我們知道，在勻強磁場中，帶電粒子做勻速圓周運動的周期與速度無關的，也就是說無論粒子運動快慢，它環繞一圈的時間總是固定的，利用這個特性，人們發明了粒子回旋加速器。

如圖，在D形盒窄縫中間存在加速電場，在上下兩個D形盒中加有垂直于盒面的勻強磁場。帶電粒子首先由粒子源發出，經過加速電場第一次加速速度達到v0，垂直進入磁場，然后做勻速圓周運動，經過半個周期再次到達D形盒窄縫，進入加速電場再次加速，速度達到v1，然后再次進入磁場，如此反復。

通過設定D形盒窄縫間電壓的頻率，使其與粒子的運動周期同步，就可以實現每次粒子離開磁場就開始進入加速過程。

隨著粒子速度的提高，運動半徑逐步增大，所以D形盒的尺寸成為制約回旋加速器的一個關鍵因素。

此外，由于相對論效應，當粒子速度太快以至于接近光速時，回旋加速器將失效，因為粒子速度的提高導致質量增大，而粒子的運動周期是與質量有關的，所以會導致高頻電源電壓與粒子周期不匹配，從而無法準確實現加速要求。日常應用中，回旋加速器多用于加速比較重的帶電粒子，而很少加速電子等輕粒子。

回旋加速器的應用很多，考試中的考題多以應用題的形式出現，只要掌握了基本原理，認真審題，一般比較容易得分，無外乎就是比較每次加速后的速度、軌道半徑以及能量變化等。