由洛侖茲力的性質(zhì)可以得出，當(dāng)帶電粒子垂直于均勻磁場運(yùn)動(dòng)時(shí)，粒子將在與磁場方向垂直的平面內(nèi)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)周期與運(yùn)動(dòng)速率和回旋半徑無關(guān)。這是回旋加速器的基本設(shè)計(jì)依據(jù)。
磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力被稱為洛侖茲 (Lorentz) 力。顯然，洛侖茲力始終垂直于電荷的運(yùn)動(dòng)方向，在電荷運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中，它做的功為零，力的效果只是改變電荷的運(yùn)動(dòng)方向。
描寫安培力的上述公式被稱為安培公式。由于歷史的原因，安培力和安培公式是以另一種方式被發(fā)現(xiàn)和提出的，我們將會(huì)在后續(xù)課程中做細(xì)致的討論。
這個(gè)公式被稱為洛侖茲公式，它是電磁理論的基本公式之一，適用于任意的電磁場和任意運(yùn)動(dòng)速度的電荷。
以上對(duì)回旋加速器的討論是基于帶電粒子的質(zhì)量是一個(gè)常數(shù)這樣一個(gè)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。然而，當(dāng)粒子的運(yùn)動(dòng)速率很大時(shí)，粒子質(zhì)量不變的論斷將不再適用。按照狹義相對(duì)論，粒子的質(zhì)量將隨運(yùn)動(dòng)速率的增高而加大，回旋周期也隨之增長。在這種情況下，若保持交變電場的周期不變，電場的變化就不能與粒子的回旋運(yùn)動(dòng)保持同步，粒子在經(jīng)過狹縫時(shí)也就不能總是得到加速。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，這一來自相對(duì)論效應(yīng)上的制約可以從兩個(gè)方面得到補(bǔ)償。其中一種設(shè)計(jì)思路是：磁場的數(shù)值在空間中不再是常數(shù)，而是隨半徑有一個(gè)分布，以使回旋頻率保持不變；另一種設(shè)計(jì)思路是：仍然保持磁場的數(shù)值是一個(gè)常數(shù)，但是，加在電極上的交變電流的頻率隨時(shí)間而變，使得粒子運(yùn)動(dòng)到狹縫時(shí)總是能夠得到加速。第二種設(shè)計(jì)思路的實(shí)現(xiàn)被稱為同步回旋加速器。
回旋加速器是探索微觀世界的一種重要工具。隨著人類對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)越來越深入，要求的加速器的能量越來越高。自從勞侖斯于 1931 年設(shè)計(jì)并制造出世界上第一臺(tái) 0.08 MeV 的回旋加速器以來，回旋加速器的能量每隔大約 10 年就會(huì)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。能量的每一次提高，都為我們帶來微觀世界的新信息。
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