回旋加速器查看源代码讨论查看历史
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迴旋加速器是一種粒子加速器。迴旋加速器通過高頻交流電壓來加速帶電粒子。大小從數英吋到數公尺都有。它是由欧内斯特·劳伦斯於1929年在柏克萊加州大學發明。
許多原子核、基本粒子的性質有關的資訊，均是利用高能粒子轟擊原子靶（atomic target）而獲得的。1932年，約翰·柯克勞夫與歐內斯特·沃吞在英國製造了第一台「原子擊破器」（atom smasher）。他們乃是利用700,000V的高電壓對質子加速，然後再拿它們轟擊鋰靶。
他們採用的方法雖然較為野蠻，但確實是建構出了這麼個高電壓。在1929年時，勞倫斯就已經考慮過這種可能性：將粒子重複地經由一「相對小電壓」做加速，而不是一次就用一個巨大電壓去做加速。他於是與李明斯頓（M.S.Livingston）合作，發展出了迴旋加速器（cyclotron）。第一部迴旋加速器建於1930年，稍後的改良則於1934年完成。
回旋加速器的基本构成是两个处于磁场中的半圆D型盒和D型盒之间的交变电场[1] 。带电粒子在电场的作用下加速进入磁场，由于受到洛伦兹力F=Bqv（其中B为磁感应强度，q为带电粒子所带电荷）而进行匀速圆周运动，每运动到两个D型盒之间的电场时在电场力作用下加速，之后再次进入磁场进行匀速圆周运动。在不考虑爱因斯坦的狭义相对论时，由于在磁场中回旋半径R=mv/Bq与速度成正比，故当回旋半径大于回旋加速器半径时，带电粒子达到最大速度。实际上，根据狭义相对论，带电粒子的质量随速度的增加而增加，故实际应用中带电粒子的回旋周期并非恒定。
補充
尋找組成宇宙萬物的最基本粒子一直是科學家孜孜不怠的目標──而這完全取決於有什麼工具可用。一開始只能依賴具有放射性的天然礦物；拉塞福就是用精煉後的鐳所發射出來的α 粒子轟炸金箔，才發現原子核。再來是靠宇宙射線；安德森就是從中發現正子。然而這兩種方式都是靠天吃飯，不但粒子來源不穩定，更重要的，因為先天的能量侷限，無法再深入探究；於是拉塞福在 1927 年大聲疾呼物理學家要找出天然放射性以外的高能粒子來源。
最直接的方當然是用高壓電加速帶電粒子。第二年，留學德國的挪威籍物理學家威德羅（Rolf Widerøe）就率先設計出直線加速器。但是要建造百萬伏特以上的高壓電所費不貲，運作成本也相當高昂，還有漏電的危險；若要再往上提高電壓，這些不利因素形成的障礙將更難克服。難道別無他法嗎？不到三十歲的美國物理學家勞倫斯（Ernest Lawrence, 1901－1958）想出了一個方法。
勞倫斯 24 歲就取得博士學位，29 歲成為加州理工學院有史以來最年輕的正教授，一直是備受矚目的年輕學者。1929 年春天，他在圖書館翻閱期刊時，看到威德羅的一篇論文；雖然勞倫斯只懂一點德文，但他從插圖看得出來是在直線加速器上用許多電場多次加速粒子。勞倫斯計算了加速到一百萬電子伏特所需的距離，發現遠超過實驗室的大小；他想著怎樣才能讓粒子加速器擺得進實驗室，忽然靈機一動：把直線改成螺旋狀，用磁場引導帶電粒子的行進方向，如此就能縮小加速器的尺寸，而且僅需一對電極就能在粒子每次經過時予以加速，而逐步推昇至極高的能量。
1931 年元月，勞倫斯的研究生李文斯頓（Stanley Livingston）打造出直徑僅 4.5 吋的迴旋加速器，只用一千八百伏特的電壓就把氫離子加速到八萬電子伏特。他們接著打造 11 吋的迴旋加速器；1931 年 8 月 3 日這一天，李文斯頓成功加速到一百一十萬電子伏特的里程碑，證明了迴旋加速器的潛力。
科學家終於有了前所未有的利器，得以進行過去難以想像的粒子物理實驗；勞倫斯因此獲得 1939 年的諾貝爾物理獎。1945 年，勞倫斯實驗室裡的麥克米蘭（Edwin McMillan）針對粒子質量會隨著速度提高而增加的相對論效應，打造出同步加速器，再次突破迴旋加速器的能量瓶頸。如今，大強子對撞機（LHC）的能量高達萬億電子伏特以上，周長 27 公里，已非勞倫斯當初在圖書館畫下迴旋加速器的草圖時，所能想像的了。