印度的秘密武器：“卡利”5000加速器

尹瑞涛

印度教中“卡利”女神的形象

卡利：女神与加速器

印度人对“卡利（Kali）”女神非常熟悉，她有着杜尔嘎女神一样的凶猛外貌。在印度教中，“卡利”是时间之神（创造、改变、保护、破坏）和力量之神。她的紫色嘴唇经常表现出血液的流动;她长牙状的牙齿下降到她的下唇上，舌头伸出外面。她经常站在她的配偶，无活动性的湿婆上面，她有时候陪伴着魔鬼：她戴着长长的人类头骨项链（几乎延伸到膝盖）。她展示出腰带上的厉害武器。儿童的尸体是耳饰（很可能是代表婴儿的自然死亡率和由某些疾病引致的儿童死亡），眼镜蛇是手镯，加在她身上的花环是极大的装饰品。她是白色和虚弱的，她的脸是天蓝色的，有黄色的斑纹，她的目光是凶恶的，她凌乱和如刚毛似的头发经常张开着，就像孔雀尾巴那样地伸展，她的手臂握着武器，或者严厉的魔鬼的头;这些物品既象征着她创造性的力量，也象征着她毁灭性的力量，因为卡利使正反感情并存的神性人格化，显示出它自身，依照印度教的传统，是生命与死亡，创造与毁灭的不断循环。“卡利”女神象征着万事万物的毁灭与消亡，是宇宙万物自然的流程的一部分。

印度国防领域就有一个以凶恶的“卡利（KALI）”命名的“撒手锏”武器——千安线性加速器（KiloAmpere Linear lngector），它是印度最大的秘密武器，是由印度国防研究发展组织（DRDO）和巴巴原子研究中心（BARC）开发的线性电子加速器，但一直处于保密状态，有关它的信息很少。

发展历程

“卡利”5000线性电子加速器项目的核心技术是脉冲功率技术。

早在1970年代，印度巴巴原子研究中心就已经启动了脉冲功率技术的研究项目，主要模拟核聚变中辐射效应，一直持续到1980年代。此后，研究方向转向于核电磁脉冲的模拟、加固和压缩。脉冲功率系统用于战略目的，可以产生高功率微波和闪光X射线。巴巴原子研究中心的科研人员创造性地开发出一系列技术和高能脉冲功率系统，这其中包括设计与发展马克斯发生器、特斯拉变压器、脉冲产生线、Blumlein纳秒发生器、快速响应开关、磁脉冲压缩、固态调节器以及相对论电子束二极管等。当初这些系统仅能够单次触发，而目前它们能够全状态运行，并且能用来产生高功率微波和闪光X射线。

脉冲功率技术的精髓是将较慢的充电脉冲转换为快速放电脉冲，从而使得峰值功率成倍增加，这可以通过多种储能技术和功率转换开关来实现。

“卡利”5000線性电子加速器

卡利项目最初是由巴巴原子研究中心当时的主任拉贾杰帕拉·奇达姆巴拉姆博士在1985年提出的，拉贾杰帕拉·奇达姆巴拉姆博士也是时任总理的科学顾问以及印度原子能委员会的主席。该项目的工作始于1989年，由巴巴原子研究中心的加速器和脉冲功率部门负责研发，负责人是P·H·Ron博士，他也是印度首款星球大战武器项目的总设计师。印度国防研究与发展组织也参与了这个项目。最初是用作工业用途，用于光束焊接。在中国和巴基斯坦看来，卡利作为一种光束武器的潜在军事作用使其成为一种威胁。

卡利系列加速器被描述为“单次短脉冲吉瓦电子加速器”，单次加速，使用充水电容器来建立充电能量。印度第一个加速器“卡利”75的功率为0.4GW，后来逐步改进，开发了一系列加速器如“卡利”80，“卡利”2000，“卡利”5000和“卡利”10000。其中“卡利”5000加速器于2004年底投入使用，功率逐渐增加，目前加速器能够达到40GW。脉冲时间约为60ns。

系统组成

“卡利”5000由以下部分组成：0-±50KV的直流电源、马克斯（MARX）发生器（1.5MV，25kJ）、电容分压器、布鲁姆莱因（Blumlein）型纳秒发生器（1MV，5kJ，60ns）、脉冲形成线、罗氏线圈、REB二极管、铅屏蔽层、高功率微波产生装置、六氟化硫火花间隙、微波测量装置、消声室、齿轮油泵、变压器油、蓖麻油、油传输系统等。预脉冲开关、充电电感、REB枪等部件上都覆盖有蓖麻油。

“卡利”5000印度官方宣传画

拉贾杰帕拉·奇达姆巴拉姆博士

马克斯发生器及输出高功率微波的波形

“卡利”5000脉冲电子束加速器的结构框图

为了产生数个GW（1G=1x10）的峰值输出功率，需要运用马克斯发生器。“卡利”5000系统使用了混合绝缘的马克斯发生器（火花间隙用气体绝缘，其余部分用绝缘油）。马克斯发生器（Marx Generator）是通过低压直流电源产生高压脉冲，通过电容并联充电再串联放电的高压装置，在负荷电容上就形成一个数百千伏到数兆伏电压的短暂脉冲波形的冲击电压。其原理是：先利用高压直流电源通过适当的电阻网络对大量的由气体火花间隙开关隔离的脉冲电容器进行并联充电，然后通过指令触发使这些火花开关快速顺序击穿，从而导致电容器迅速串联起来，把电压一层一层叠加起来，电压加倍的倍数相当于火花开关的个数，获得幅值很高的电压脉冲。为了减少充电阶段以及火花间隙开关，使用了双极充电的方式。为了控制各种输出参数，使用了加压式火花间隙，通过改变气体压强火花间隙开关来调节击穿电压。

罗氏线圈是一种原边为单匝线圈、副边为多匝线圈的无磁芯电流互感器，其布置方式是载流导体或带电粒子束流作为圆边，与无磁芯线圈弯成圆环状的弯曲中心轴线重合。

“卡利”5000摧毁导弹的效果图

六氟化硫（SF6）火花间隙开关是一种双电极放电部件，它利用绝缘容器在电极之间充六氟化硫压缩气体以提高工作电压，甚至直接暴露于大气中，开关先承受一定的高电压而呈现绝缘（高阻抗）状态，然后气体击穿形成等离子体传导通道而接通电路。六氟化硫气体是一种优良的绝缘介质，其绝缘强度较高的主要原因是，作为卤素元素的氟（F）原子对自由电子具有很强的吸附作用，是强电负性原子。因此，六氟化硫气体的放电过程由于自由电子易受吸附而较难发生，击穿电压较高。

脉冲形成线利用电压波，在一定长度和一定波阻抗的传输线上的往来反射成一定脉宽的电压脉冲，由于脉冲形成线的长度总是有限的，再长也不会超过几十米，而电压波在线上的传播速度通常与光速同一数量级，因此通过多次反射形成的电压波形很窄，一般脉宽仅几十到上百纳秒。与此同时，初级脉冲十分不规则的波形在此过程中被整形或形成更接近矩形形状的脉冲，这就是脉冲形成线的工作原理。

“卡利”5000系统中脉冲形成线应用的是布鲁姆莱茵（Blumlein）传输线，它由3个同轴圆筒组成，筒间充油或水作为绝缘介质，充油称为油线，充水则称为水线。中筒与马克斯发生器相连充电，内筒通过电感与接地的外筒连接。布鲁姆莱茵传输线可以看做是双同轴脉冲形成的，对于相同的几何尺寸，水线阻抗约为油线的1/6，电容约为油线的34倍，因此更适合低阻抗脉冲功率装置，而其储能密度则在常用液体绝缘介质中的是最高的。

“卡利”5000摧毁反坦克导弹的效果图

当脉冲形成线被充电到额定电压时，位于形成线终端的开关接通，脉冲形成线通过二极管的负载放电，放电过程也是作用于二极管上的脉冲电压的形成过程。高压脉冲加到二极管的阴、阳极之间，阴极产生强烈的爆炸式场致发射，产生电子束，该电子束在阴、阳极之间的高电场下被加速，形成相对论电子注器件所需要的强流相对论电子束。

印度科学家说，“卡利”5000加速器是一种快速打击装置，可以用作粒子束武器。它可以产生高能电子束、激光束、电磁辐射、强X射线或大功率微波。“卡利”5000可被用作微波武器，其发射的微波辐射频率在3～5GHz范围内。采用高能粒子武器在任何时间摧毁目标。

当敌方的导弹飞向印度时，“卡利”加速器会迅速发出强大的相对论电子束，摧毁目标。不像激光武器在靶标上融化成洞，它是通过破坏电子元器件而摧毁目标的。这台机器生产的巨大的微波爆炸，会瘫痪导弹或飞机上的电子系统和电脑芯片，并马上将它们击落。强流相对论性电子束的概念最初由Alfventll、Budkert等人在20世纪40～50年代提出，但是直到1960年代初期，英国原子武器研究中心（AWRE）的J.C.Martin和他领导的闪光X射线机研究小组首先运用脉冲功率技术，获得强流相对论性电子束，来产生高强度的X射线，并成功地将“二战”期间雷达上所采用的布鲁姆莱因传输线技术应用于闪光X射线照相研究，使得闪光X射线机的能量和强度都有了极大的提高，从而开创了高功率脉冲技术研究的新纪元，才使得这种强流相对论性粒子束的实际应用真正成为可能。

“卡利”5000攻击卫星作战效果图

“卡利”5000摧毁飞机的效果图

“卡利”5000產生的高能微波

“卡利”5000是由国防研究发展组织和巴巴原子研究中心开发的一种线性电子加速器。这台机器实际上产生了高能电子脉冲。机器的其它部件将电子能量转换成闪光X射线（用于超高速摄影）或微波。该项目旨在产生约100纳秒的电子脉冲，能量约为1兆伏，电流为40千安，功率为40吉瓦。由此产生的相对论性电子束（相对论性电子，指其速度接近真空中光速，因而其运动不服从牛顿方程而必须用相对论力学方程来处理的电子）将用于产生高功率微波和闪光X射线。这燃起了人们的希望，即有朝一日“卡利”5000可以用于大功率微波炮，通过软杀伤（摧毁导弹上的电子线路或芯片）摧毁来袭的导弹和飞机。据印度科学家说，高功率微波武器的“软杀伤”相比激光武器的硬杀伤（在金属上融化洞）具有显著优势。