致命的微粒——粒子束武器

2．致命的微粒——粒子束武器

1967年的一天，美国的核爆炸探测卫星飞临中亚地区的前苏联赛米巴拉金斯克核试验场上空进行侦查时，意外地发现了可疑的核爆炸裂变产物。但各项数据表明，前苏联人当时早已停止了大气层核试验，当天也没有进行地下核试验。随后，美国侦察卫星发现这一反常现象连续重复出现了七八次之多。美国人立即进行详查，最后发现：在赛米巴拉金斯克城南约50千米处，前苏联人建成了一座神秘的大型半地下建筑物，长214米，宽61米，钢筋混凝土墙壁后3米多，戒备森严。

未来的粒子束武器

更令美国人吃惊的是，这座建筑物中藏有2个直径18米的大钢球，球间有大量管道相连。建筑外还停放着许多盛装冷却用液态氮的大型槽罐车。经分析对比，美国人得出这样的结论：当时的前苏联正在进行粒子束武器的研究，其技术水平已领先美国5～7年。于是，美国人坐不住了，开始加大了研究粒子束武器的研究步伐。

到底是怎样的一种武器会引得两大军事强国展开如此激烈的研发竞赛呢？答案就在粒子束武器所特有的快速、高效、灵活、干净、全天候作战的优势上面。

（1）粒子的加速

顾名思义，粒子束武器是利用高能粒子束摧毁目标或使之失效的武器，主要利用粒子加速器把粒子源产生的粒子（电子、质子、离子或重粒子）加速接近到光速，并用磁场把粒子聚集成密集的束流，直接地或去掉电荷以后射向远距离目标，在极短的时间内把极大的能量传给目标，已达到摧毁效果。要了解粒子束武器，我们要知道粒子束武器的“弹药”——粒子是如何加速的。

根据物理学的基本原理，一切运动的物体都具有动能。物体的动能等于质量与运动速度的乘积，即E＝mv。物体的质量越大，速度越大，动能也就越大。这不难理解，普通炮弹的质量大，获得的威力也不小。但粒子束武器的“弹药”是我们肉眼看不到的小体积小质量微粒，怎样才能最终获得较大的能量呢？其实，电子、质子、离子或重粒子等都具有一定的质量，如果可以让它们获得足够高的运动速度，自然就具有一定的动能。如果将大量这样的粒子会聚成一股高速运动的密集束流时，极大的动能便随之而来，充当武器可以说是无坚不摧了。

那么，关键问题便是如何使这些微小的粒子获得极大的速度。根据物理学原理，电和磁都具有同性相斥，异性相吸的特性，带电粒子在电场中会受到电磁力的作用，当电磁力的作用方向与带电粒子的运动方向一致的时候，带电粒子便会加速运动。根据这个原理，人们制造出了专门加速粒子的特殊装置——粒子加速器。

对撞机是粒子加速器的一种

1932年，美国著名物理学家欧内斯特·劳伦斯研制出了世界上第一台粒子加速器。粒子在加速器中经过多次重复而方向一致的加速，使得速度也来越大，最终接近光速。将这些加速后的粒子通过磁场集中会聚成一束狭窄的高速定向束流，便成为粒子束武器。

劳伦斯与回旋加速器

（2）重重研发关

粒子束武器的优点不胜枚举，比如说它比普通炮弹反应快，威力大，而且容易变换射击方向，适合全天候作战。粒子束武器的原理看似简单，其实真正要研制出应用于实战的粒子束武器系统还要突破五大难关。

游戏中的粒子束武器

能源关。电源是整个粒子束武器系统得以运行的动力，而且可以称的上“弹药库”，第一关闯不过去，一切都是空谈。根据理论计算，把粒子束加速到光速，然后在洲际导弹的弹体上击穿一个孔，要求射到弹体上的粒子束能量必须到达10兆焦耳。假设粒子加速器的效率为30%，并且不考虑粒子束在空间传输时的能量损失，则要求电源功率为30太瓦（30×1012瓦），相当于1万座葛洲坝水电站的总功率，这是一般电源根本做不到的。

粒子加速器透视图

加速关。要使粒子束获得足以摧毁目标的能量，关键取决于粒子加速器的性能。其主要衡量指标是：所产生粒子束能量的高低、粒子束电流强度的大小、粒子束脉冲宽度及脉冲频数等等。目前，各国投入使用的粒子加速器种类很多，但只能高能弱流或低能强流，还做不到高能强流。

粒子束发散进入瞄准器示意图

瞄准关。俗话说，失之毫厘，谬以千里。粒子束武器发射出的高能粒子束及其狭窄，照射到目标附近产生的辐射场对目标有一定的破坏作用，但要保证准确的摧毁来袭目标，必须要直接命中。但是要准确击中数百乃至上千千米以外的导弹或卫星，可不是一件容易的事情，这就需要一整套极其精细的瞄准和跟踪系统。射程越远，这套系统的精度要求就越高。若粒子束武器的瞄准误差为1／3600度，则在100千米处的误差就会超过半米。另外，带电粒子束在空间传输中，必然会受到地球磁场的作用而发生偏转，这也会影响射击精度，而且地球磁场是随着时间和地点不断变化的，要进行实时校正难度绝非一般。瞄准关是粒子束武器能否投入使用的关键问题，目前的技术还难以攻克。

传输关。高能带电粒子束射出后，能否有效地作用在目标上，还存在着两个关键问题。一是束流的扩散。在大气层中，粒子束会同空气分子相互碰撞，由于电性的不同，粒子束还会同大气中的带电粒子相吸或者相斥，这就造成了束流的扩散。二是能量的衰减。当粒子束与空气分子相互碰撞的时候，必然会损失动能，使能量急剧衰减。举个例子来说，当出口处粒子束能量为500兆电子伏，在传输400米之后，能量仅为原有的30%，当传输到1千米处时，能量仅剩下原来的6%。但在研究过程中，也发现粒子束可以产生“洞穿效应”，即当第一次射出的高能粒子束穿过大气层时，可以使空气加热并降低气压，形成一个空气分子稀薄的低压通道，可供后续粒子束传输，降低能量的衰减。这种传输方法正处于试验阶段。

环境关。刚才我们讲到，粒子束武器在大气层中使用面临着传输关。若将粒子束武器应用到外层空间，面临的是束流中同性电荷的作用，而且没有大气中的“洞穿效应”，使得扩散比在大气层中还严重。所以，带电粒子束无法用于太空战。但为了占据在外层空间作战的主动权，只能选用中性粒子束武器，可是对于中性粒子束的生成目前还解决不了。

粒子束武器攻击假想图