Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow БЖД arrow Гражданская оборона и гражданская защита

Электромагнитный импульс

Ядерные взрывы в атмосфере и более высоких слоях приводят к возникновению мощных электромагнитных полей с длиной волны от 1 до 1000 м и более. Эти поля через кратковременное существование называют электромагнитным импульсом (EMI). EMI возникает при ядерном взрыве в военное время, в мирное время - при испытании ядерного оружия или ядерных авариях и катастрофах в атмосфере и космосе.

Основной причиной возникновения EMI длительностью менее 1 с считают взаимодействие гамма-лучей и нейтронов ядерного взрыва с атомами газов воздуха, в результате чего из них выбиваются электроны (эффект Комнтона) и хаотично разлетаются в среде положительно заряженных атомов газов. Важное значение имеет также возникновения асимметрии в распределении пространственных электрических зарядов, связанных с особенностями распространения гамма-лучей и образования электронов.

Гамма-лучи, которые выпускаются из зоны взрыва в направлении поверхности земли, поглощаются в более плотных слоях атмосферы, выбивая из атомов воздуха быстрые электроны, летящие в направлении гамма-лучей со скоростью света, а положительные ионы (остатки атомов) остаются на месте. В результате разделения и перемещения положительных и отрицательных зарядов в этой области и в зоне взрыва, а также при взаимодействии зарядов с геомагнитным полем Земли образуются элементарные и результирующие электрические и магнитные поля EMI, которые достигают поверхности земли в зоне радиусом нескольких сотен километров. Возникают сильные поперечные тока и образуется подобие большой "плоской антенны", которая излучает мощный EMI со временем нарастания порядочный 10 ное и продолжительностью более 230 НЭ; с полосой частот от 10 кГц до 100 МГц. В зависимости от высоты ядерного взрыва при прочих равных условиях меняются характер, интенсивность EMI и дальность его распространения.

При наземном и низком воздушном взрыве поражающее действие НМИ наблюдается на расстоянии нескольких километров от центра взрыва. Во время ядерного взрыва на высотах от 3 до 25 км образуется симметричное источник генерации, но радиус распространения EMI остается ограниченным вследствие сильного поглощения гамма-излучения в плотных слоях атмосферы.

Наибольшую поражающее действие имеет EMI, возникающего при екзоатмо-сферных взрыва (более 40 км). С увеличением высоты взрыва увеличивается и район источника генерации EMI, достигая в диаметре тысячи километров и толщины 20-40 км. Так, при взрыве на высоте 80 км

EMI будет распространяться на площади радиусом 960 км, а при взрыве на высоте 160 км - на площади радиусом 1400 км. Екзоатмосферний EMI характеризуется очень малым временем нарастания (несколько сот наносекунд), высокой интенсивностью электрического поля (более 50 кВ / мин) и магнитного поля (около 130 А / мин). Разряд молнии по сравнению с EMI имеет значительно большую продолжительность роста и спада (5-300 МКЭ), создает очень мощные поля (около 100 кВ / мин), несет значительно большую энергию, но спектр частот составляет около 10 МГц, тогда как для EMI он больше - 100 МГц. Пиковое значение EMI может достичь 50 000 В / мин, равной всей энергии, которая излучается в радиочастотной части спектра.

Частотные характеристики EMI и формы волн показаны на рис. 8. Поражающее действие EMI обусловлена возникновением напряжений и токов в проводниках различной длины, расположенных в воздухе, на земле.

EMI захватывают спектр частот от десятков до нескольких сотен мегагерц, то есть диапазон, в котором работают установки электроснабжения, связи и радиолокации.

Напряженность электромагнитного поля, создаваемого EMI, достигает 50 000 В / м, тогда как в радиолокации она не превышает 200 В / м, а в связи - 10 В / м.

В августе 1958 в момент заатмосферного термоядерного взрыва, проведенного США над островом Джонсон, на Гавайях, которые находятся за 1000 км от эпицентра взрыва, погас освещения на улицах. Это произошло в результате действия EMI на воздушные линии электропередач, которые сыграли роль протяженных антенн.

Размер EMI в зависимости от степени асимметрии взрыва может быть различной - от десятков до сотен киловольт на метр антенны, тогда как чувствительность обычных УДК-приемников составляет несколько десятков или сотен микровольт. Так, в случае наземного взрыва мощностью 1 Мт напряженность поля на расстоянии С км составляет около 50 кВ / м, а на расстоянии 16 км - 1 кВ / м. А в случае заатмосферного взрыва такой же мощности напряженность поля составит тысячи киловольт на метр площади в несколько тысяч квадратных километров земной поверхности.

Характеристика EMI

Рис. 8. Характеристика EMI: а - сравнение частотных характеристик: 1 - частота; 2 - EMI; 3 - средства связи; 4 - разряд атмосферного молнии 5 - радиолокаторы; 6 - сравнение форм волны: 6 - время; 7 - EMI; 8 - разряд атмосферного молнии

Время нарастания EMI до максимального составляет несколько миллиардных частиц секунды, что значительно меньше времени срабатывания известных электронных систем защиты. Это значит, что в момент прихода EMI чувствительное электронное оборудование получит очень большое перегрузки, противостоять которому оно не сможет.

Параметры EMI зависят от мощности и высоты взрыва, а также расстояния от эпицентра взрыва. При взрывах над атмосферой на высоте более 100 км мегатонного диапазона создаются EMI, которые охватывают своим действием большую территорию, много тысяч квадратных километров.

Магнитные и электрические поля EMI характеризуются напряженностью поля. В динамике импульс EMI - это быстро затухающий колеблющийся процесс с несколькими квазипивпериодамы (рис. 9).

Поражающее действие EMI в приземной области и на земле связана с аккумулированием его энергии длинными металлическими предметами, рамными и каркасными конструкциями, антеннами, линиями электропередачи и связи, в них возникают сильные наведенные токи, которые разрушают подключено электронное и прочее чувствительное оборудование. В районе действия EMI непосредственный контакт человека с токопровод ными предметами опасен.

EMI поражает радиоэлектронную и радиотехническую аппаратуру. В проводниках индуцируются высокие напряжения и токи, которые могут привести к постоянным или временным повреждений изоляции кабелей, отключение реле и прерывателей, повреждения элементов связи, магнитных запоминающих устройств в ЭВМ и системах передачи данных и тому подобное. Наиболее уязвимыми элементами оборудования являются полупроводниковые приборы - транзисторы, диоды, кремневи выпрямители, интегрирующие цепи, цифровые процессоры, управляющие и контрольные приборы. Чувствительны к повреждению EMI транзисторы звуковой частоты, переключающие транзисторы, интегрирующие цепи и др.

Изменение напруже¬ности поля электромагнитного импульса

Рис. 9. Изменение напряженности поля электромагнитного импульса:

а - начальная фаза; б - основная фаза; в - продолжительность первого квази-полпериода

Особенно чувствительными к воздействию EMI есть 6 основных групп объектов и систем:

1) системы передачи электроэнергии: воздушные ЛЭП, кабельные линии, различные виды соединительных линий и воздушная электропроводка;

2) системы производства, преобразования и накопления энергии: электростанции, генераторы постоянного и переменного тока, трансформаторы, преобразователи токов и напряжений, коммутаторы и распределительные устройства, электрические батареи и аккумуляторы, топливные, солнечные и термоэлементы;

3) системы регулирования и управления: электромеханические и электронные датчики и другие элементы автоматики, компьютерные установки, м и к ро п роцесоры;

4) системы потребления электроэнергии: электродвигатели и электромагнитные, нагревательные, холодильные, вентиляционные, осветительные установки и кондиционеры

5) системы электротяги: электроприводы, полупроводниковые и другие типы преобразователей;

6) системы радиосвязи, передачи, хранения и накопления информации: антенны, волноводы, коаксильного кабели, электронные приборы, радиопередатчики, радиоприемники, установки автономного электроснабжения, смесители, телефонные аппараты, телеграфные установки, заземлены кабели и провода, АТС.

Наиболее устойчивы к EMI вакуумные электронные приборы, которые выходят из строя при энергии 1 Дж. Величина энергии EMI зависит от ширины периода частот антенных систем.

Большинство систем связи работают в диапазоне частот от средних до ультравысоких и будут повреждены в зависимости от рабочего периода частот. Радиолокационные системы меньше повреждаются от EMI, потому что они работают в периоде частот, где плотность энергии EMI невелика. Искрение, которое возникает под воздействием высокого электрического поля EMI, может вызвать возгорание паров бензина и других налил в хранилищах.

Если ядерный взрыв произошел вблизи линии электроснабжения, связи большой протяженности, то приведенные в них напряжения могут распространяться по проводам на многие километры, повреждать аппаратуру и поражать людей, которые находятся на безопасном расстоянии относительно других поражающих факторов ядерного взрыва.

EMI опасный и при наличии прочных сооружений, рассчитанных на устойчивость против ударной волны наземного ядерного взрыва, проведенного на расстоянии нескольких сот метров.

Современный уровень знаний о природе и свойствах EMI дает возможность разработать защиту от него и принять меры защиты в которые входят схемы, устойчивые к электромагнитной интерференции, радиоэлектронные элементы устойчивы к EMI, экранирование отдельных устройств или целых электронных систем.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее