A principal instalação de pesquisa do laboratório é o acelerador CEBAF, que consiste de uma fonte e injetor de elétrons polarizados e um par de aceleradores lineares supercondutores de RF de 7/8 milhas (1400 m) de comprimento. As extremidades dos dois aceleradores lineares estão ligadas entre si por duas seções de arco com ímãs que dobram o feixe de elétrons em um arco. Portanto, o trajeto do feixe é oval em forma de corrida. (A maioria dos aceleradores, como o CERN ou Fermilab, tem uma trajetória circular com muitas câmaras curtas para acelerar os elétrons espalhados ao longo do círculo). Como o feixe de elétrons compõe até cinco órbitas sucessivas, sua energia é aumentada até um máximo de 6 GeV. Com efeito, o CEBAF é um acelerador linear (LINAC), como o SLAC em Stanford, que foi dobrado até um décimo de seu comprimento normal. Ele age como se fosse um acelerador linear de 7,8 milhas de comprimento.
O projeto do CEBAF permite que o feixe de elétrons seja contínuo em vez do feixe pulsado típico dos aceleradores em forma de anel. (Há alguma estrutura de feixe, mas os pulsos são muito mais curtos e próximos uns dos outros). O feixe de elétron é direcionado para três alvos potenciais (ver abaixo). Uma das características distintivas do JLab é a natureza contínua do feixe de elétrons, com um comprimento de feixe de menos de 1 picossegundo. Outra é o uso pela JLab da tecnologia RF (SRF) supercondutora, que usa hélio líquido para resfriar nióbio a aproximadamente 4 K (-452,5°F), removendo a resistência elétrica e permitindo a transferência mais eficiente de energia para um elétron. Para conseguir isto, o JLab utiliza o maior refrigerador de hélio líquido do mundo, e foi um dos primeiros implementadores em larga escala da tecnologia SRF. O acelerador é construído 8 metros, ou aproximadamente 25 pés, abaixo da superfície da Terra, e as paredes dos túneis do acelerador têm 2 pés de espessura.
O feixe termina em três salas experimentais, chamadas Hall A, Hall B e Hall C. Cada sala contém um espectrômetro único para registrar os resultados de colisões entre o feixe de elétrons e um alvo estacionário. Isto permite aos físicos estudar a estrutura do núcleo atômico, especificamente a interação dos quarks que compõem os prótons e nêutrons do núcleo.
Comportamento das partículas
Cada vez ao redor do laço, o feixe passa por cada um dos dois aceleradores LINAC, mas através de um conjunto diferente de ímãs de dobra. (Cada conjunto é projetado para lidar com uma velocidade de feixe diferente.) Os elétrons compõem até cinco passagens através dos aceleradores LINAC.
Evento de colisão
Quando um núcleo no alvo é atingido por um elétron do feixe, ocorre uma "interação", ou "evento", espalhando partículas para dentro do salão. Cada sala contém um conjunto de detectores de partículas que rastreiam as propriedades físicas das partículas produzidas pelo evento. Os detectores geram pulsos elétricos que são convertidos em valores digitais por conversores analógicos para digitais (ADCs), tempo para conversores digitais (TDCs) e contadores de pulsos (escaladores).
Estes dados digitais devem ser coletados e armazenados para que o físico possa mais tarde analisar os dados e reconstruir a física que ocorreu. O sistema de eletrônica e computadores que realizam esta tarefa é chamado de sistema de aquisição de dados.
12 Upgrade GeV
A partir de junho de 2010, foi iniciada a construção de uma estação final adicional, o salão D, na extremidade oposta do acelerador dos outros três salões, bem como uma atualização que duplica a energia do feixe para 12 GeV. Paralelamente, está sendo construído um laboratório de testes (onde são fabricadas as cavidades SRF utilizadas no CEBAF e outros aceleradores utilizados em todo o mundo).
