同步加速器

同步加速器是當今幾乎每一台高能加速器背後的設計，從大型強子對撞機到化學家、生物學家使用的明亮 X 射線光源都是如此。它的名字源自核心思想：一切都保持同步。設想一條固定的環形跑道——不是迴旋加速器那樣的螺旋，而是一個半徑不變的單一圓環——一團粒子沿著它一圈圈被引導前進，每圈都獲得能量。

迴旋加速器的螺旋有一個內在的尺寸上限，於是同步加速器把螺旋丟掉，讓粒子始終待在同一個固定圓環上。代價是：隨著粒子加速，你必須更用力地引導它們，才能讓它們保持在同一個圓上。因此彎轉磁鐵的強度會與不斷上升的束流能量完美同步地爬升，射頻推力的計時也隨之調整——磁鐵、加速場和束流這種同步爬升，正是名字所描述的。由於環半徑固定，磁鐵只需緊貼一根細細的甜甜圈形真空管，而不必填滿一個巨大的圓盤，在大尺寸下這要經濟得多。

這就是為什麼能量最高的機器都是同步加速器。它們每秒成千上萬次地重複使用同一批加速腔和彎轉磁鐵，所以束流能在許多圈裡累積到巨大的能量。代價是：把束流彎成圓會讓它輻射出能量（同步輻射），這種損耗對輕粒子增長得很快，最終限制了環形電子機器能達到的上限。對較重的質子來說這種損耗要小得多，這正是能量最高的對撞機都在環裡加速質子的原因。