Un ciclotron este un tip de accelerator de particule care folosește un câmp magnetic constant și câmpuri electrice alternative pentru a accelera o particule într-o mișcare spirală. Aceste tipuri de acceleratoare de particule au fost printre primele concepute și au mai multe avantaje față de acceleratorii liniari timpurii, cum ar fi cerințele de dimensiune mai mică. În timp ce progresele tehnologice au făcut posibile tipuri mai complexe de acceleratoare de particule, există încă unele utilizări pentru ciclotroni într-o serie de domenii diferite. Un ciclotron poate fi încă folosit în experimentele de fizică, în special ca parte incipientă a unui accelerator cu mai multe etape.
Dezvoltat în 1932, un ciclotron este un accelerator de particule care utilizează mișcare circulară, de obicei într-o spirală în creștere spre exterior, pentru a accelera particulele pentru o serie de utilizări diferite. Accelerația particulelor necesită de obicei o distanță destul de mare pentru a permite particulelor să ajungă la o viteză suficientă pentru utilizare în experimente. Cu toate acestea, proiectarea unui ciclotron permite utilizarea acceleratoarelor mai mici cu mare efect, deoarece particula se mișcă într-o mișcare circulară și parcurge o distanță mare fără a necesita un coridor lung drept pentru trecere.
Un ciclotron funcționează practic prin utilizarea unei perechi de electrozi de mare putere, fiecare în formă de „D” cu părțile plate una spre cealaltă, pentru a crea o formă circulară completă. Începând din centrul cercului, o particulă începe să se îndepărteze de centru, dar prin utilizarea atracției și respingerii, este în schimb trasă într-o mișcare circulară. Diodele alternează încărcarea între ele, astfel încât particula este accelerată către una, apoi se curbează în timp ce este împinsă de aceea și atrasă către cealaltă, apoi continuă modelul dintre cei doi electrozi. Acest lucru ar crea o mișcare circulară perfectă dacă este lăsat singur, dar se creează un câmp magnetic între cele două diode, care este perpendicular pe mișcarea circulară a particulei.
Acest câmp magnetic modifică ușor mișcarea particulei, astfel încât de fiecare dată când trece între cei doi electrozi este îndepărtată puțin de centrul cercului. Prin mișcarea ușor a particulei spre exterior, drumul pe care îl parcurge în timpul accelerației devine mai degrabă o spirală în creștere spre exterior decât un cerc. Acest lucru permite particulei să lovească în cele din urmă o zonă țintă din interiorul unității de izolare, unde poate fi apoi redirecționată pentru studiu sau utilizare ulterioară.
Unul dintre dezavantajele majore ale ciclotronului este că zona țintă poate fi utilizată doar pentru o particulă care se deplasează la viteze care pot fi calculate corect folosind fizica newtoniană. Vitezele mai mari ar provoca efecte relativiste, iar ținta nu ar fi lovită corespunzător, ceea ce înseamnă că un ciclotron nu poate produce în mod obișnuit nivelurile de accelerație pe care le pot accelera acceleratoarele liniare mai noi. Cu toate acestea, au fost dezvoltate ciclotroni izocroni care pot compensa modificările relativiste ale particulei și pot fi destul de eficiente.