回旋加速器的原理

我们知道，在匀强磁场中，带电粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关的，也就是说无论粒子运动快慢，它环绕一圈的时间总是固定的，利用这个特性，人们发明了粒子回旋加速器。

如图，在D形盒窄缝中间存在加速电场，在上下两个D形盒中加有垂直于盒面的匀强磁场。带电粒子首先由粒子源发出，经过加速电场第一次加速速度达到v0，垂直进入磁场，然后做匀速圆周运动，经过半个周期再次到达D形盒窄缝，进入加速电场再次加速，速度达到v1，然后再次进入磁场，如此反复。

通过设定D形盒窄缝间电压的频率，使其与粒子的运动周期同步，就可以实现每次粒子离开磁场就开始进入加速过程。

随着粒子速度的提高，运动半径逐步增大，所以D形盒的尺寸成为制约回旋加速器的一个关键因素。

此外，由于相对论效应，当粒子速度太快以至于接近光速时，回旋加速器将失效，因为粒子速度的提高导致质量增大，而粒子的运动周期是与质量有关的，所以会导致高频电源电压与粒子周期不匹配，从而无法准确实现加速要求。日常应用中，回旋加速器多用于加速比较重的带电粒子，而很少加速电子等轻粒子。

回旋加速器的应用很多，考试中的考题多以应用题的形式出现，只要掌握了基本原理，认真审题，一般比较容易得分，无外乎就是比较每次加速后的速度、轨道半径以及能量变化等。