同步加速器

同步加速器是当今几乎每一台高能加速器背后的设计，从大型强子对撞机到化学家、生物学家使用的明亮 X 射线光源都是如此。它的名字源自核心思想：一切都保持同步。设想一条固定的环形跑道——不是回旋加速器那样的螺旋，而是一个半径不变的单一圆环——一团粒子沿着它一圈圈被引导前进，每圈都获得能量。

回旋加速器的螺旋有一个内在的尺寸上限，于是同步加速器把螺旋丢掉，让粒子始终待在同一个固定圆环上。代价是：随着粒子加速，你必须更用力地引导它们，才能让它们保持在同一个圆上。因此弯转磁铁的强度会与不断上升的束流能量完美同步地爬升，射频推力的计时也随之调整——磁铁、加速场和束流这种同步爬升，正是名字所描述的。由于环半径固定，磁铁只需紧贴一根细细的甜甜圈形真空管，而不必填满一个巨大的圆盘，在大尺寸下这要经济得多。

这就是为什么能量最高的机器都是同步加速器。它们每秒成千上万次地重复使用同一批加速腔和弯转磁铁，所以束流能在许多圈里累积到巨大的能量。代价是：把束流弯成圆会让它辐射出能量（同步辐射），这种损耗对轻粒子增长得很快，最终限制了环形电子机器能达到的上限。对较重的质子来说这种损耗要小得多，这正是能量最高的对撞机都在环里加速质子的原因。