شتاب‌دهنده ذرات
سنکروترون‌ها

یک سنکروترون که گاهی اوقات سنکروسیکلوترون نامیده می‌شود، یک شتاب‌دهنده دایره‌ای است که دارای یک کاواک مشدد الکترومغناطیس برای شتاب دادن ذرات است. چندین شتابدهنده دایره‌ای در آزمایشگاه شتابدهنده ملی فرمی وجود دارند. ذرات از طریق هر کاواک به دفعات بسیار عبور می‌کنند. وقتی آن‌ها حول حلقه می‌گردند، هر مرتبه یک شتاب کوچک دریافت می‌کنند، یا انرژی را افزایش می‌دهند. وقتی انرژی یا شدت میدان تغییر می‌کند در نتیجه شعاع مسیر ذرات تغییر می‌یابند.
بدین ترتیب، افزایش انرژی می‌یابند شدت میدان مغناطیسی که برای هدایت کردن آن‌ها استفاده می‌شود باید با هر چرخش برای نگه داشتن ذرات متحرک در یک حلقه، تغییر کند. تغییر در میدان مغناطیسی باید به‌طور دقیق با تغییر در انرژی هم‌زمان شود یا باریکه تلف خواهد شد؛ بنابراین نام سنکروترون از گستره انرژی‌های بالایی که ذرات می‌توانند در یک تک حلقه شتاب بگیرند به وسیلهٔ گستره شدت میدان قابل دستیابی با دقت بالا از یک مجموعه خاص آهنرباها، معین می‌شود. برای رسیدن به انرژی‌های بالا، فیزیکدان‌ها گاهی اوقات از یک مجموعه سنکروترون‌های با اندازه‌های متفاوت استفاده می‌کنند، هر یک، سیستم بزرگتر بعدی را تغذیه می‌کند. ذرات اغلب پیش از ورود به اولین حلقه، با استفاده از یک شتابدهنده خطی کوچک یا وسیله‌ای دیگر پیش شتاب می‌گیرند. تابش سنکروترون نامی است که به تابش الکترومغناطیسی گسیل شده به وسیلهٔ ذرات باردار چرخنده در یک سنکروترون گفته می‌شود. این تابش به این علت است که ذرات باردار به وسیلهٔ میدان مغناطیسی از آهنرباهای دوقطبی برای به حرکت درآوردن باریکه حول حلقه شتاب می‌گیرند (منحرف می‌شوند). هر ذره باردار شتابدار، تابش الکترومغناطیسی تولید می‌کند.
طول موج و شدت تابش سنکروترون به انرژی و نوع ذره گسیل شده بستگی دارد. اگر منظ. ر انبار کردن یک باریکه انرژی بالا باشد پس تابش سنکروترون یک مشکل است. اتلاف انرژی از باریکه به وسیلهٔ این اثر تابش، باید به وسیله معرفی کاواک‌های شتاب‌دهنده در یک یا چند مکان در حلقه بازگردانده شود، تا به ذرات هرگاه که عبور می‌کنند یک تکان در انرژی بدهند. میزان و انرژی تابش به سرعت ذرات تابش‌کننده و شدت میدان مغناطیسی وابسته‌است. وقتی ذرات به سرعت نور نزدیک می‌شوند، این اثر سریعاً افزایش میابد. ضریب نسبیت خاص، گاما، نسبت به انرژی ذره به انرژی جسم سکون، یعنی mC^۲ است. اتلاف انرژی برای انرژی یک الکترون معین با گاما یعنی با؟ ?mC?^۲ متناسل است.
حتی با پیشرفت‌های انجام شده بر روی سیکلوترون‌های با تمرکز قطاعی و سنکروسیکلوترون‌ها، باز هم یک محدودیت در انرژی نهایی ذرات باقی می‌ماند و آن اندازه و قدرت مغناطیس است. یک محدودیت عملی از اندازه و قدرت برای یک مغناطیس بزرگ منفرد وجود دارد. پیشرفت بعدی در رابطه با شتاب ذره دستگاهی بود که می‌توانست قدرت میدان مغناطیسی را همراه با فرکانس تغییر ولتاژ تغییر دهد. چنانچه میدان مغناطیسی و فرکانس هر دو بتوانند تغییر کنند، امکان وادار ساختن ذرات برای حرکت در مدار با اندازه یکسان به جای مارپیچ ممتد در مدارهای با شعاع‌های بزرگتر و بزرگتر وجود دارد. بزرگترین شتاب‌دهنده‌های مدرن که بر اساس این مبانی به وجود آمده‌اند و به نام سنکروترون‌ها شناخته می‌شوند.
به جای دی‌ها تنها یک لوله بسته انحنا دار وجود دارو که حاوی ذرات است. به جای مغناطیس‌های بزرگ در بالا و پایین دی‌ها، یک سری از مغناطیس‌های با شکلcقرار گرفته در تناوب‌های طولی لوله جایگزین شده‌اند. ذرات به وسیله یک شتابدهنده کوچکتر به داخل حلقه تزریق شده و در داخل لوله به وسیلهٔ الکترومغناطیس‌ها نگهداری می‌شوند. شتاب ذرات به وسیله حفره‌های شتاب‌دهنده که مشابه لوله‌های غلتان در یک شتابدهنده خطی عمل می‌کنند، انجام می‌گیرد.
تواترون در آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده فرمی نزدیک شیکاگو وبواترون در دانشگاه برکلی بزرگترین سنکروترون‌های دنیا هستند که پروتن‌هایی با انرژی در محدوده تریلیون و بلیون الکترون ولت (TeVو GeV) در اختیار می‌گذارند.