限制能耗是任何新机器研发过程中的首要考量因素。在正负电子对撞机领域，例如目前正在构想用于研究神秘希格斯玻色子的“希格斯工厂”，总能耗的50%到60%用于驱动加速电子束的射频腔。欧洲核子研究中心(CERN)正在开展的研究有望显著提升这一过程的能源效率。

正在测试用于高亮度大型强子对撞机(LHC)的速调管原型。速调管被安置在螺线管(黑色结构)内。(图片：N. Eskandari/CERN)

在诸如正在研究的未来环形对撞机(FCC)这类环形对撞机中，电子和正电子的能量需由射频腔持续补充，原因是带电粒子在弯道中会辐射能量。在线性对撞机里，腔体的效率同样关键，因为电子束只能穿过每个腔体一次，粒子必须在一次通过中获取全部能量。无论何种类型的对撞机，加速腔均由称为速调管的设备供电，而速调管正是实现效率提升的关键环节。

速调管是一种特殊的真空管，能将高频无线电波放大高达百万倍。产生的电磁波在经过精细调谐的射频腔内激发强电场，进而将通过的粒子束加速到高能量。速调管发明于20世纪30年代，最初用于改进飞机雷达系统，此后一直被应用于卫星通信、广播以及用于医疗、工业和研究用途的粒子加速器。然而，速调管技术历史上仅实现了60%的能源效率。

十年前，欧洲核子研究中心与兰卡斯特大学联合启动了“高效速调管”(HEK)项目，并取得了显著成果。目前，为高亮度大型强子对撞机(LHC)开发的高效速调管效率已比工业速调管高出10%，CERN团队正致力于将效率提升至80%以上。此外，CERN团队从射频工程史中借鉴了一种名为“triston”的非传统速调管，并对其加以改进，甚至有可能将效率提升至90%。这一技术有望成为突破性成果，其应用范围远超加速器领域。