这似乎是一个已经被提出来四年的陈年老问，至今没有回答，可见「粒子束武器」在目前来看，有多么的「不靠谱」。下面我大概聊一下这种「武器」在实战化时所要面临的问题。以及公开资料中，鹰酱在粒子束武器上的探索。
说到粒子束武器实战化，基本上绕不开下面这几个问题：
- 粒子束流在大气中传输时的能量损失。
- 粒子束流在传输过程中的扩散问题。
- 天基粒子束武器，如何做到高能粒子加速器的小型化。
与外太空的环境不同，地表的大气层是很致密的存在。这将使得 粒子束会在输送的过程中，损失很大的能量。 以高能质子为例，目前经人类加速后达到的最高能量质子，为欧洲核子中心 (CERN)的大型强子对撞机 (LHC)中的7TeV的质子。我在回答某位知友提问时，曾经用蒙卡模拟，估算出了这种能量的质子，在大气中能「走多远」。
可以看到，这7TeV质子所含的能量，相当一部分在前10公里内，就已经消耗掉了。模拟中，只有部分次级粒子携带着所剩不多的能量，穿透80公里长的空气柱。也就是说，如果使用的是质子束武器，想使其达到远程的毁伤效果，既不经济，也不可靠。其他中性粒子在大气中，同样会因为与空气发生核反应，而发生散射，次级粒子电离等现象，从而消耗大部分能量。
当然，模拟和实际情况还是有较大的差别的。 在上面的模拟中，高能粒子是一粒一粒地从加速器中射出的。而 实际情况中，粒子是以一簇簇的束流 (脉冲)的形式，从加速器中输出的。 所以人们会猜测，高流强的粒子束能否驱散传输过程中遇到的空气分子，在宏观上「轰出」一条通道来。就如同闪电所形成的等离子通道附近，因为空气膨胀而产生的冲击波（见下图）。知友 @喻晓 曾跟我提起过， 高流强短脉冲粒子束也会引起周边空气的膨胀，产生冲击波 。但目前为止，我依然不是很清楚，这是否可以有效降低粒子束在空气中的能量损失。
另外，在【Effects of Directed Energy Weapons [1] 】一书中，作者Philip E. Nielsen对带电粒子束流， 与空气发生反应后，产生「电中和」的现象 (束流中和) 进行了介绍（见下图）。当带电粒子束被（与空气相互作用）产生的异电荷粒子包围时，会有效约束粒子束的宽度，减少带电粒子束的扩散问题。然而，这一现象的持续时间和粒子束本身的性质有很大的关系，如何在大气中稳定地传输带电粒子，始终是陆基粒子束武器所要解决的一大难题。
与大气层内的情况不同， 外太空近似真空的环境，使得粒子束传输过程中的能量损耗可以忽略 。也正因如此，天基粒子束武器成为了较为可靠的设想。在高能物理实验中，带电粒子束流可以通过磁约束，在接近真空的管道内有效地传输。但如果是粒子束武器的话，在带电粒子束流脱离加速器的那一刻起，同性粒子间排斥所引起的束流扩散，将会变得无法避免。也正因此， 目前主流的天基粒子束武器概念，都采用了中性粒子束。 不过，需要说明的是：中性粒子束武器内的粒子，一开始是带电荷的，比如说氢负离子 (H-)。在通过电位差加速结束后，再经由「中性剂」 (比如氙气)来剥离掉额外的电子，成为电中性粒子。
但是，天基粒子束武器却也面临这另一个大问题： 如何在确保粒子能量足够高的情况下，降低粒子加速器的重量和尺寸？ 以技术先进，却始终在路上的国际直线对撞机 (ILC) [2] 为例，其直线加速器部分，长度约为370米。其中设备，包括磁约束所需的超导磁铁在内，重量更是相当可观。这使得此种超高能加速器 (TeV Level)，很难作为天基粒子束武器被送上天。
当然， 能量较低的加速器，尺寸确实不大 。以医用质子加速器为例 [3] ：IBA的质子加速器，质子束能量在几十个MeV，加速器直径可以减小到2.5米，重量可以缩减到45吨。这么看来，SpaceX的猎鹰重型运载火箭，一次就可以把它打上天。 只是这种加速器的粒子束能量和束流强度，很难作为武器应用在实战中。
从目前我所知道的，公开的资料来看 [4] ，鹰酱曾在1989年7月13日 (哎呦，我爱人第二天出生！)， 进行了代号为「熊」(BEAR)的粒子束太空试验。 BEAR的全称为「BEAM Experiment Aboard Rocket」，也就是粒子束上箭试验。在此次试验中，探空火箭所搭载的加速器，在海拔200公里的外层空间，进行了低能中性氢原子束的「试射」。
在本次试验中，初始能量约为30keV的负氢离子，在经过射频四极场加速后，达到1MeV的动能。之后经由氙气室剥离电子，成为1MeV动能的中性氢原子束，进入外层空间。此次试验的结果，证明了其中的加速器技术可以适应外太空的环境。试验过程中并未发现意料之外的物理现象，低能中性粒子束在试验期间的表现 (比如真空中的束流发散)，也验证了理论的推断。
彼时的美国媒体，对此次试验报道的标题写得非常直接： 【「星球大战」粒子束武器成功进行太空试验】 (‘Star Wars’ Beam Weapon Has Successful Space Test) 。
下图是我在1990年的公开资料里找到的， 鹰酱「星球大战计划」中，某款天基中性粒子束武器提案 。可以看到， 其中的技术及设计方案，正是BEAR太空试验上所验证的 。唯一的区别，就是加装了转向用磁铁装置。这样一来，就可以有效地增加直线加速部分的长度，从而提高粒子束流能量至50MeV。此时，距离红色帝国的轰然倒塌，还剩一年零八个月。
然后，就没有然后了 。当竞争对手消失的时候，手中的利剑尚且要被封存，何况还处在概念阶段的武器？关于BEAR试验中，那套装置最新的消息，是在 2006年时，它被人们从Los Alamos转移到了华盛顿特区的美国国家航空航天博物馆。
不过，就在今年三月份的一篇文章中 [5] 提到，五角大楼计划继续天基中性粒子束武器的研发，并计划在2023年进行轨道测试：
The U.S. Department of Defense wants to test a directed energy weapon in space, one that it hopes will someday destroy ballistic missiles moments after launch. The weapon, a so-called neutral particle beam, would be boosted into space and tested from orbit in 2023.评论区的知友 @张子立 也补充了一个信息：
去年美国设立了上千万美元的天基粒子束武器项目（主要是用负氢），咱们猜测应该是美国有什么技术突破了。
显然，随着美国新对手的出现，粒子束武器再次进入了鹰酱的视野。我们需要对此保持关注，坚持摸着鹰酱过河的优良传统。
参考
- ^ Effects of Directed Energy Weapons http://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=bbb94e187c5dad0001d9fc7adca13871&site=xueshu_se
- ^ International Linear Collider https://en.wikipedia.org/wiki/International_Linear_Collider
- ^ Proton therapy goes slimline https://physicsworld.com/a/proton-therapy-goes-slimline/
- ^ A LINEAR ACCELERATOR IN SPACE https://www.thedrive.com/the-war-zone/27039/budget-docs-show-pentagon-aims-to-loft-particle-beam-anti-missile-weapon-into-space-in-four-years
- ^ The Pentagon Wants to Test a Space-Based 'Particle Beam' by 2023 https://www.popularmechanics.com/military/weapons/a26858944/pentagon-particle-beam-space-2023/
