超级机器：脉冲加速与世界最大伽马射线装置

伤我心太深

腾讯科技讯（Everett/编译）据国外媒体报道，位于新墨西哥州阿尔伯克基的桑迪亚国家实验室，土星加速器，该脉冲能量源在实验期间传递的硬辐射达到了一个新的里程碑。加速器产生的闪电状电弧在不同的水相与金属相之间的界面，这意味着整台加速器的水绝缘效果是非常有效的，相对于加速器的电脉冲，其运行路径由加速器的外围通向它的中心。桑迪亚国家实验室的两台功率强大的脉冲能源机器，用途是测试核武器，达到了桑迪亚国家实验室历史上多个里程碑，比如：土星加速器和HERMES III加速器各达到了数千次点火记录。

墨西哥州桑迪亚国家实验室的土星加速器

桑迪亚国家实验室的土星加速器，原计划持续运作周期为5到10年，并于1987年开始正式操作。其主要的功能是产生X射线，而这里指的X射线是模拟由原子弹爆炸产生，以测试这种条件下对电子设备和其他材料的保护能力，也就是模拟的核战背景下，对战场人员以及装备的X射线防护。除了模拟核武器的爆炸条件外，土星加速器还是一个核物理研究的试验平台，科学家可以通过计算机，将需要模拟的条件输入，加速器可以按预先设定的程序，模拟需要的物理环境。该加速器最大使用频率是每天进行两次点火，由于这些特点，使得土星加速器成为一个非常优秀的核物理环境模拟装置以及强大的数据源。

HERMES（High-Energy Radiation Megavolt Electron Source）加速器全称为高能辐射百万伏特电子源，属于感应叠加型加速器，其可将电子束流加速高极高速度，每天可以进行六至八次点火试验，主要功能是用于试验伽马射线辐射对电子设备以及军事硬件的影响，这里所指的伽马射线辐射同样也是特指核武器爆炸所产生的伽马射线当量，模拟核武器爆炸辐射对电子设备以及军事系统的影响。该加速器首次点火于1988年，到目前为止，其仍然是世界上最大的短脉冲伽马射线发生器。

据桑迪亚国家实验室负责人雷托马斯（Ray Thomas）介绍：维持该实验室中的超级加速装置的正常运转不仅体现了研究人员和管理人员的聪明才智，也是他们奉献的证明。而土星加速器则是桑迪亚国家实验室“Z机器”的前身，其在当时填补了许多空白。虽然土星加速器全功率运作是只有Z机器的三分之一，但是土星加速器能在特定的电压和电流强度下加速电子，这些物理环境可以使测试材料处于硬X射线的条件下。

“Z机器”可简称为“Z机”，以桑迪亚国家实验室为代表的超级机器，主要研究的热核反应，比如，氢弹。其不仅可以帮助科学家寻找未来能源的解决方案，产生高能X射线脉冲，实现实验室聚变点火，还可以用于核武器初级流体动力学试验，比如闪光X光成像就是直线感应加速器的应用方向。其温度可达20亿度以上，最新的热核试验，温度可达30亿度以上，当然，这种温度都必须用磁场来约束。

在二十一年前，土星加速器的一次举世瞩目实验证明了其应有的价值，当时的实验中，科学家设置的首次金属导线阵列测试，将数百万安培脉冲电流在纳秒级的时间条件下，通过数个导线，而每个导线比人类的头发丝还要细。而本次成功的金属导线阵列测试使得在该研究成果被安装在更强大的Z机器上。而该实验之所以让全世界都为之惊讶，是因为实验的衍生成果可以导致新的能源提取方式的诞生，即我们可用潜在的，且可靠的方法利用海水而创造电力，而海水则是世界上最大的天然资源。

对于HERMES加速器的研究人员而言，这是一台迄今为止世界上最强大的伽马射线发生器。目前，在桑迪亚国家实验室中，由于该实验室担负着美国核武器的模拟实验，HERMES加速器和土星加速器都处于待机状态，可以为相关的科研人员提供立即测试服务。

在早期的测试中，由于加速器需要强大的电流供应，洪水一样的电流强度使得实验室的保险丝乃至电线都被烧掉。但是，强大的磁场必然需要对应着强大的电流，在强大的电流作用下，可引导来自短路导线而产生的离子，并使得它们一很大的速度拉拢在一起。当这些离子进行自由运动的时候，它们会突然停下来，并且将沿着加速器中磁场枢纽的两条相互垂直的轴运动。而这些离子在运动中被突然遏制住，将导致它们释放出X射线能量，这就类似于汽车的轮胎刹车装置在突然刹车的时候放出热量的原理是一致的。

这个工作原理从几何学上的角度看，其被称为Z箍缩（z-pinch），通过这个方法可以使X射线的能量输出以一种不同寻常的方式进行，比以前的X射线能量输出要高出许多。早期的Z箍缩主要使用强电流通过氘气体，使之引发聚变反应，在这个过程中，磁场将电离后的等离子气体沿电流路径紧致到超高温和超密度，其中的电流路径就是Z轴，所以我们将其称为Z箍缩。同时，科学家将这些释放的X射线能量在进一步压缩到一个胶囊大小的氢容器中，通过压缩融合，可以释放出更加巨大的能量，最终这个方法可以用来驱动一个发电厂，而且只需要非常少得燃料。这个就是桑迪亚国家实验室关于新能量源的应用前景。

不同于土星加速器和Z机器，模块的构成一般类似于圆形的样式，酷似一个车轮的外形，这也是大多数加速装置的轮廓，加速装置中的电力传输线类似于辐射条纹，环绕在加速器周围。HERMES加速器使用了20个电感隔离模块，用于耦合加速器的电力传输线路。整个装置如果需要进行一个类比，其大小可以想象为一辆较短的地铁列车厢。在加速器工作的时候，每个模块的输出电压都会进行一系列的补充，这就是加速器能获得非常高的电压的原因。而整个土星加速器的室外实验设施，其大小足以容纳一辆军用坦克。

目前，桑迪亚国家实验室的研究人员正在对这两台超级加速装置进行改善，以增强他们的工作能力，使之能获得之前无法实现的X射线谱线的部分，并能使加速器达到前所未有的辐射剂量率。

宇宙乾坤

够大的，类似科幻电影中的一样