Žarek delcev je žarek pospešenih delcev, običajno nabitih delcev (ionov). Resnične aplikacije žarka delcev vključujejo pospeševalnike delcev (»razbijalci atomov«), v fiziki plazme, televizorjih s katodno cevjo, računalniških zaslonih in pri zdravljenju raka. Po kratkem navalu raziskav orožja z žarki delcev v osemdesetih letih prejšnjega stoletja so bile takšne preiskave večinoma opuščene, pri čemer so danes pozornost in raziskovalni dolar pritegnili laserji in druga usmerjena energijska orožja. Naravni primer žarka delcev bi bila strela, kjer elektroni skočijo iz negativno nabitih oblakov na nevtralno zemljo.
Večina vrst snopa delcev je sestavljena iz nabitih delcev, kot so protoni ali elektroni, ker je nabite delce enostavno pospeševati z uporabo magnetov. Večina žarkov delcev je ustvarjena tako, da se tok delcev požene skozi vrsto naprav, od katerih vsaka daje žarku majhen pomik, dokler se ne pospeši do znatne hitrosti. V nekaterih pospeševalnikih delcev je ta hitrost lahko celo 99.999 % svetlobne hitrosti. Žarki delcev, sestavljeni iz elektronov, so ponavadi najhitrejši, saj so ti delci več kot tisočkrat lažji od protonov in jih je tako najlažje pospešiti.
Čeprav ima izraz “žarek delcev” znanstvenofantastični občutek, se žarki delcev nahajajo v vseh televizorjih s katodno cevjo. Celo za vse električne kable lahko štejemo, da vsebujejo nekakšen žarek elektronskih delcev, čeprav je njihova pot le redko linearna. V televiziji s katodno cevjo žarek delcev proizvaja elektronska pištola. Elektronska pištola izstreli elektrone na fluorescenčni zaslon, ki zasveti kot odziv na vhodne delce in ustvari sliko.
Ena inovativna uporaba žarkov delcev je pri radioterapiji, kjer je žarek delcev usmerjen v uničenje rakavih celic. Slaba stran tega pristopa je poškodba zdravih celic in tveganje prekomerne izpostavljenosti sevanju. Mehanizem delovanja je sevanje, ki poškoduje DNK malignih celic, zaradi česar te postanejo nesposobne za samorazmnoževanje. Eden od izzivov te vrste radioterapije je nastanek tumorjev z nizko vsebnostjo kisika – tumorjev, ki prerastejo svojo oskrbo s krvjo. Tumorji z visoko vsebnostjo kisika so idealni za radioterapijo, saj ob bombardiranju oksigeniranega tkiva z sevanjem sproščajo številne proste radikale, ki povzročajo sekundarno poškodbo rakavih celic.
Najmočnejši žarki delcev na svetu so tisti, ki se uporabljajo v največjih pospeševalnikih delcev, kot je Veliki hadronski trkalnik (LHC) blizu Ženeve v Švici. Veliki hadronski trkalnik leži v predoru z obsegom 27 km (17 milj) in kar 175 m (570 ft) pod zemljo. S stroški približno 10 milijard USD (ameriških dolarjev) je LHC eden največjih in najdražjih strojev, ki so jih kdaj izdelali.