光劍武器或可成真

在風靡全球的電影《星球大戰》中，不少人都被其中的炫酷武器「光劍」迷住了——攜帶一個劍柄，隨時抽出只需一按便可化身為光劍進入戰鬥。

近日，英國《每日郵報》報道，理論上可以製造出類似《星球大戰》中的「光劍」。不過，這對於犯罪者和受害者而言，它可能成為人類製造的最危險的武器，能汽化對方的肢體。報道稱這種危險武器可以由等離子體組成。

自然界第四種狀態的物質——等離子體

等離子體被稱為物質的第四種狀態，它不同於人們熟知的固體、液體和氣體，而是由自由電子和帶電離子作為主要成分的物質形態。氣體電離的過程可由放電或者加熱來實現，外層電子擺脫原子核的束縛成為自由電子，此時氣體就變成了攜帶正電的原子核和帶負電的電子。因為電離後的氣體中正負電荷數目相等，其本身近似呈電中性，所以被稱為等離子體。

雖然等離子體並不為普通人所熟知，但是它卻大範圍的存在自然界中，「比如火焰、閃電、極光都是等離子體，甚至熒光燈管內的氣體也都是一種等離子體。」廈門大學電子科學系副教授陳強在接受採訪時介紹道。

這種「奇特」的物質被發現於19世紀的氣體放電研究中，此後的深入研究引發了一系列突破性成果，從而使得等離子體在人類的生活中得到了廣泛的應用，如用於半導體工業、可控核聚變、納米材料製備等。現在，可以說等離子體已經和我們的生活息息相關，它使得我們的夜晚更明亮，生活更便利。

等離子劍實現尚需時日

因為被電離後，等離子體內存在活躍的正負離子，它們運動軌跡「散漫」，所以如果想讓等離子體固定為某種形狀就需要磁場的約束。「也就是說，如果想讓等離子體成為劍的形狀，就需要一個強大的磁場將其束縛其中。」陳強解釋說。

而這在現在普通應用中很難實現，「現實中最接近『光劍』的應用是利用等離子進行切割，但這種等離子體的長度只有『幾厘米』甚至『幾毫米』，距離光劍至少一米的長度尚遠。」陳強表示。

若想實現對等離子體更強有力的約束，就需要更強大的磁場。目前約束電離子體最好的方法當屬託卡馬克裝置。又被稱為「人造太陽」。它是一種通過磁約束來實現磁約束聚變的環性容器，接近太陽內部溫度的高溫等離子體被約束於容器內，從而可實現人類對聚變反應的控制。「這一裝置現在被用來進行可控核聚變發電的研究。」陳強告訴《中國科學報》記者。

人造太陽，顧名思義是人類渴望模仿太陽再創造一個太陽的「同類」，目前中國科學院等離子體物理研究所的EAST裝置可以產生5千萬攝氏度的等離子體，最長運行時間可達102 秒，要達到長久持續運行仍需克服很多科學與技術難題。因為太陽內部溫度為幾千萬攝氏度。「如果將這一裝置應用到光劍中，可能不需要使用托卡馬克中那麼強的磁場，因為光劍只需要上千度就足以置人於死地。」陳強說道。

「等離子光劍實現起來並不容易。首先它需要有強大的電源產生磁場約束等離子體，其次當劍柄隨著人的動作移動時，等離子體也必須隨之移動。而這些僅靠一個劍柄，對於目前的技術而言實現起來頗有難度。」陳強強調。

等離子應用有待開發

雖然等離子體作為武器的發展尚需時日，但是它在日常生活中的應用一直是科學家研發的重點。陳強所在的實驗室就通過等離子體實現納米材料的製備和水處理。「因為等離子體可以與水作用形成多種活性成分，如OH基體、雙氧水、臭氧等，相較於傳統的氯氣水處理方法，等離子體中因存在多種高活性成分，從而其應用效果更佳。」未來，等離子體將有更深遠的應用前景。「比如目前在研究的人造太陽，還有其殺菌的功能可以用來延長食品的保質期，甚至還可以應用於醫療的癌細胞抑制和牙齒滅菌過程中。」陳強介紹說。

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