[科普中国]-正弦回旋加速器

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。而正弦回旋加速器就是交流电源为正弦电流的回旋加速器。它的大小从数英寸到数米都有。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。1

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。

正弦回旋加速器的机理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。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。

设带正电的粒子前一次向右经过向右的电场，粒子加速，回旋半个周期后，粒子又向左经过电场，如果电场的变化周期与回旋的周期相等，这段时间等于电场变化的半个周期，此时电场方向向左，带正电的粒子这一次向左经过向左的电场，粒子刚好又能够加速。半个周期后电场方向与原来相反，原来向右，半个周期后变为向左。如：正弦交流电压，某时刻为正向最大值，半个周期后就是负向最大值。2

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学