1樓：春天到了
直線加速器可以一直堆加速管，然後能量一直加上去。勞倫斯想到了可以讓粒子轉起圈來，每圈加速一次，這就是迴旋加速器，但是迴旋加速器是有能量上限的，當粒子能量大了，乙個是相鄰兩圈間的能量差很小，轉彎半徑就小，想要引出時，就沒辦法分開，另乙個是接近光速，旋轉半徑增加，導致轉彎頻率降低，沒辦法和加速電場同步。電子也就能加到幾mev，質子到2-300。
這裡面也有不同型別的，從低到高差不多是經典迴旋，等時性迴旋和同步迴旋。最後的能把質子加速到7-800mev.另外乙個，迴旋加速器是實心的鐵疙瘩，鐵重是半徑的大概三次方。
後來人們發明了同步加速器，早期的是弱聚焦同步加速器，前蘇聯最大的乙個加速器是1萬噸。後來人們發明了強聚焦同步加速器，就是後來的cern等一系列大加速器的原理。類似於光學裡的凸透鏡-凹透鏡一系列的組合，就能把要加速的粒子約束到小的範圍內，大大降低了磁鐵的孔徑和造價。
同步加速器的規模受限於磁鐵的強度，常規磁鐵1.5特斯拉，超導鐵5-10特斯拉，要讓多大能量的粒子轉一圈，就要匹配一定長度的彎轉磁鐵，再加上聚焦散焦磁鐵，就差不多定了周長，所以cern才有27公里長。粒子在同步加速器裡旋轉的圈數也遠多於在迴旋加速器裡。
但是聚散焦磁鐵的存在，使得要加速到迴旋加速器同樣能量的話，規模比迴旋加速器大，但是能加速到迴旋加速器到不了的強度。後來人們又發現接近光速粒子轉彎時會發出輻射，就是稱為同步輻射的。後來按照這個發展了同步輻射光源。
同步輻射會造成能量損失，如果能量很高的粒子，同步輻射所示就會增加，到一定程度就會不太划算，所以電子加速器的能量都沒有太高的。另外，會損失一些粒子的能散，發射度等性質，導致沒有直線加速器好，後來人們又用直線加速器做自由電子雷射光源來達到更高的峰值亮度。
這些就是基本的發展和原理，至於哪個效率更高，顯然取決於你的目的。比如加速到100mev的質子，那是迴旋加速規模小，效率高，加速到100mev的電子，當然是直線加速器好，加到10gev，那基本就是同步加速器了。
如何理解「迴旋加速器中粒子能量來自電場而能量大小卻與電場大小無關」
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