En cyklotron är en typ av partikelaccelerator som använder ett konstant magnetfält och växlande elektriska fält för att accelerera en partikel i en spiralrörelse. Dessa typer av partikelacceleratorer var bland de första som utvecklades och har flera fördelar jämfört med tidiga linjäracceleratorer, såsom krav på mindre storlek. Medan framsteg inom teknik har gjort mer komplexa typer av partikelacceleratorer möjliga, finns det fortfarande vissa användningsområden för cyklotroner inom ett antal olika områden. En cyklotron kan fortfarande användas i fysikexperiment, särskilt som en tidig del av en flerstegsaccelerator.
En cyklotron, som utvecklades 1932, är en partikelaccelerator som använder cirkulär rörelse, vanligtvis i en utåtväxande spiral, för att accelerera partiklar för ett antal olika användningsområden. Partikelacceleration kräver vanligtvis ett ganska stort avstånd för att tillåta partiklarna att komma till tillräcklig hastighet för användning i experiment. Konstruktionen av en cyklotron tillåter dock att mindre acceleratorer kan användas med stor effekt, eftersom partikeln rör sig i en cirkulär rörelse och färdas en lång sträcka utan att behöva en lång rak korridor för passage.
En cyklotron fungerar i princip genom att använda ett par högeffektselektroder, var och en formad som ett ”D” med de platta sidorna mot varandra, för att skapa en komplett cirkulär form. Med början i mitten av cirkeln börjar en partikel att röra sig bort från centrum, men genom att använda attraktion och repulsion dras den istället till en cirkulär rörelse. Dioderna växlar laddning mellan dem så att partikeln accelereras mot en, kröker sig sedan när den trycks bort av den ena och attraheras mot den andra, och fortsätter sedan mönstret mellan de två elektroderna. Detta skulle skapa en perfekt cirkulär rörelse om den lämnas ensam, men ett magnetfält skapas mellan de två dioderna, som är vinkelrät mot partikelns cirkulära rörelse.
Detta magnetfält förskjuter partikelns rörelse något, så varje gång den passerar mellan de två elektroderna flyttas den en bit bort från cirkelns mitt. Genom att flytta partikeln något utåt blir vägen den tar under acceleration en utåtväxande spiral snarare än en cirkel. Detta gör att partikeln så småningom kan träffa ett målområde på insidan av inneslutningsenheten, dit den sedan kan omdirigeras för vidare studier eller användning.
En av de stora nackdelarna med en cyklotron är att målområdet endast kan användas för en partikel som färdas med hastigheter som kan beräknas korrekt med hjälp av newtonsk fysik. Högre hastigheter skulle orsaka relativistiska effekter och målet skulle inte träffas ordentligt, vilket innebär att en cyklotron vanligtvis inte kan producera de accelerationsnivåer som nyare linjära acceleratorer kan. Isokrona cyklotroner har dock utvecklats som kan kompensera för relativistiska förändringar av partikeln och kan vara ganska effektiva.