核醫學的起源始于歐內斯特·奧蘭多·勞倫斯 (Ernest Orlando Lawrence) (1901-1958) 發明的回旋加速器。歐內斯特·勞倫斯于1928年開始在加州大學伯克利分校工作，擔任核物理學家。他的研究集中在高速轟擊原子以產生新粒子上。為了獲得轟擊所需的高能量，使用了加速器，但所需的電勢如此之大(約100萬伏)，幾乎不可能制造出能夠承受住如此大功率的機器。

相對論性重離子對撞機中兩束金離子束的碰撞

歐內斯特·勞倫斯偶然發現了一篇德國論文，該論文表明，振蕩電場可以增加粒子的能量。然而，這仍然沒有達到足夠高的速度，而且加速器必須非常長。勞倫斯意識到可以通過使用磁場彎曲粒子束并迫使它變成螺旋狀來改進這個想法。然后每次圍繞電極完成一個圓圈，粒子能量就會增加。這將一直持續到最后，這個粒子有足夠的能量以極快的速度螺旋出來并進入收集器，或者，目標可以放置在探測器附近最外圈的粒子束路徑中。

回旋加速器基本結構圖

1930 年，歐內斯特·勞倫斯 (Ernest Lawrence) 建造了第一個直徑只有 4 英寸(約10厘米)的回旋加速器。它使用兩個 D 形磁鐵，以產生一個圓形磁場，它們之間有一個小間隙。交變電場加速粒子并導致圓形路徑的半徑增加，直到它擊中目標。

伯克利實驗室科技人員站在60英寸(約152厘米)回旋加速器的磁鐵上

勞倫斯繼續通過使用更大的電磁體來改進它，直到他達到 100 萬電子伏特及以上的電勢，其大小需要一整座建筑物來容納該加速器。

尾注：歐內斯特·勞倫斯因著發明回旋加速器獲得了1939年的諾貝爾的物理學獎，是他的弟弟約翰·勞倫斯實現了加速器在醫學領域的應用，約翰·勞倫斯因著在核醫學領域的工作被稱為“核醫學之父”。