ไซโคลตรอนเป็นเครื่องเร่งอนุภาคชนิดหนึ่งที่ใช้สนามแม่เหล็กคงที่และเปลี่ยนสนามไฟฟ้าเพื่อเร่งอนุภาคในการเคลื่อนที่แบบเกลียว เครื่องเร่งอนุภาคชนิดนี้เป็นเครื่องแรกที่คิดค้นและมีข้อได้เปรียบเหนือเครื่องเร่งความเร็วเชิงเส้นเร็วเช่นข้อกำหนดที่มีขนาดเล็กกว่า ในขณะที่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทำให้เครื่องเร่งอนุภาคมีความซับซ้อนมากขึ้น แต่ก็ยังมีการใช้ cyclotrons ในหลาย ๆ ด้าน ไซโคลตรอนยังสามารถใช้ในการทดลองทางฟิสิกส์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนแรกของเครื่องเร่งความเร็วแบบหลายขั้นตอน
ไซโคลตรอนพัฒนาขึ้นในปี 2475 เป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ใช้การเคลื่อนที่แบบวงกลมโดยทั่วไปจะเป็นเกลียวที่กำลังเติบโตภายนอกเพื่อเร่งอนุภาคสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปการเร่งความเร็วของอนุภาคต้องการระยะทางที่ค่อนข้างดีเพื่อให้อนุภาคมีความเร็วเพียงพอสำหรับใช้ในการทดลอง อย่างไรก็ตามการออกแบบของไซโคลตรอนช่วยให้เครื่องเร่งความเร็วขนาดเล็กสามารถใช้งานได้อย่างยอดเยี่ยมเนื่องจากอนุภาคเคลื่อนที่เป็นวงกลมและเคลื่อนที่เป็นระยะทางไกลโดยไม่ต้องใช้ทางเดินยาวเป็นทางตรง
โดยทั่วไปแล้วไซโคลตรอนจะทำงานโดยใช้ขั้วไฟฟ้าที่มีกำลังสูงแต่ละคู่มีรูปร่างเหมือน“ D” โดยมีด้านแบนต่อกันเพื่อสร้างรูปทรงกลมที่สมบูรณ์ เริ่มต้นที่ศูนย์กลางของวงกลมอนุภาคเริ่มเคลื่อนที่ออกจากจุดศูนย์กลาง แต่โดยใช้แรงดึงดูดและแรงผลักดันมันจะถูกดึงเข้าสู่การเคลื่อนที่แบบวงกลมแทน ไดโอดจะมีประจุสลับกันระหว่างกันดังนั้นอนุภาคจะถูกเร่งไปที่หนึ่งจากนั้นจึงโค้งไปรอบ ๆ เมื่อมันถูกผลักออกไปจากที่หนึ่งและถูกดึงดูดไปที่อีกอันจากนั้นก็ยังคงรูปแบบระหว่างขั้วทั้งสอง สิ่งนี้จะสร้างการเคลื่อนที่แบบวงกลมที่สมบูรณ์แบบหากทิ้งไว้ตามลำพัง แต่จะสร้างสนามแม่เหล็กขึ้นระหว่างไดโอดสองอันซึ่งตั้งฉากกับการเคลื่อนที่แบบวงกลมของอนุภาค
สนามแม่เหล็กนี้จะเปลี่ยนการเคลื่อนที่ของอนุภาคเล็กน้อยดังนั้นในแต่ละครั้งที่ผ่านระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองจะถูกย้ายออกไปจากศูนย์กลางของวงกลมเล็กน้อย โดยการเคลื่อนที่อนุภาคออกไปด้านนอกเล็กน้อยเส้นทางที่ใช้ในระหว่างการเร่งจะกลายเป็นเกลียวที่เติบโตภายนอกแทนที่จะเป็นวงกลม สิ่งนี้จะช่วยให้อนุภาคสามารถโจมตีพื้นที่เป้าหมายในที่สุดภายในหน่วยกักกันซึ่งจะสามารถเปลี่ยนเส้นทางเพื่อการศึกษาต่อหรือใช้ต่อไป
หนึ่งในข้อเสียเปรียบที่สำคัญของไซโคลตรอนคือพื้นที่เป้าหมายสามารถใช้สำหรับอนุภาคที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่สามารถคำนวณได้อย่างถูกต้องโดยใช้ฟิสิกส์ของนิวตัน ความเร็วที่สูงขึ้นจะทำให้เอฟเฟ็กต์เชิงสัมพัทธภาพเกิดขึ้นและเป้าหมายจะไม่ได้รับการกระแทกอย่างเหมาะสมหมายความว่าไซโคลตรอนจะไม่สามารถสร้างระดับความเร่งที่ใหม่กว่า ไซโคลตรอนแบบ Isochronous ได้รับการพัฒนาขึ้นซึ่งสามารถชดเชยการเปลี่ยนแปลงความสัมพันธ์กับอนุภาคได้และมีประสิทธิภาพมาก
