由 r=mV/qB推出 V= qB r /m （速度要越大，半徑就要越大啊，但是半徑不能無限大，所以當半徑達到D形盒半徑時速度就達到最大） 所以Vm= qBR/m（R為D形盒半徑，也就是迴旋加速器的半徑）

回形加速器的半徑有限制，當粒子速度很大，粒子質量的增大不能忽略，電極電壓變換不能同步，粒子無法被加速。這時只能用直線加速器，加速器的長度越來越長，甚至幾公里，體積當然很大。

隨便說一下，整個加速器都必須抽真空，耗費當然很厲害。

您可能已經在眾多科普文章中（尤其是與粒子物理學有關的）中瞭解或聽說過粒子加速器。例如大型強子對撞機（LHC）這個粒子加速器是人類有史以來建造的最大的單體機器。

上圖：對撞機的內部

用最基本的術語來說，粒子加速器是一臺大型機器，用於執行涉及高能亞原子粒子的物理實驗。對於科研人員來說，它是一種使用電磁場將帶電粒子加速到接近光速的裝置，並將這些快速粒子限制成束，以便對撞。

一些最著名的粒子加速器包括大型強子對撞機（兩種分別在離子模式和質子模式下執行），相對論重離子對撞機、Tevatron（美國芝加哥）、J-PARC（日本質子加速器）、BEPC II（北京正負電子對撞機二號）等。

上圖：中國北京正負電子對撞機二號的雙環路和探測器（中間照片）。

與許多人所認為的相反，大型強子對撞機並不是世界上唯一的粒子加速器。實際上，全球有數百種粒子加速器在執行，它們可用於不同目的，包括科學研究，醫學乃至國際安全。

粒子加速器基本上有兩種型別：

線性加速器

環形加速器

儘管它們的設計和操作模式有所不同，但基本功能仍然相同。

但顯然，環形加速器可以讓粒子在環中無限地運動下去，不會有盡頭，因此環形加速器可以適用於更高速地粒子的生成。

粒子源（如氫核）為研究人員提供了想要加速的所需粒子（例如質子，電子等）。科研人員使用生成的高速粒子束相互對撞使得亞原子粒子因碰撞的高能量產生新的粒子，有些甚至是未知的粒子，從而驗證一些理論預測是否正確。

極其強大的電場，可以將金屬束管內的真空內的粒子加速。一旦粒子開始運動，強大的電磁體就會轉向並保持粒子束在金屬管中聚焦，最終撞擊到來自相反方向或固定目標的另一束粒子。請注意金屬管內的真空非常重要，因為要確保沒有任何東西（甚至是空氣分子）阻礙以光速行進的亞原子粒子的運動。

但環越大，就越接近直線，用於約束粒子束的能量（形成強磁場）就越低。

上圖：歐洲的大型強子對撞機(LHC)

粒子加速器中，亞原子粒子（非常小且非常堅固）在真空管道中碰撞到一起並且“破碎”，這樣科學家們就可以研究“碎片”（例如介子、重子、介子等）的特徵。這些粒子被加速到接近光速後可能對撞並被“粉碎”數百萬次。希格斯玻色子（又名“上帝粒子”）就是在大型強子對撞機中進行數萬億次碰撞後發現的。

我們只能用肉眼看到一般大小的物體。要觀察較小的物體，請使用顯微鏡；如果要觀察較遠的物體，請使用望遠鏡。工具越強大，我們能看到的就越多。

粒子加速器是使我們能夠探索自然可見甚至不可見的基本構成，以及宇宙中所有物質的演化和起源的工具。加速器功能越強大，我們就可以越深入地觀察無限小和無限大。

粒子加速器猶如粒子的“賽道”。賽車就是粒子，它們必須隨著時間的推移逐漸在大型的環形賽道或漫長而筆直的賽道上逐漸加速。

在物理學中，這兩種“賽道”就分別環形加速器和線性加速器。

環形加速器中的粒子在環中某個位置透過加速結構運動時逐漸獲得能量。例如，大型強子對撞機中的質子在達到碰撞能量之前每秒要跑完11000圈，持續20分鐘。在其行駛過程中，磁場會引導粒子圍繞加速器的曲線保持行進。但是，就像在彎曲的山路上開車一樣，粒子的最大能量受到加速器曲線的限制。如果轉彎太急或磁體太弱，粒子最終將飛出賽道。

線性加速器沒有這個問題，但是它們也面臨著另外的挑戰：線性加速器中的粒子只有透過足夠長的加速結構才能達到所需能量，所以，如果能量要求高，那麼加速器就必須非常長，而且必須是直的，甚至地球表面的弧度都會造成問題。如果這個長度要求太大，建造線性加速器就面臨困難，而環形加速器沒有這個長度問題，因為粒子可以在加速器中無線迴圈運動。

如果我們想更深入地研究物質或進一步研究宇宙的起點，我們就必須提高能量，這意味著我們需要更強大的工具——更高的粒子能量，或者更長的加速距離。例如數百公里長的線性加速器或具有長且弧度更柔和的巨型圓形加速器。這樣的加速器才能進一步提高粒子的能量。

上圖：歐洲的未來更大的環形加速器。

當然，在另一方面，我們也可以改造我們的加速技術，在短距離內快速有效地加速線性加速器中的粒子。我們還可以設計和製造出令人難以置信的強大磁體（比當今任何磁體都強大），使超高能粒子繞更小的環形加速器運動。

對撞機越大，能夠製造出的粒子的能量就越大。隨著研究的需求越來越深入宇宙的根源，我們對對撞粒子的能量的要求驅使著我們去建造更大的粒子加速器。