1. 개요
Ion Cannon전하(電荷)를 띠고 있는 입자를 발사하는 입자병기. 주로 전자나 가벼운 이온화 수소 가스의 양성자를 기반으로 생성한 하전입자(荷電粒子)를 쏘는 형태로 작동하며, 다양한 분자들도 이온 빔으로 만들 수 있다. 전자를 쏘는 장치는 가속계통이 짧은 편이지만, 하전입자를 발사하는 장치는 가속계통의 크기가 커서 그 부분을 따로 입자가속기로 분리해서 만든다. LHC 같은 입자가속기도 주로 강력한 양성자 빔을 만들기 위한 시설이라 볼 수 있다. SF에나 나올것 같지만 실제로 있는 도구로 비슷한 예로는 플라즈마 절단기, 초음파 절단기가 있다.
2. 군용 병기
목표물의 구성 입자를 향해서 질량이 적은 하전입자를 아광속으로 날린다. 발사체가 지닌 운동에너지는 크고 운동량은 대단히 적어서 반동 제어는 쉽지만, 운동 역학적인 의미로 장갑을 관통하거나 찌그러뜨리려면 운동에너지와 운동량이 많아야 하기에 목표를 천천히 밀어내는 것이 한계다. 그 대신 이온 캐논은 질량이 있는 입자를 목표물의 입자에 때려서 당구치듯이 더 활발하게 만든다. 이로 인해서 목표물의 구성 입자가 지닌 운동에너지가 증가하고 분자 간 결합 등의 구조가 스스로 붕괴한다. 즉, 입자의 운동에너지로 피격 지점에 엄청난 고열을 일으켜서 강갑을 녹이고 관통하고 절단한다. 아광속으로 이동하는 동안 공기 입자를 가열해서 일대를 플라즈마가 되는 부가 효과도 얻는다. 광학 병기처럼 빛으로 목표의 입자를 데우는 것이 아니라 광학적인 반사로는 못 막는다.전하가 있어서 배틀테크나 스타워즈처럼 피탄된 전자기기를 고장 낼 수도 있지만, 자기장이 있으면 조준이 어렵다. 지구에는 상당히 강한 지구자기장이 남아 있으며 그 외에도 대기 중의 온갖 물질들이 대전 되기 때문에 지구상에서 중장거리 무기로 사용하기에는 애로사항이 꽃핀다. 그래도 입자의 크기가 비교적 작아서 조준 문제만 해결되면 대기권에서도 쏠 수 있다. 대기 중에서 사용한다면 거시적으로는 번개와 상당히 비슷할 것이다. 대신, 하전입자 빔은 이미 입자가속기 속에서 가속된 상태라서 운동량은 하전입자 빔이 월등하고, 번개는 대기의 전하를 통해 실시간으로 가속되는 중이라서 전하량은 번개 쪽이 더 높다.
플라스마 상태의 입자를 쓰진 않는다. 전자나 양성자와 같은 하전입자를 입자가속기로 가속하고 탄체로서 목표물에 충돌시킨다. 여기에 하전입자의 대표적인 예는 중성자 없이 양성자 하나만을 가진 경수소라서 플라스마를 발사하는 플라즈마 병기와는 별개의 병기이다.
이온 빔의 살상 능력과는 별개로 1978년 가속기의 이온 빔을 직접 머리에 맞은 아나톨리 부고스키(Anatoli Bugorski)라는 물리학자가 있다. 러시아의 고에너지 물리연구소에서 고장난 가속기를 체크하던 도중에 76GeV의 이온 빔을 머리에 맞았다. 부고르스키는 20~30만 뢴트겐[1]에 피폭된 것으로 추정되었으며, 그의 얼굴 왼쪽 절반은 알아볼 수 없을 정도로 부어올라 신경 파괴로 인해 완전히 마비되었고, 왼쪽 귀의 청력 역시 완전히 상실했다. 그 후 며칠 동안 피부가 벗겨지기 시작했고, 양성자 빔이 얼굴의 일부, 뼈, 그 아래의 뇌 조직을 관통한 흔적이 남았다. 의사는 그가 곧 죽을 것이라고 진단했으나 다행히 뇌의 중요부위는 다치지 않아 건강을 회복했고, 이후 입자 물리학 박사학위를 땄으며 지금까지 생존 중이다. 부고스키는 인터뷰에서 이온 빔을 맞았을 때 "1,000개의 태양보다 밝은 빛을 봤으나 고통은 없었다."고 증언했다.
역설적으로 이 사례를 보면 입자무기라는게 얼마나 실용성이 떨어지는지 알 수 있다. 76GeV의 에너지를 질량무기로 얻어맞았으면 당연히 즉사고,[2] 두부에 방사선이나 전자기파로 맞았다고 해도 살아남기 힘들었을 것이다. 대인용 무기로조차도 전자레인지만도 못한 위력을 내는 것. 이러면 일부 전하에 민감한 장비를 제외하면 장갑 표적을 상대로는 아예 무용지물이다. 사실 이건 양성자라서 위력이 약했던 편이고, 헬륨 원자핵만 됐어도 절대 무사하지는 못했을 것이다. 그러나 그만큼 대기중에서 멀리 진행하기는 어렵다.
이렇듯 이론상으로는 지향성 에너지 무기중에서는 가장 대처하기 까다롭고 효과적인 방식이지만, 문제는 입자를 아광속까지 가속시킨다는 개념 자체가 현재로서는 무기의 소형화와 경제성을 만족시키기 어렵고 만족스러운 수준의 입자 가속을 내기 위한 출력을 감당하는 문제, 빛이 아닌 입자가 대기중에서 직진성을 충분히 유지할수 있는가에 관한 문제가 산적해있다.
미국의 SDI, 일명 스타워즈 프로젝트의 일환으로 1989년 중성 수소 입자병기가 테스트된 적이 있다 PDF
3. 현실의 이온 빔
군용은 아니지만, 현실에서도 이온 빔을 사용하고 있다.- 이온 엔진
이온 빔을 내뿜어 추진력을 얻는다.
- 질량분석기
원자나 분자들을 이온 빔으로 만들어 전기 혹은 자기장을 통과시킨 다음 휘는 정도를 분석하는 장비이다.
- 의료용
이온 빔은 의학적 용도로도 쓰인다. 양성자 치료라고 하는 사이클로트론으로 가속한 양성자 빔을 질환 부위에 쏘는 치료법이 그것이다. 위의 사진은 Penn Medicine`s Roberts Proton Therapy Center의 양성자치료 장비이다.
4. 창작물
- 데드 스페이스 시리즈 - 컨택트 빔
이건 설정 상으로는 공구에 속한다.[3]
- 커맨드 앤 컨커 시리즈 - 타이베리움 세계의 이온 캐논
- 오게임
방어 시설 중 하나로 등장한다. 다른 방어 시설에 비하면 공격력이 낮은 대신 방어막 수치가 높은 특징을 지닌다. 방어막 수치는 최고급 방어 시설인 플라즈마 터렛보다도 높고 4대가 모이면 소형 방어막 하나와 같은 수준인데, 공격력은 레이저(약)의 1.5배에 불과하다.
여러모로 계륵인 방어 시설이다. 가격이 메탈 2000에 크리스탈 6000으로 크리스탈 소모량이 높은 편인데, 방어막 수치가 높다고는 하나 기본 맷집이 레이저(강)과 동급이라 체감상 터져나가는 것은 다른 방어 시설과 크게 다르지 않다. 그나마 데스스타 외의 피속사량이 없어서 이온 캐논을 섞어주는 것으로 적의 추가 공격을 막는 용도로 쓰인 적도 있으나, 이후 폭격기가 방어막을 제외한 모든 방어시설에 속사량을 지니도록 패치되면서 이쪽으로의 명목도 사실상 끊어졌다.
이후 가격이 메탈 5000에 크리스탈 3000으로 변경되어 크리스탈 부담이 줄어들고, 리퍼에게 속사량을 지니게 되도록 패치가 되었다. 다만 저 애매한 스탯은 그대로인데다가, 속사량도 이온 캐논의 기본 공격력 자체가 너무 저열해서 의미가 없는 수준이라 여전히 잘 쓰이지 않는다.
- Warhammer 40,000
타우 제국이 쓰는 차량, 항공기, 또는 궤도방어 무기까지 다양한 형태로 쓰이는 무기. 레일건보다 구리다고는 하지만 레일건과는 달리 빠른 공격 속도를 보여준다. 차량은 오로지 해머헤드 건쉽의 주포를 레일건으로 하느냐 이온 캐논으로 하느냐에 따라 능력치가 달라지며, 항공기에게는 레일건 다음가는 무장이다(기본 무장 장비는 버스트 캐논). 위력이 레일건에 비해 낮아서 척 보기에는 레일건보다 안 좋아 보이지만, 적절히 쓴다면 충분히 훌륭한 무기. 보병의 경우에도 대전차화기로서 이온 캐논을 사용할 수 있는데, 이것은 일반적인 이온 캐논과의 구분을 위해서 이온 라이플이라고 불린다. 궤도방어 무기 형태로는 Warhammer 40,000: Dawn of War - Soulstorm 세계정복 캠페인에 나오는 거대구경 이온 캐논인 아르카 행성 우주 대포가 있으며 웃기게도 타우는 이걸로 궤도폭격을 하지만 건물이나 지형지물엔 아무런 피해가 없고 오로지 유닛들에만 피해를 준다. 그 때문에 스페이스 마린은 궤도폭격 특수스킬시 타우와 겹친다고 사라져 스페이스 마린은 다른 진영과 달리 초반엔 상당히 힘들다. 그놈의 대의가 뭔지 유닛들만 죽인다.
- Homeworld 시리즈
기다란 빔의 형태로 발사되며 주로 대함 병기로 쓰인다. 게임상에서는 이온 캐논 프리깃함, 구축함, 중순양함에 이 무기를 달고 나온다. 설정에서는 이온화된 수소 입자를 입자가속기에서 발사한다는 것으로 나온다. 다만 가속기 크기가 너무 거대해서 프리깃 동체를 70%나 잡아먹는다. 매뉴얼에 보면 이 거대한 크기를 함선 안에 무장으로 때려 박을 수가 없어서 연구 끝에 척추 식으로 배치해 장갑을 둘렀다고 나온다. 즉 이온 프리깃 자체가 이온 캐논에 엔진 달고 장갑을 입힌 것(우주 자주포?) 헤일로 시리즈의 UNSC 호위함들도 이러한 형태를 따르고 있다. 이 때문인지 이온 캐논 프리깃을 보면 무장이 이온포 딸랑 하나밖에 없으며 덕분에 스카웃 한 대를 상대로 사방팔방으로 회전하는 모습이 안쓰럽다, 서포트 프리깃만 해도 스카웃 한대는 잡을 수 있건만… 다만 플레이어가 T 키(강제 사격 버튼)울 적절하게 사용하면 격추하기도 하지만… 그럴 바엔 스카웃 하나 붙여주자. 안 그래도 홈월드 설정상에도 이온 프리깃 기술을 막 얻은 카락 이민선단이 그 압도적인 화력에 뿅가죽네 하고 모든 프리깃을 이온 캐논 프리깃으로 바꿨다가 강습 함들에 탈탈 털리고 난 뒤 이온 캐논 프리깃 한 대에 어썰트 프리깃 한 대씩을 반드시 같이 붙여서 다니는 교리를 만들었다고 돼 있다. 진영마다 사용하는 입자가 달라서인지 빔 색깔이 빨간색, 파란색, 노란색 등 다양하다. 카데시 진영에서는 프리깃 절반에 몸체에 무려 이온 캐논 4개를 단 멀티 빔 프리깃이 있으며 cataclysm의 벤투시는 한술 더 떠서 전투기 크기에 이온 캐논 2개를 단 슈퍼 어콜라이트라는 유닛이있다. 덧붙여서 벤투시의 이온 캐논은 쿨타임도 없이 빔이 목표물을 파괴할 때까지 계속 나간다. 게다가 초당 공격력이 상당히 강력해서 모선을 몇 초 만에 녹일 수 있다. 홈월드2에 나오는 키퍼도 마찬가지. 다만 이쪽은 벤투시의 것보다 초당 공격력은 약하다.
- 워크래프트 3 유즈맵 카오스의 스킬
아키로, 엘딘의 궁극기로서 1.5초간의 채널링 후 광범위 지역에 큰 피해를 준다. 말 그대로 원래는 광역 피해로서의 역할을 하는 궁극기지만 스톱이온의 발견으로 특정 부분의 시야를 확보하기 위한 정찰용 스킬로도 활약하고 있다.
- 세계 정복자 3의 위성무기
이온 대포라 불리며 개발 초기에는 데미지 25에 쿨타임 10턴이라는 핵무기보다 낮은 극악의 가성비를 보이나 풀업시 데미지 550이라는 사기 무기가 된다. 게다가 이건 따로 자원을 소모하지 않는다!
- 신기동전기 건담 W의 빔 사벨(신기동전기 건담 W)
TV 애니메이션 신기동전기 건담 W 시리즈에 등장하는 모빌슈트의 무장으로 건다늄 합금을 장비한 5기의 건담들은, 건다늄의 견고함으로 제네레이터의 파워, 출력이 더욱 안정적으로 공급되어, 발생기에서 하전입자를 방출하여, 발생한 강력한 전자계 필드를 통해, 전리영역을 생성하고, 제어함으로써, 바닷속과 같은 환경속에서도 고열의 빔 병기를 사용할수 있다는 설정이다. [4]
[1] 언론에서도 자주 나오는 친숙한 단위인 시버트로 환산하면 2000~3000 Sv이다. 유효선량기준(50 mSv)의 10만~15만 배에 달하는 수준.[2] 사실 이건 전하 1개당 가진 에너지고, 몇개의 전하를 맞았느냐에 따라 다르다. 그러나 전하속이 1mA만 돼도 10만 J/s를 가볍게 넘어선다.[3] 말이 공구이지 성능과 화력은 무기와 맞먹는 수준이다.[4] 건담 시리즈는 미노프스키 입자등 가공의 입자를 통한 유사 하전입자 병기가 주력인 경우가 많지만 단순한 이온 캐논인 경우는 W가 유일하다.