要说的这个东西全称叫做“荷电粒子炮(Charged Particle Cannon 或 Charged Particle Weapon)”,可以说是最有发展前途的武器(没有之一)。从上世纪30年代就开始研制,到现在依旧是因为材料和技术问题没有达到实战水平。
在很多的科幻电影中,我们往往能看到一些以光束为武器的太空飞船。
这些飞船发出一道明亮的光束击中目标的时候,目标就会爆炸烧毁。
其实,这道明亮的光素并不一定是激光束,更多的则是荷电粒子束。
当带电的粒子束在电场中被不断加速后就可以形成高速粒子流,粒子流中的粒子可以以无限接近于光速的速度向前运动。
粒子束武器的打击能力比激光更大,功率小一些可以瞬间在几十公里外融化现在所有的主战坦克,功率大一些的可以直接摧毁一颗恒星(参考下三体里面的光粒)。
为什么这种武器威力这么巨大,其实粒子束武器也是遵循着相对论方程的。
这个方程如果再简化写出来就是E=MC^2,当物体运动速度接近于光速的时候,其质量趋近于无限大,其动能趋近于无限大。
一般的来说,荷电粒子炮会使用一个等离子离子发生器去加热氢到等离子状态,在产生足够多的质子后将质子导入电磁场。通过电磁场将质子加速到接近于光速的速度发射出去。
质子是一种特别适合作为粒子束武器的荷电粒子。本身带有正电荷易于在电场中推进,并且质子在释放能量的时候有一种叫做布拉格效应的能量释放形式。
我们先看光:
光在传播的过程中是以电磁场的形式存在的,光在传输过程中衰减很严重。
但是粒子束在传播的时候就是高速运动的粒子。
在路径上受到的能量损失极小,同时我们再了解下布拉格效应(也叫布拉格尖峰,Bragg peak)。
当高速运行的质子被阻碍的时候,质子会在极短的时间内释放出全部的能量,在波形表现上就出现了一个尖峰的状态,这就是布拉格尖峰了。
也就是说质子束(Protons,一种电荷粒子束,带正电)其能量衰减是呈尖峰状态的,这就是说明在飞行过程中质子束几乎没有能量损耗,而在命中目标后瞬间释放全部携带的能量。这是啥?再简单的说就是粒子束武器中的达姆弹!
粒子束武器在布拉格尖峰被发现后(1903年)就被广泛研究,在1933年就做出来了简单的质子加速装置。
看到这些加速器,回到文章开始的部分去看原理图,不难理解其运作原理。
然而,在目前而言,我们需要加速粒子依旧需要大量的能量和极长的加速距离。这个距离有多长呢?足够武器能级的直线粒子加速器长度在3公里以上。
如此巨大的体积已经完全不能武器化了。
当然,这种东西也不是没有用处,主要目前用在了两个方面:
第一、科学研究,做粒子对撞机。
第二、利用质子的布拉格尖峰效应制造质子刀用于医疗
至于,这种东西什么时候能武器化的问题,答案也就是人类进入星际战争时代。
例如,银河英雄传说中的休伯利安号战舰,全长911米,前部则是32门粒子炮。从战舰的结构图上我们可以看到
它的前半部分完全被粒子直线加速器而占据。
而以目前人类的技术水平,理论上这条路走得通,但是体积上则很难接受。也正因如此,电荷粒子炮也就生来就是太空武器了。