粒子束爆炸

高空核爆炸時發出的強烈的X射線、激光武器和粒子束武器發射的強激光束以及其他多種強粒子束的破壞效應，均與粒子束爆炸現象密切相關。研究粒子束爆炸最初是為了研究高空核爆炸效應和用強電子束在實驗室內模擬核爆炸效應。粒子束輻照固體能激起應力波，所以這種爆炸也是進行動態高壓實驗的一類新型加載方法（見動態超高壓技術），其中以利用強激光束的方法較為常見。

粒子束爆炸一般經歷能量沉積階段和應力波引起的局部破壞階段；如果材料受粒子束輻照並一直承受其他載荷的作用，則還會有破壞擴展階段：

①能量沉積階段　粒子束能量被固體表面吸收的過程。不同種類粒子與材料的相互作用機理不同，能量沉積情況也不同：電子和X射線能穿入固體內部,因而沉積較深，粒子在輸運過程中與固體發生多種相互作用，結果粒子束的能量轉化為固體的內能，使能量沉積區域中的應力迅速增加，於是激起壓縮應力波向固體更深部傳播；紅外激光通常不能透射到不透明的固體內部，能量沉積範圍限於表面一淺層，單靠這種作用，轉化成應力波的能量不多，但固體表面温度升高後，可被燒蝕掉一層，燒蝕蒸氣高速噴出時，由於動量守恆，將有反衝壓力施加到固體表面，此反衝作用可激起壓縮應力波向固體的深部傳播;能量密度很高的激光束輻照固體表面,固體表面燒蝕蒸氣和附近空氣會因高温而電離成等離子體，等離子體強烈吸收入射激光，屏蔽了固體，使激光能量不能直接沉積到固體上，但等離子體吸收激光後，有可能形成激光支持的爆轟波（見爆轟），爆轟波陣面後方的高壓力將作用到固體表面而激起壓縮應力波，這種過程稱為二次能量沉積。

②應力波引起的局部破壞階段　由粒子束照射激起的應力波在固體內傳播，能使固體損傷而斷裂。最常見的現象是壓縮應力波傳播到固體的後自由表面時發生反射，在適當條件下，反射波與後續的入射波相互作用後會形成負壓區，使固體受到拉伸。如果拉應力足夠強而且持續一段時間，在此負壓區會發生層裂，材料的被輻照部位會出現局部動態斷裂破壞。

③破壞擴展階段　受粒子束輻照時，若材料還一直承受有其他載荷的作用，則可能在已形成的局部破壞區域引起足夠強的應力集中，並導致更大範圍的破壞。

第②、③階段與通常爆炸時固體材料的破壞過程相似，第①階段則是粒子束爆炸所特有的。 ^[1]