静电加速与射频加速

把带电粒子推到高速基本上有两种办法，二者的区别就像“从一座高坡上一次滑下来”和“乘坐一连串计时精准的自动扶梯”之间的差别。第一种叫静电加速，它建立起单一的巨大电压，让粒子一次性地穿过它，在一次大落差中获得能量。第二种叫射频加速，它使用许多有节奏地开关的、幅度适中的推力，一步一步地把粒子往前推。

静电机器简单又稳定，但它会撞上一堵硬墙：如果你想在一处建立过高的电压，空气或绝缘体就会击穿、打出火花，就像静电跳到你手指上一样。这就给单次落差能获得的能量设了上限，通常是几千万伏。射频加速则完全绕开了这个限制。它不靠一次巨大的推力，而是用一个每秒翻转方向上百万次的交变电场；粒子被安排在场恰好朝正确方向推动时抵达每个间隙，于是它一路“冲浪”，在每个间隙都拾取能量。间隙足够多，总能量就没有固定的天花板。

这就是为什么今天每一台高能机器都是射频的，而非静电的。加速间隙位于称为射频腔的金属腔体内，正是精准的计时让束流能达到几十亿乃至几万亿电子伏。不过静电加速器并未消失：它们在较低能量的工作中仍然理想，并常被用作最初的一级，先让粒子动起来，再把它们交给射频机器。