靜電加速與射頻加速

把帶電粒子推到高速基本上有兩種辦法，二者的區別就像「從一座高坡上一次滑下來」和「乘坐一連串計時精準的自動扶梯」之間的差別。第一種叫靜電加速，它建立起單一的巨大電壓，讓粒子一次性地穿過它，在一次大落差中獲得能量。第二種叫射頻加速，它使用許多有節奏地開關的、幅度適中的推力，一步一步地把粒子往前推。

靜電機器簡單又穩定，但它會撞上一堵硬牆：如果你想在一處建立過高的電壓，空氣或絕緣體就會擊穿、打出火花，就像靜電跳到你手指上一樣。這就給單次落差能獲得的能量設了上限，通常是幾千萬伏。射頻加速則完全繞開了這個限制。它不靠一次巨大的推力，而是用一個每秒翻轉方向上百萬次的交變電場；粒子被安排在場恰好朝正確方向推動時抵達每個間隙，於是它一路「衝浪」，在每個間隙都拾取能量。間隙足夠多，總能量就沒有固定的天花板。

這就是為什麼今天每一台高能機器都是射頻的，而非靜電的。加速間隙位於稱為射頻腔的金屬腔體內，正是精準的計時讓束流能達到幾十億乃至幾萬億電子伏。不過靜電加速器並未消失：它們在較低能量的工作中仍然理想，並常被用作最初的一級，先讓粒子動起來，再把它們交給射頻機器。