回旋加速器查看源代码讨论查看历史
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回旋加速器是一种粒子加速器。回旋加速器通过高频交流电压来加速带电粒子。大小从数英吋到数公尺都有。它是由欧内斯特·劳伦斯于1929年在柏克莱加州大学发明。
许多原子核、基本粒子的性质有关的资讯，均是利用高能粒子轰击原子靶（atomic target）而获得的。1932年，约翰·柯克劳夫与欧内斯特·沃吞在英国制造了第一台“原子击破器”（atom smasher）。他们乃是利用700,000V的高电压对质子加速，然后再拿它们轰击锂靶。
他们采用的方法虽然较为野蛮，但确实是建构出了这么个高电压。在1929年时，劳伦斯就已经考虑过这种可能性：将粒子重复地经由一“相对小电压”做加速，而不是一次就用一个巨大电压去做加速。他于是与李明斯顿（M.S.Livingston）合作，发展出了回旋加速器（cyclotron）。第一部回旋加速器建于1930年，稍后的改良则于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。
补充
寻找组成宇宙万物的最基本粒子一直是科学家孜孜不怠的目标──而这完全取决于有什么工具可用。一开始只能依赖具有放射性的天然矿物；拉塞福就是用精炼后的镭所发射出来的α 粒子轰炸金箔，才发现原子核。再来是靠宇宙射线；安德森就是从中发现正子。然而这两种方式都是靠天吃饭，不但粒子来源不稳定，更重要的，因为先天的能量局限，无法再深入探究；于是拉塞福在 1927 年大声疾呼物理学家要找出天然放射性以外的高能粒子来源。
最直接的方当然是用高压电加速带电粒子。第二年，留学德国的挪威籍物理学家威德罗（Rolf Widerøe）就率先设计出直线加速器。但是要建造百万伏特以上的高压电所费不赀，运作成本也相当高昂，还有漏电的危险；若要再往上提高电压，这些不利因素形成的障碍将更难克服。难道别无他法吗？不到三十岁的美国物理学家劳伦斯（Ernest Lawrence, 1901－1958）想出了一个方法。
劳伦斯 24 岁就取得博士学位，29 岁成为加州理工学院有史以来最年轻的正教授，一直是备受瞩目的年轻学者。1929 年春天，他在图书馆翻阅期刊时，看到威德罗的一篇论文；虽然劳伦斯只懂一点德文，但他从插图看得出来是在直线加速器上用许多电场多次加速粒子。劳伦斯计算了加速到一百万电子伏特所需的距离，发现远超过实验室的大小；他想著怎样才能让粒子加速器摆得进实验室，忽然灵机一动：把直线改成螺旋状，用磁场引导带电粒子的行进方向，如此就能缩小加速器的尺寸，而且仅需一对电极就能在粒子每次经过时予以加速，而逐步推昇至极高的能量。
1931 年元月，劳伦斯的研究生李文斯顿（Stanley Livingston）打造出直径仅 4.5 吋的回旋加速器，只用一千八百伏特的电压就把氢离子加速到八万电子伏特。他们接著打造 11 吋的回旋加速器；1931 年 8 月 3 日这一天，李文斯顿成功加速到一百一十万电子伏特的里程碑，证明了回旋加速器的潜力。
科学家终于有了前所未有的利器，得以进行过去难以想像的粒子物理实验；劳伦斯因此获得 1939 年的诺贝尔物理奖。1945 年，劳伦斯实验室里的麦克米兰（Edwin McMillan）针对粒子质量会随著速度提高而增加的相对论效应，打造出同步加速器，再次突破回旋加速器的能量瓶颈。如今，大强子对撞机（LHC）的能量高达万亿电子伏特以上，周长 27 公里，已非劳伦斯当初在图书馆画下回旋加速器的草图时，所能想像的了。