Το κυκλοτρόνιο είναι ένας τύπος επιταχυντή σωματιδίων που χρησιμοποιεί σταθερό μαγνητικό πεδίο και εναλλασσόμενα ηλεκτρικά πεδία για να επιταχύνει ένα σωματίδιο σε σπειροειδή κίνηση. Αυτοί οι τύποι επιταχυντών σωματιδίων ήταν από τους πρώτους που επινοήθηκαν και έχουν αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους πρώιμους γραμμικούς επιταχυντές, όπως απαιτήσεις μικρότερου μεγέθους. Ενώ η πρόοδος στην τεχνολογία έχει καταστήσει δυνατούς πιο σύνθετους τύπους επιταχυντών σωματιδίων, εξακολουθούν να υπάρχουν ορισμένες χρήσεις για τα κυκλοτρόνια σε διάφορα πεδία. Ένα κυκλότρον μπορεί ακόμα να χρησιμοποιηθεί σε πειραματισμούς φυσικής, ειδικά ως πρώιμο μέρος ενός επιταχυντή πολλαπλών σταδίων.
Αναπτύχθηκε το 1932, ένα κυκλοτρόνιο είναι ένας επιταχυντής σωματιδίων που χρησιμοποιεί κυκλική κίνηση, συνήθως σε μια προς τα έξω αναπτυσσόμενη σπείρα, για να επιταχύνει τα σωματίδια για μια σειρά από διαφορετικές χρήσεις. Η επιτάχυνση των σωματιδίων απαιτεί συνήθως μια αρκετά μεγάλη απόσταση για να επιτρέψει στα σωματίδια να φτάσουν σε επαρκή ταχύτητα για χρήση σε πειράματα. Ο σχεδιασμός ενός κυκλοτρονίου, ωστόσο, επιτρέπει τη χρήση μικρότερων επιταχυντών με μεγάλο αποτέλεσμα, καθώς το σωματίδιο κινείται με κυκλική κίνηση και διανύει μεγάλη απόσταση χωρίς να απαιτείται μακρύς ευθύς διάδρομος για το πέρασμα.
Ένα κυκλότρον λειτουργεί βασικά χρησιμοποιώντας ένα ζεύγος ηλεκτροδίων υψηλής ισχύος, το καθένα σε σχήμα “D” με τις επίπεδες πλευρές η μία προς την άλλη, για να δημιουργήσει ένα πλήρες κυκλικό σχήμα. Ξεκινώντας από το κέντρο του κύκλου, ένα σωματίδιο αρχίζει να απομακρύνεται από το κέντρο, αλλά χρησιμοποιώντας την έλξη και την απώθηση, αντίθετα έλκεται σε μια κυκλική κίνηση. Οι δίοδοι εναλλάσσουν το φορτίο μεταξύ τους, έτσι το σωματίδιο επιταχύνεται προς το ένα, στη συνέχεια καμπυλώνεται καθώς ωθείται μακριά από το ένα και έλκεται προς το άλλο, και στη συνέχεια συνεχίζει το σχέδιο μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων. Αυτό θα δημιουργούσε μια τέλεια κυκλική κίνηση αν μείνει μόνο του, αλλά δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο μεταξύ των δύο διόδων, το οποίο είναι κάθετο στην κυκλική κίνηση του σωματιδίου.
Αυτό το μαγνητικό πεδίο μετατοπίζει ελαφρώς την κίνηση του σωματιδίου, έτσι κάθε φορά που περνά ανάμεσα στα δύο ηλεκτρόδια απομακρύνεται λίγο από το κέντρο του κύκλου. Μετακινώντας το σωματίδιο ελαφρώς προς τα έξω, η διαδρομή που ακολουθεί κατά την επιτάχυνση γίνεται μια προς τα έξω αναπτυσσόμενη σπείρα παρά ένας κύκλος. Αυτό επιτρέπει στο σωματίδιο να χτυπήσει τελικά μια περιοχή στόχο στο εσωτερικό της μονάδας περιορισμού, όπου μπορεί στη συνέχεια να ανακατευθυνθεί για περαιτέρω μελέτη ή χρήση.
Ένα από τα κύρια μειονεκτήματα ενός κυκλοτρονίου είναι ότι η περιοχή στόχος μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για ένα σωματίδιο που ταξιδεύει με ταχύτητες που μπορούν να υπολογιστούν σωστά χρησιμοποιώντας τη Νευτώνεια φυσική. Οι υψηλότερες ταχύτητες θα προκαλούσαν την εμφάνιση σχετικιστικών φαινομένων και ο στόχος δεν θα χτυπηθεί σωστά, πράγμα που σημαίνει ότι ένα κυκλοτρόνιο δεν μπορεί τυπικά να παράγει τα επίπεδα επιτάχυνσης που μπορούν οι νεότεροι, γραμμικοί επιταχυντές. Ωστόσο, έχουν αναπτυχθεί ισόχρονα κυκλοτρόνια που μπορούν να αντισταθμίσουν τις σχετικιστικές αλλαγές στο σωματίδιο και μπορεί να είναι αρκετά αποτελεσματικά.