游戏。电影。动画里出现的各种电浆.粒子武器原理介绍
作者：写作资料搜集员 发布时间：2008-02-16 来源：我不知道中文网 阅读:
<何谓电浆呢?>
其实就是游离而带有电荷的气体. 在工业界的应用有电浆显示器/电浆蚀刻等.
DOOM3中的电浆枪。
电浆的形成与其工业应用
虽然宇宙空间充斥著电浆元素，且此一元素亦於现代工业中渐渐地被广泛应用，但大多数人对於「电浆」可能仍感陌生。在地球表面中，虽然电浆元素存在於闪电、极光等自然现象中，但量并不多。目前，我们所接触的电浆大多数为人工製造，比如日光灯、霓虹灯、火箭的尾气、电浆电视，以及大量的实验室和工业生產中应用的电浆系统。然而，根据估计，在宇宙中有 99％ 以上的已知物质是处於电浆态。
眾所皆知，固、液、气三态互变的过程称为「相变」，其可朝两个方向发展，其一为「对一固体继续降温」；另一则是「对一气体继续加热」。从实验结果得知，前者只会引起物质性质的变化，但是后者将使物质变成一种新的状态─「电浆态」，即为「物质的第四态」。若气体中的所有原子都被电离，就可称为「完全电离」，即成上述的「电浆」，亦称为「等离子体」，此为最严格的电浆定义。但在实际应用层面中，部分电离的气体，只要满足一定的条件，亦统称为电浆。
综合前述，產生电浆的最简单方法就是对气体进行加热使其电离形成电浆。在实验室和工业应用中，取得电浆的方法即是先把容器抽到比较高的真空状态，再充入所需的气体 (仍保持比大气压低的气压)，然后再採用「放电」或「电磁波」将气体电离。
电浆的应用
随著科学技术的发展和社会的进步，人类与电浆接触的机会越来越多，人造电浆在实验室和工业界大量出现，人类对於电浆的依赖也越来越大。电浆研究对基本物理发展很重要，同时也因被广泛地应用而呈现出更为广阔的前景。在此，本刊针对电浆在现代工业的应用例举一二。
光源的应用
实验室电浆研究始於 1830 年代时。当时法拉第（Michael Faraday, 1791-1867）成功研究出气体的辉光放电效应，并将电浆应用於大电流真空管，为电浆的工业应用打开了一扇大门。目前电浆在光源的应用，最常见的有日光灯、霓虹灯、电浆显示器，以及其他各种的电浆光源。此外，在电浆焊接、汞整流器、引燃管、火花隙等也会用到电浆。
新一代的能源来源
随著社会的发展，人类对於能源的消耗急速增加。在过去的半个世纪中，人类每年消耗的能量大约增加了十倍，以此速度，地球上的煤和石油等石化能源将会在一百年后消耗殆尽。做为下一代的能源，核能是最受重视的选择。
核能有两种，一种是「重核」(如铀 235) 裂变產生的能量。这种能量以剧烈爆炸的形式释放，就是原子弹；以可控制的、缓慢的方式释放，就是当今的核能电厂。地球上的重核资源也非常有限，大约也只够人类用一百年左右。更重要的是，裂变核能电厂產生的废料有很强的放射性，半衰期又长，对环境的影响十分严重。
另一种核能就是「轻核融合」，如一个氘核与一个氚核融合，產生一个氦核 (粒子) 和一个中子，并释放出约 18 百万电子伏特的能量。氘和氚都是氢的同位素。「核融合」能以剧烈爆炸的形式释放，就是氢弹，其威力比原子弹还强。一个氘核和一个氚核融合成一个较重的氦核而释放出能量的反应率是温度的函数，而且在绝对温度为数亿度时最大。为了实现受控核融合，我们必须将氘和氚的混合气体加热到接近这个温度，在这样的状态下，电浆就成了实现热核融合的必经之路。核融合能以可控制的缓慢方式释放，已於现在的实验室中实现，只是尚不能达到经济效益。若受控核融合电厂能实现，则可以满足人类十亿年的能源需求，可以说是最终解决了人类对洁净能源需求的问题。
军事用途
远程攻击为现代战争的一个特点，而雷达即是为了反制远程攻击所產生的。雷达的基本工作原理是向空中发射电磁波，当电磁波碰到飞行器时，雷达接收到被反射的讯号，就可发现飞行器。具备一定参数的电浆可吸收或折射一定频率范围的电磁波，因此，只要设法在飞行器周围產生一层参数合适的电浆，则敌方的雷达就探测不到飞行器，以上的技术称之「隐形」。目前，世界各国都在发展这方面的研究，并已得到一些初步的结果。此外，不少新武器的研製也与电浆密切相关。比如微波武器就倚赖於电浆波源，某些雷射武器也与电浆中的自由电子雷射有关，还有粒子束武器等也与电浆科学密不可分。
题外话：电浆可以拿来做武器吗?
在电影中我们常常看到宇宙船发出电浆炮，而在科幻射击游戏中也有电浆武器，比如Halo等等！可是在地球上真的可以用电浆做武器吗?
事实上在地球上有空气存在，如果发射出电浆，电浆就会马上跟空气反应，而没有办法射得很远罗，因此如果要拿电浆当作武器的话，必须在太空中才有可能性。
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洛仑兹力原理：电磁炮/光束切割/高周波效应/微波。。
一、电磁炮（Electric Gun）
说起电磁炮，有些人可能会想当然地以为是“发射电磁波的武器（就象《红色警报》里苏联的磁暴线圈）”。其实则不然，电磁炮实际上指的是“用电磁力（洛仑兹力）推动弹丸的武器”。由于弹丸的速度远远高于传统火炮，电磁炮除了可以用来打击军事目标外，更可以结合先进的火控系统来拦截导弹。当然，由于现实世界中的电磁炮已经接近实用，严格意义上来说已经不能算SF兵器，而是新概念兵器。
轨道炮(Rail Gun)
轨道炮，一译导轨炮，是电磁炮最常见的式样。
轨道炮由两条平行的导轨组成，弹丸夹在两条导轨之间。两轨接入电源，电流经一导轨流向弹丸再流向另一导轨产生强磁场，磁场与电流相互作用，产生强大的洛仑兹力推动弹丸，达到很高的速度（理论上可以到达亚光速，当然这是几乎不可能实现的）。
轨道炮由法国人维勒鲁伯于1920年发明。1944年，德国的汉斯勒博士研制出长2米、口径20毫米的轨道炮，能把重10克的圆柱体铝弹丸加速到1.08公里/秒；1945年他又将2门轨道炮串联起来，使炮弹速达到了1.21公里/秒。二战期间，日本也研究过感应加速式电磁炮，并把2千克的弹丸加速到335米/秒。但由于材料和电力等关键问题无法解决，电磁炮的研究陷入瓶颈。1978年，澳大利亚国立大学物理学家理查德.马歇尔和约翰巴伯等人使用5米长的轨道炮将质量3.3克的塑料弹丸以5900米/秒的高速发射成功的突破性进展。美国海军将轨道炮作为其三大重点开发项目之一，计划从2018年开始装备未来的DD(X)对陆攻击驱逐舰。
在《GUNDAM SEED》中，轨道炮是一种普及兵器，从地球军的坦克到自由高达，很多兵器都装备了轨道炮。《机甲战记.龙骑兵》中更是把速射式轨道炮作为几乎所有Metal Armor（片中的人形兵器）的标准武装……但奇怪的是发射效果却怎么看都像普通的机关枪……
线圈炮（Coil Gun）
1831年，英国科学法拉第发现了电磁感应现象以后，各国军事专家深受启发，随即考虑利用电磁力发射物体的原理来制造武器。最早研究的电磁炮的是线圈炮，也称高斯炮（Gauss Gun）。线圈炮的工作原理是：炮管由许多个同轴同口径线圈构成，炮弹上嵌有线圈。当向炮管的第一个线圈输送强电流时形成磁场，炮弹上的线圈感应产生电流，磁场与感应电流相互作用，推动炮弹前进；当炮弹到达第二个线圈时，向第二个线圈供电，又推动炮弹前进，然后经常第三个、第四个线圈……直至最后一个线圈，逐级把炮弹加速到很高的速度。
线圈炮的优点是炮弹与炮管（线圈）间没有摩擦，能发射较重的 炮弹，电能转换成动能的效率较高，但供电比较复杂。1845年已有人用线圈炮将金属棒抛射出约20米；1898年美国一位发明者断言线圈炮可将炮弹射出230公里。但同样由于技术上无法突破的瓶颈，使线圈炮的开发陷入停滞。而进入20世纪以后，结构简单的轨道炮逐渐成为电磁炮研究的主流。
日本作品中的电磁炮基本上是清一色的轨道式、只有《EVA》中曾出现过线圈加速机枪。但在一些欧美游戏中则常常能看到它的身影：例如《星际争霸(StarCraft)》中人族的机枪兵用的就是高斯步枪（Gauss Rifle）。此外高桥良辅的《饿沙罗鬼》中曾出现一种原理不明的“电磁加农炮（ElectricMagnetic Cannon）”，从外观来看有可能也是线圈炮。
质量加速器（Mass Driver）
严格说来，质量加速器并不是兵器，它原本是一种利用电磁投射原理开发的航天运输器械。简单地说，这是一座巨大的多段轨道炮，以洛仑兹力将航天载具逐级加速到第一宇宙速度，再由卫星轨道上的人员进行回收。这与传统的火箭运载相比，不但高效，而且还廉价。
《机甲战记.龙骑兵》中，基卡诺斯帝国曾用月面上的质量加速器向地球发射陨石（目测直径约百余米），只一击便可将一座基地从地图上抹去。而《GUNDAM SEED》中战舰使用的MS弹射轨道，也可以算是一种变相的质量加速器。
此外，电磁兵器还包括电热炮（Electro Thermal Gun）和电热化学炮（Electro Thermal Chemical Gun）等亚种，但在ACG作品中基本没出现过，这里就略过不提了。
二、定向能武器（Direction Energy Weapon）
定向能武器是在很小立体角内定向传输能量来打击目标的武器，主要包括激光武器、高功率微波武器和粒子束武器等。与电磁炮同样，定向能武器也正在逐步由SF兵器转变为新概念兵器。
激光（Laser Beam）
激光武器可利用强大的定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效。其优点在于弹道速度快（光速嘛）、精度高、弹药价格低廉且易于补充等。缺点是威力会随射击距离递减，在大气内衰减现象尤其严重。
根据能量强弱，激光武器可分为强激光器和弱激光器。强激光器又称高能激光武器，可利用高亮度强激光束携带的巨大能量摧毁或杀伤敌方目标。1997年10月，美国以中红外线化学激光炮两次击中在轨道上运行的废弃卫星，宣告秘密试验战略激光武器完满成功。弱激光器则主要用于干扰和致盲较近距离的光电传感器，以及攻击人眼和一些增强型观测设备。俄罗斯特种兵在车臣战争中用此低能激光武器制使武装匪徒瞬间致瘫，被劫持的绑有手榴弹的女记者成功被救，这是激光武器首次用于实战。
作为最传统的新概念武器，自《大战火星人》的死光起，激光武器在各种SF作品中的登场可谓不计其数。大到《GUNDAM》系列中口径数km的卫星激光炮（Solar Ray / Colony Laser），小到《银河英雄传说》中的脉冲步枪；可以说有SF的地方就少不了激光武器的身影。
粒子光束（Particle Beam）
粒子光束通常与激光武器统称为光束兵器（Beam Weapon）。这是因为发射出来的粒子团可以达到亚光速或光速，而且高能粒子束会与大气分子撞击产生漂亮的光束。不过粒子炮在宇宙中并不会产生光束效果，对于动画片中那些五颜六色的BEAM……唉，大家就当是艺术加工吧。
粒子武器的基本原理是利用磁场将粒子团加速、集束后发射，利用粒子团高速撞击产生的能量以及二次磁场作用将目标瞬间蒸发。由于是分子层面上的上海，因此对于粒子武器来说，单纯的实体装甲基本上是没有意义的。比起激光武器，粒子武器的威力要大得多，而且可以随时调整质量与弹道速度。但缺点在于粒子加速器体积巨大难以携带，采用环状加速器虽然可以缩减体积，但加速轨道的切线又会产生致命的辐射……因此除了拥有无敌的米诺夫斯基物理学的GUNDAM世界外，粒子武器一般只有战舰才用得起。
粒子武器的分类十分庞杂，基本上可以分为带电的荷电粒子炮（Electron Beam）和不带电的中性粒子炮（Neutral Particle Beam）两大类：
荷电粒子炮（Charged Particle Beam）
荷电粒子炮发射的是带有电荷的粒子团，视种类的不同正电荷或是负电荷都有可能。一般使用线性铁氧体磁场感应加速器来产生高速电子束，绝对速度为每秒30万公里。俄美研制的地基粒子加速器均为质子加速器，其基本原理是：首先把电子束发生器产生的电子进行加速，然后在高频振荡装置上振动，再在离子发生装置上把进来的质子用电子包围起来，使其进入离子加速装置进行加速，质子因接收能量而加速。在接近出口时，把电子去掉，利用磁场使之变成尖锐的高能定向束流，随后把质子束向空间发射出去。
其优点是构造简单易于生产，此外粒子团携带的电荷会对目标的电路产生一定的附加伤害。但缺点是荷电粒子团本身的粒子互斥会使粒子团迅速扩散，造成射程降低和威力扩散。此外粒子团也很容易受磁场的影响而偏转，在具有高磁场的星球周围使用时会增加弹道解析的难度。有些SF作品中能用“电磁防壁”之类挡住的粒子炮应该多属此类。
比较有名的荷电粒子炮，要数《EVA》中第五使徒Ramiel的加粒子炮（Acceleration Beam）。片中可以明显看出加粒子炮与初号机的阳电子炮相互干涉后的弹道偏转现象。
中性粒子炮（Neutral Particle Beam）
与粒子团带电的荷电粒子炮相对的，是粒子团不带电的中性粒子炮。由于弹药是用中性粒子，因此没有弹道受磁场影响而偏转的问题，也没有荷电粒子炮的互斥问题，使威力随距离下降的扩散效应也几乎不会发生。
中性粒子炮的原理为利用对原子进行加速的方法制造出中性粒子（中子、光子等），然后聚集成高能定向束流，以亚光速发射出去，击毁目标或使其失效。
《银河英雄传说》中，帝国与同盟的舰载/要塞炮多为中子光束炮（Neutron Beam），间或有荷电粒子炮及激光炮。著名的巨炮“雷神之槌”便是一门巨大的中子光束炮。
此外值得一提的是在游戏《钢铁之咆哮2》中出现的“中微子光束炮（Neutrinos Beam）”。中微子是现今知道的穿透力最强的粒子，无论是铅还是混凝土，对于中微子来说都像空气一样可以轻易穿透。因此游戏中的中微子光束炮是一种攻击力0、“对自己对敌人对地球都有好处”的搞笑武器。由于中微子只参与弱交互作用，与质子、电子等一般粒子很难产生关系，因此很难测量得到。“我假设了一种粒子的存在，但这种粒子却无法测量出来！”物理学家W•泡利（W Pauli）这样说。
电浆炮（Plasma Beam）
电浆炮属于中性粒子炮的亚种（按照大陆的译法应该叫“等离子炮”，但笔者个人认为“电浆”更好听一些）。等离子体是继固体、液体、气体之后的第四中物质形态。由于等离子体本身的温度可达数百万至数千万度，任何物质在其面前也会被瞬间蒸发（生物则会瞬间碳化，参阅刘慈欣《球状闪电》），因此其破坏力相当惊人。但问题在于，利用托卡马克装置（苏联科学家在60年代发明的环形磁约束受控核聚变实验装置）固然可以产生等离子体，其中包含带正电、负电的粒子，有时还有少数的中性粒子。用磁场加以约束时，不仅不同电性粒子的运动方向不同，带电粒子的轨迹也会因粒子间库仑力作用及相互的碰撞而变得不稳定，所以若想把等离子体“发射”出来，射出的粒子只会像放烟火一样地四散逃逸，而且等离子体的能量越高，这种现象就越严重，因此电浆的武器化运用十分困难。
《星河战队》中的P虫使用一种高耐热粘液泡将电浆包裹后投出，效果类似榴散弹或烧夷弹；而《SEED》竟然可以把电浆像激光一样笔直地发射出去，实在是令笔者对创作群的没常识感叹不已。
MEGA粒子炮（Mega Particle Beam）
《GUNDAM》系列中的招牌武器之一，一译米加粒子炮。这是一种应用了米诺夫斯基物理学的新型粒子炮，于宇宙世纪0068年被发明，迅速替代了旧式的荷电粒子炮。
MEGA粒子炮发射的是一种被称为MEGA粒子的特殊粒子团。机械首先用能量冷凝器从核融合炉里聚集米诺夫斯基粒子，然后以高密度的I力场将它们压缩成MEGA粒子。之后在磁力束带的收束下，以激光为载体将MEGA粒子团发射出去（所以在宇宙中也可以看到MEGA粒子炮发射的光束），其威力是同功率激光的约4倍。
但与其他的粒子炮一样，MEGA粒子炮也存在体积巨大这一致命缺点，因此同样也只能搭载在战舰级的作战单位上。为了弥补这一缺陷，地球联邦的技术人员开发出了一种名为E-CAP（能量容器）的装置。这项革命性的发明可以将米洛夫斯基粒子以高能量状态压缩储存，只需要再提供很少一点能量来激发MEGA粒子即可发射。E-CAP由机动战士基地或母舰中的能量冷凝器进行补给，简单地说便是一个粒子电池。地球联邦军基于这项技术开发了MS用的光束来复枪，之后又开发出了改良型、可随时更换的E-PACK（能量弹夹），使光束兵器成了MS的标准武装。
诱导光束炮（Homing Beam）
说实话，这是一种用现代科学几乎无法解释的技术--也就是“会转弯的光束武器”。
如果说《MACROSS》里天顶星战舰那种诱导光束炮还能理解为通过磁场令荷电粒子炮转向，那么《飞越巅峰》中的“诱导激光（Homing Laser）”便已经完全背离物理法则了--如果是利用高重力场令光束屈曲的话，那么直接用这个能令光线屈曲的重力场（那几乎就是黑洞了，详见“重力兵器”词条）攻击不好吗？
至于《SEED》中禁断高达的诱导电浆炮（！）……那根本就是匪夷所思的东西……不提了。
微波兵器（Microwave Weapon）
一般来说，微波属于非杀伤性武器。由于微波特有的高穿透性，它一方面可以使目标的电子设备发生故障，另一方面也可以迅速加热生物细胞中的水分令其烫伤--微波炉就是这个原理。在《V GUNDAM》中就有利用空间站的微波供电装置令敌人丧失战斗力的情节。
但是，当有需要时，微波一样可以成为致命的杀人武器--对、便是那著名的创世纪炮（Genesis）。
创世纪炮的原理，是将核弹引爆后的射线进行两次反射后集束射出。其中即包含高热辐射，也有致命的γ射线。γ射线可以穿透绝大多数的物质，当人体被高能量的γ射线穿透时，全身水分会瞬间沸腾、蒸发致死。不过《SEED》中人体如同中了北斗神拳般瞬间爆炸的效果未免太夸张了，制作群的创作功夫实在让人无话可说。
电磁脉冲（ElectroMagnetic Pulse）
电磁脉冲炸弹，简称EMP，是一种专门针对电子设备的非杀伤性武器。它可以在十亿分之一秒的瞬间放射出数十亿瓦威力的微波，将攻击半径内的电子设备烧毁。高强度电磁脉冲对电子设备的独特破坏力，是美国进行核试验时无意发现的。1962年7月，美军在太平洋中部的约翰斯顿岛进行了一次代号为“海盘车”的高空核试验，结果这次140万吨TNT当量的核试验，竟造成1400千米之外的夏威夷檀香山地区的供电网发生跳闸，连高压线的避雷装置都被全部烧毁。
《SEED》中，ZAFT军进攻巴拿马基地时，就曾使用EMP炸弹“冈古尼尔”令地球联合军部队失去战斗力；《MATRIX》中，EMP则是人类对抗机械的最后武器，不到关键时刻决不动用。
除此以外，神秘的ACG世界里还有许多难以理解甚至背离物理定律的诡异定向能兵器，如什么破坏光线冷冻光线牵引光线重力遮断光线素粒子分解光线猫光线蟹光线茄子光线……或者干脆就叫怪光线的……这些东西大家知道就好，不必深究，不然脑子会坏掉的。
