發(fā)生了困難，因為同步輻射功率與電子的能量二次方成正比，且與回旋半徑的平方成反比，為了減少輻射損失，一般高能量的電子對撞機(jī)均采用大半徑方案，即采用只有幾千高斯的低磁場來控制電子的運動，即使如此，電子對撞機(jī)的最高能量仍然受到很大的限制，例如,10GeV的電子在曲率半徑為100m的對撞機(jī)中運動時,每圈的輻射損失約為10MeV，如果對撞機(jī)中的回旋電流為1A，要補(bǔ)償這束電子流的輻射損失，就需要平均功率為10MW的高頻功率。
假如正電子流也為1A，則總的平均功率為20MW，由此可見，對撞機(jī)中高加速頻系統(tǒng)的功率絕大部分是用來補(bǔ)償這一同步輻射損失的。輻射特性雖然給電子能量的進(jìn)一步提高帶來了困難，但也有一定的好處，這是因為電子或正電子注入對撞機(jī)后，由于電子的輻射損失，使電子截面受到強(qiáng)烈的壓縮，電子很快集中到一個很小的區(qū)域中，其余的空間可以用來容納再一次注入的電子，這樣使積累過程簡化，而且允許采用較低能量的注入器，通常采用直線加速器，也有采用電子同步加速器的。這種對撞機(jī)中所需的正電子是由能量為幾十兆電子伏以上的電子打靶后產(chǎn)生的，為了得到盡可能強(qiáng)的正電子束，往往需要建造一臺低能量的強(qiáng)流電子直線加速器。另外產(chǎn)生出來的正電子束尚需再度注入到注入器中，與電子一起加速到必要的能量，再注入到對撞機(jī)中去。由于正電子束的強(qiáng)度只及電子束的千分之一到萬分之一，所以需要幾分甚至幾十分鐘的積累，才能達(dá)到足夠的強(qiáng)度。
質(zhì)子-質(zhì)子對撞機(jī)這種對撞機(jī)需要建造兩個環(huán),分別儲存兩束相反方向回旋的質(zhì)子束，才能實行質(zhì)子與質(zhì)子的對撞。由于質(zhì)子作回旋運動時，其同步輻射要比電子小得多，在質(zhì)子達(dá)到的能量范圍內(nèi)，可以略去不計，因此為縮小這類對撞機(jī)的規(guī)模,盡量采用強(qiáng)磁場,這就需要采用超導(dǎo)磁體。另外，質(zhì)子束的積累也不如電子對撞機(jī)那樣方便，它必須依靠動量空間的積累來實現(xiàn)。為此，必須首先在高能同步加速器中，將質(zhì)子加速到高能（一般為幾十吉電子伏），依靠絕熱壓縮，將質(zhì)子束的動量散度壓縮上百倍，再注入到對撞機(jī)中去進(jìn)行積累，質(zhì)子對撞機(jī)中的高頻加速系統(tǒng)主要是用來進(jìn)行動量空間的積累及積累完畢后的進(jìn)一步加速，因此所需要的高頻功率也比電子對撞機(jī)小得多。
由于上述原因，質(zhì)子－質(zhì)子對撞機(jī)的規(guī)模要比電子－正電子對撞機(jī)大，投資也較高。質(zhì)子－反質(zhì)子對撞機(jī)質(zhì)子與反質(zhì)子的質(zhì)量相同，電荷相反，也只需要造一個環(huán)就能進(jìn)行對撞。這種對撞機(jī)發(fā)展得較晚，主要原因在于由高能質(zhì)子束打靶產(chǎn)生的反質(zhì)子束強(qiáng)度既弱，性能又差，無法積累到足夠的強(qiáng)度與質(zhì)子對撞 。
“冷卻”技術(shù)的成功
70年代后期，“冷卻”技術(shù)的成功，給予這種對撞機(jī)巨大的生命力(見加速器技術(shù)和原理的發(fā)展)。由于冷卻技術(shù)的成功，使得現(xiàn)有的高能質(zhì)子同步加速器，只要它的磁鐵性能及真空度夠好的話，均有可能可以改成質(zhì)子－反質(zhì)子對撞機(jī)。
今后再建的超高能質(zhì)子同步加速器，均考慮了同時進(jìn)行質(zhì)子－反質(zhì)子對撞的可能，由此可見，這一技術(shù)成功的意義是何等重要。實現(xiàn)質(zhì)子－反質(zhì)子對撞雖然比質(zhì)子－質(zhì)子對撞能節(jié)省一個大環(huán)，但也有一定的弱點，主要是由于盡管經(jīng)過冷卻及積累,反質(zhì)子的強(qiáng)度仍然比質(zhì)子的低得多,這樣使得質(zhì)子－反質(zhì)子對撞機(jī)的亮度比質(zhì)子－質(zhì)子對撞機(jī)低得多，前者最大為1029～1030cm-2·s-1,后者則為1032cm-2·s-1。電子－質(zhì)子對撞機(jī)這種對撞機(jī)的主要困難在于電子束的橫截面很小，線度約為幾分之一毫米，而質(zhì)子的橫截面較大,線度約為一厘米左右。前者束流較密集,后者較疏松，兩者相撞時作用幾率很小 。
現(xiàn)階段的研究
正在研究中，實現(xiàn)這種對撞需建立兩個環(huán)，一個是低磁場的常規(guī)磁鐵環(huán),以儲存及加速電子；另一個是高場的超導(dǎo)磁體環(huán),以儲存并加速質(zhì)子，兩個環(huán)的半徑相同并放在同一隧道中，所以電子的能量通常是幾十吉電子伏，質(zhì)子的能量為幾百吉電子伏。
隨著加速器技術(shù)的提高,為了節(jié)約投資,新建的巨型加速器，往往在一個隧道中建造三個環(huán)，以便可能進(jìn)行多種粒子對撞，例如質(zhì)子-質(zhì)子、質(zhì)子－反質(zhì)子，電子－正電子、質(zhì)子－電子對撞。電子直線對撞機(jī)為避免電子作回旋運動時同步輻射損失引起的困難。
早在1965年已有人指出，在電子能量高于上百吉電子伏時，應(yīng)采用直線型來進(jìn)行對撞，就是說，應(yīng)采用兩臺電子直線加速器加速兩股運動方向相反的電子束（或正負(fù)電子束）待達(dá)到預(yù)定能量后，兩股電子束被引出并在某點相碰。碰撞一次后的電子束即被遺棄，不再重復(fù)利用。當(dāng)然，只有當(dāng)這些被遺棄的電子束單位時間所帶走的能量小于環(huán)形對撞機(jī)中同步輻射的損失功率，這種方案才會被考慮。另外，由于電子直線加速功率的限制，每秒能提供的電子束脈沖數(shù)是有限的，所以單位時間內(nèi)發(fā)生的碰撞次數(shù)也比環(huán)形對撞機(jī)少得多，為了保證直線對撞機(jī)與環(huán)形對撞機(jī)有相同的亮度，要求在碰撞點的橫截面進(jìn)一步壓縮，約比環(huán)形對撞機(jī)中的碰撞截面小幾十到幾百倍，十多年來技術(shù)上的進(jìn)展，使這種對撞機(jī)受到重視，有關(guān)的各種問題正在解決中。
我所了解的北京正負(fù)電子對撞機(jī)工程建設(shè)
北京正負(fù)電子對撞機(jī)重大改造完成
相互作用點大型正負(fù)電子對撞機(jī)