粒子束武器的核心技术优化方案

粒子束武器除了具有定向能武器共有的指向、瞄准、跟踪和控制等关键技术外，还存在毁伤机理与毁伤阈值确定、小型化的粒子加速技术、紧凑型高功率脉冲电源技术、紧凑型传输及束流控制技术四类核心技术。

1.粒子束对目标的毁伤机理

粒子束系统作用效果一般取决于两个要素：第一，预期的靶目标及所需毁伤效应阈值，这决定了所必需的粒子束能量；第二，预期的作战方案（射程、作用时间等），它决定了必须产生多少能量以确保在可用时间内传递足够的能量。可以看出，研究粒子束对各类目标的毁伤机理及确定毁伤效应阈值对粒子束定向能系统研制意义重大。

当粒子束作用到目标上时，主要有三种能量交换方式：一是弹性碰撞的热沉积，粒子与目标壳体材料分子经过多次弹性碰撞将能量传给壳体材料。粒子束损失的能量以热能的形式沉积到材料中，当沉积的热大于材料放出的热时，材料温度上升，直到局部熔化成洞或由于热应力引起破裂。二是电离碰撞的能量交换，沉积电磁能与热能。三是充放电效应的电荷沉积、电能沉积引起静电放电等。粒子束作用在目标上，主要有以下三种破坏损伤模式。

（1）结构热力损伤，如在目标壳体上烧一个洞或烧裂。

（2）材料改性，如功能材料性能退化或提前引爆弹头中的引信或破坏弹头的热核材料。

（3）电子干扰及损伤，如充放电效应、单粒子效应、总剂量效应等，使目标中的电子设备失效或被破坏。

不同目标的功能不同，导致其材料、技术构成不同，敏感部件不同。不同部件其材料、技术构成不同，毁伤的模式也不相同。不同的毁伤模式所需粒子种类及能量阈值有很大的差别，这对粒子束定向能系统的技术指标具有不同的影响。

2.粒子加速技术(www.xing528.com)

粒子加速器通常是指带电粒子加速器，包括电子加速器、质子加速器、重离子加速器等，当前应用较广的粒子加速器是电子加速器。粒子加速器的性能直接决定了粒子毁伤目标的效果，衡量加速器性能优劣的主要指标有所产生粒子束能量的高低、粒子束电流强度的大小、粒子束的脉冲宽度以及在单位时间内能发射多少个脉冲等，现阶段国外部分粒子加速器的性能指标如表1-1 所示。

表1-1　现阶段国外部分粒子加速器的性能指标

据有关资料透露，当前一些国家研制的新型加速器，主要有集团场加速器和自共振加速器，前者产生的粒子束能量高达2×109 eV，电流强度为1.6×104～2×104 A；后者可把质子加速到能量为10×109 eV，电流强度为1×104 A，虽然以上加速器都实现了较高的粒子加速能力，但是系统极其庞大复杂，要实现应用于作战还有较大的差距，轻量化、紧凑型、低功耗是未来应用发展的必然需求。

3.电源技术

加速器是粒子束系统的核心，用来产生高能粒子，而高功率脉冲电源是粒子加速器的重要组成部分，是为脉冲功率装置的负载提供电磁能量的装置，目前美国圣地亚国家实验室拥有世界上最大的PBFA-Ⅱ脉冲功率装置，可以提供电压12 MV、电流8.4 MA、脉宽40 ns、能量4.3 MJ、功率1014 W 的能量，但该加速器电源同时却拥有超大型的体积。未来粒子束技术如果希望能够在天基中得以应用，可以预见，如何将目前的庞大的地面高功率脉冲电源装置变得更为紧凑是最为重要的关键技术之一。

4.粒子束的传输与控制技术

中性粒子束在大气中碰撞会导致部分电离而成为带电粒子束，难以有效传输，只适合在海拔200 km 以上的稀薄大气或真空中传输。带电粒子束在真空中传输时，由于束流中的粒子都具有相同电荷极性，同时又不存在空气电离时的洞穿效应，电荷之间的相互排斥力将使粒子束扩散半径不断加大，不适合在太空中传输；相反，在海拔200 km 以下的大气中，由于带电粒子束与大气分子碰撞电离形成等离子团对带电粒子束存在明显的电中和效应，可有效抑制带电粒子束的扩散，为其有效传输提供了可能性。总之，要想实现粒子束技术空间应用，粒子束集束传输问题就变得异常关键。同时，地磁场对带电粒子束远程传输的影响也不可忽略。