[科普中国]-粒子束动力学

粒子束动力学是指研究粒子、粒子束等相关动力学规律的学科，粒子束武器就是能发射出高能定向强流、接近光速的亚原子束的新型武器。

粒子粒子（particle）指能够以自由状态存在的最小物质组成部分。最早发现的粒子是原子、电子和质子，1932年又发现中子，确认原子由电子、质子和中子组成，它们比起原子来是更为基本的物质组分，于是称之为基本粒子。以后这类粒子发现越来越多，累计已超过几百种，且还有不断增多的趋势；此外这些粒子中有些粒子迄今的实验尚未发现其有内部结构，有些粒子实验显示具有明显的内部结构。看来这些粒子并不属于同一层次，因此基本粒子一词已成为历史，如今统称为粒子。粒子并不是像中子、质子等实际存在的具体的物质，而是它们的统称，是一种模型理念。词条详细介绍了电子、原子核、介子、夸克、轻子、强子族等粒子。1

相关研究高分辨率的X光照相设备（如美国的FXR DARHT，法国的AIRIX等）都要求将数千安培的强流脉冲电子束经过传输聚焦后打击到高原子序数材料（称为轫致辐射转换靶）上产生毫米量级的焦斑；焦斑越小产生X光照相分辨效果就越好。击靶时的电子束流可一般在2~4kA，能量在10~20MeV。当这些高密度分布的电子束撞击到轫致转换靶上时，由于能量转换使得靶表面瞬间可达到很高的温度，靶表面物质（包括杂质等）被汽化电离，产生离子，这些离子一般包括质子、碳离子等，并在靶表面形成等离子体层。由于电子束在靶前产生的空间电荷场的作用，离子从靶面被拉出，沿着与电子束运动相反的方向前进，这些离子被称为回流离子。回流离子逆向运动，形成离子通道，它对电子束有聚焦作用，使得电子束被过聚焦，焦距变短，导致电子束在靶前会聚，使得电子束打击到轫致辐射转换靶上的焦斑变大，而且由于回流离子随时间变化，焦斑也在不断变化，对X光成像的分辨率造成破坏，最终影响X光照相效果。因为不同离子的质量、速度等的不同，对电子束的聚焦影响也就不相同。2

应用21世纪，武器的发展已经进入原子和分子世界，核武器就是应用了原子理论。原子物质中央的质子带正电，电子带负电，中子是中性的。被称为粒子的物质是指电子、质子、中子和其它带正、负电的离子。粒子只有被加速到光速才能作为武器使用。粒子束发射到空间，可熔化或破坏目标，而且在命中目标后，还会发生二次磁场作用，对目标进行破坏。

粒子束武器发射出高能定向强流、接近光速的亚原子束（带电粒子束和中性粒子束），以巨大的动能击毁卫星和来袭的洲际弹道导弹。即使不能直接摧毁核弹头，粒子束产生的强大电磁场脉冲热也会把导弹的电子设备烧毁，或利用目标周围发生的γ射线和X射线使目标的电子设备失效或受到破坏。带电粒子束武器通常在大气层内使用。中性粒子束武器在大气层外使用，主要用于拦截助推段和中段飞行的洲际弹道导弹。

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学