迴旋加速器

　　一種粒子沿圓弧軌道運動的磁的諧振加速器，離子在恒定的強磁場中，被固定頻率的高頻電場多次加速，獲得足夠高的能量。1930年，E.O.勞倫斯提出瞭迴旋加速器的工作原理（見彩圖）。1932年，第一臺直徑為27釐米（11英寸）的迴旋加速器在勞倫斯伯克利實驗室(LBL)投入運行，它能將質子加速到1MeV。

<1930年E.O.勞倫斯(1901～1958)制成的世界上第一臺回旋加速器

　　回旋加速器采用圓柱形磁極，二個磁極面之間形成大致均勻分佈的不隨時間變化的主導磁場。為瞭滿足軸向聚焦的要求，描述磁場性質的場指數

必須是0﹤ n﹤1，這裡 r是加速粒子的軌道曲率半徑，也就是說磁場應該隨半徑略有減小。

　　兩個磁極面之間安放一個真空室（見圖），真空室中裝有兩個半圓形盒狀的金屬電極（即D形電極）。D形電極聯接到 1/4波長的共振線上，後者耦合到高頻電源輸出端上。高頻電源工作時，兩個 D形電極之間的間隙內就有高頻電場產生。離子源安裝在真空室中心的加速間隙中，離子從離子源發射出來後，在D形電極間高頻電場的作用下得到加速。在D形電極裡，沒有高頻電場，所以粒子進入D形電極以後，就不再受到高頻電場的作用，僅在恒定的主導磁場作用下作圓周運動。在加速過程中，由於粒子能量不斷增加，軌道曲率半徑也不斷增加，粒子的運動軌跡近似於一條阿基米德螺線。

　　粒子到達加速間隙受到幅值為V_A，相位為φ的高頻電場的作用，它的動能增加ΔW為

ΔW＝Z_eV_acosφ，

這裡Z_e為粒子的電荷，如果粒子回旋半圈的時間等於加速電壓半周期的奇整數倍，則當粒子再次到達加速間隙時，便能得到加速，這就是回旋加速器的諧振加速條件。

　　粒子在回旋加速器的主導磁場裡作圓周運動的周期T_c為

這裡m是粒子的質量，B是磁感應強度。當能量增加時，如果

保持為常數，粒子在每次通過間隙時的高頻相位 φ，也保持不變，因而粒子總是獲得能量。但實際上，由於軸向聚焦要求，磁感應強度 B 隨半徑減小。此外，由於相對論的質能對應原理，粒子的質量隨能量增加而變大，使得 T _c隨能量（或者說隨半徑）而增大。粒子在到達加速間隙時的高頻相位不斷改變。這就是相移現象。一旦相位 φ移到大於 π/2區域（即減速區），粒子能量開始減小。這樣就限制瞭回旋加速器的最高能量。

　　通常稱這類回旋加速器為經典回旋加速器，它的最高能量限於每核子20兆電子伏，為瞭提高它的能量上限，發展瞭調頻回旋加速器和等時性回旋加速器（見同步回旋加速器和扇形聚焦回旋加速器）。

　　

參考書目

　M. S. Livingston and J. P. Blewett， particle Accelerators， McGraw-Hill， New York，1962.

　A. A. Kolomensky and A. N. Lebedev， Theory of Cyclic Accelerators， John Wiley & Sons， New York， 1966.

　J. J. Livingood， Principles of Cyclic particle Accelerators，Van Nostrand Reinhold，New York，1961.