回旋加速器和同步加速器的区别

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最近的一个任务是对回旋加速器的厂家做调研，在Google的时候回旋加速器是Cyclotron，同步加速器是Electron Synchrotron，然后一样是带电粒子在做周期的回旋运动，对于我这种外行，有时候会混淆。
首先贴一下J_PARK对直线加速器和同步加速器的区别的表述
http://j-parc.jp/Acc/ja/acc.html#difference
加速器的原理
“加速器”是一种加速原子核和质子和电子等基本粒子的装置。
利用电力加速粒子。准备两个金属电极，分别用+和 - 充电。在两个电极之间放置带正电荷的质子朝向电极加速。在许多情况下，这些+和 - 电在两个电极之间来回传递，并且每秒电往复的次数称为“频率”。
在粒子加速器中，这个频率很高，因此被称为“高频加速”。当颗粒在空气中飞行时，它们与空气分子碰撞并且不能加速，因此必须排空加速腔中的所有空气分子。

 
直线加速器和同步加速器之间的区别
在直线加速器中，几个加速腔线性排列，并且颗粒在很长的距离内加速。然后，由于光束总是可以从出口发射，因此可以加速许多粒子（大电流），但由于每个加速腔不能仅加速一个粒子一次，因此不是经济实惠。
另一方面，一旦加速粒子返回加速腔并加速多次，能量就会稳定上升。为了使颗粒返回，必须使颗粒弯曲，因此，为此目的使用称为“弯曲电磁铁”的磁体。而且，由于这种加速器接近圆形，因此称为“圆形加速器”或者也称为“同步加速器”。然而，由于同步加速器需要等待下一个粒子的质量加速直到粒子质量的加速完成，因此不适合加速大电流。
因此，如果强调加速能量，则同步加速器是重要的，并且如果大电流的重量被大量放置，则直线加速器是合适的。
在任何加速器中，当您长距离加速粒子时，具有相同电力的粒子试图以排斥力传播并最终撞击管道和空腔的壁并且不能加速。因此，为了收集待扩展的颗粒，通过使用称为“聚焦磁体”的磁体来聚焦光束。
在高强度质子加速器设施，400MeV线性加速器的前级的加速度，随后通过加速度同步加速器资助，以进一步划分建立用于3GeV同步加速器用于和50GeV同步加速器。

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回旋加速器
1930年欧内斯特·劳伦斯提出回旋加速器 [1]  的理论，1932年首次研制成功。它的主要结构是在磁极间的真空室内有两个半圆形的金属扁盒（D形盒）隔开相对放置，D形盒上加交变电压，其间隙处产生交变电场。置于中心的粒子源产生带电粒子射出来，受到电场加速，在D形盒内不受电场力，仅受磁极间磁场的洛伦兹力，在垂直磁场平面内作圆周运动。绕行半圈的时间为πm/qB，其中q是粒子电荷，m是粒子的质量，B是磁场的磁感应强度。如果D形盒上所加的交变电压的频率恰好等于粒子在磁场中作圆周运动的频率，则粒子绕行半圈后正赶上D形盒上电压方向转变，粒子仍处于加速状态。由于上述粒子绕行半圈的时间与粒子的速度无关，因此粒子每绕行半圈受到一次加速，绕行半径增大。经过很多次加速，粒子沿螺旋形轨道从D形盒边缘引出，能量可达几十兆电子伏特（MeV ）。回旋加速器的能量受制于随粒子速度增大的相对论效应，粒子的质量增大，粒子绕行周期变长，从而逐渐偏离了交变电场的加速状态。进一步的改进有同步回旋加速器。

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同步加速器又叫稳相加速器，是因为它与著名的“自动稳相原理”有关。
V.韦克斯勒和E.麦克米伦在1944—1945年分别提出了这一原理：回旋频率与加速电场频率保持严格同步的粒子（称同步粒子）周围，有一群非同步粒子，只要它们与同步粒子在能量上和相位上的差别在一定的范围内，也可得到稳定加速。如设同步粒子处在高频电场下降的相区内，当某一非同步粒子的相位落后于同步粒子时，则会得到比同步粒子稍小的能量增益，它的回旋周期开始减小，因而在下一次到达加速电场区域时，其相位较前一次更接近同步粒子。如此往复，使非同步粒子的相位总是在同步相位附近作稳定相振荡，并获得与同步粒子相同的平均能量增益。

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理解同步回旋加速器可以更清楚的明白两者的区别
由于相对论性效应，随着速度增大，粒子的质量增大，使绕行半圈的时间变长，以致逐渐偏离了交变电场的加速状态，因而粒子的能量达到一定的限度就不能再增大。技术上有两种解决办法：一种是使磁极外圈的磁场逐渐增强，抵消相对论性效应的影响；另一种是调节加速电场的变化频率，使之适应相对论性效应的影响。这两种方法都是为了使粒子在磁场中作圆周运动的频率与加速电场的变化频率维持同步。前一种改进措施发展成为扇形聚焦回旋加速器，后一种改进措施发展成为同步回旋加速器。在回旋加速器中粒子回旋的轨道半径逐渐地由小到大，因而磁体本身必须是实心的圆柱，极为笨重，耗资昂贵。改进后的同步加速器只需要一个环形的磁极，带电粒子先在一个较小的加速器中加速，然后引入同步加速器进一步加速。目前美国费米国家加速器实验室最大的质子同步加速器的加速管道圈的直径为2千米 ，质子加速可达500吉电子伏特，进一步使用超导强磁场，能量可提高到1000吉电子伏特。

                               
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区别：
首先，带电粒子在回旋加速器里的磁场是一块完整的磁场，在同步加速器里是通过弯曲电磁铁来实现带电粒子的回旋，简单来说，回旋加速器一般是图一，实心的磁场，同步加速器一般是环形磁场。

                               
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图一
其次：同步回旋加速器在结构上与经典回旋加速器十分相似，主要区别是在起加速作用的“D形电极”的共振回路中使用可变电容器，以调变频率。频率调变的幅度通常在2∶1左右，调制的重复频率约为60—100赫。

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来源：https://blog.csdn.net/weixin_41965702/article/details/84787510
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