elektromagnetische impuls. Elektromagnetische puls van een nucleaire explosie en bescherming daartegen

Dit serieuze project laat zien hoe je een puls van elektromagnetische energie van verschillende megawatts kunt genereren, die onherstelbare schade kan veroorzaken aan elektronische, computergestuurde en gevoelig voor elektromagnetische interferentie-communicatieapparatuur. Een kernexplosie veroorzaakt een soortgelijke impuls, ter bescherming ertegen elektronische apparaten er moeten speciale maatregelen worden genomen. Dit project vereist de opslag van dodelijke hoeveelheden energie en mag niet worden uitgevoerd buiten een gespecialiseerd laboratorium. Een dergelijk apparaat kan worden gebruikt om de computerbesturingssystemen van een auto uit te schakelen om de auto tot stilstand te brengen in ongebruikelijke gevallen van diefstal of als er een dronkaard rijdt.

Rijst. 25.1. Elektromagnetische pulsgenerator voor laboratorium

en een gevaarlijke bestuurder voor omringende automobilisten. Elektronische apparatuur kan worden getest met behulp van een elektronische pulsgenerator op gevoeligheid voor krachtig impulsgeluid - voor bliksem en een mogelijke nucleaire explosie (dit geldt voor militaire elektronische apparatuur).

Het project wordt hier beschreven zonder alle details te geven, alleen de hoofdcomponenten worden aangegeven. Er wordt gebruik gemaakt van een goedkope open vonkbrug, maar deze geeft slechts beperkte resultaten. Voor optimale resultaten is een vonkbrug van gas of radio-isotoop nodig die net zo effectief is in het veroorzaken van interferentie als bij een potentiële kernexplosie (Figuur 25.1).

Algemene beschrijving van het apparaat

Schokgolfgeneratoren zijn in staat gerichte akoestische of elektromagnetische energie te genereren die objecten kan vernietigen en voor medische doeleinden kan worden gebruikt, bijvoorbeeld om stenen in menselijke inwendige organen (nieren, blaas, enz.) te vernietigen. Een elektromagnetische pulsgenerator kan elektromagnetische energie genereren die gevoelige elektronica in computers en microprocessorapparatuur kan vernietigen. Niet-gereguleerde LC-circuits kunnen pulsen van verschillende gigawatt genereren door het gebruik van draadstraalapparatuur. Deze hoogenergetische pulsen - elektromagnetische pulsen (in de buitenlandse technische literatuur EMP - ElectroMagnetic Pulses) kunnen worden gebruikt om de metaalhardheid van parabolische en elliptische antennes, pieptonen en andere directionele externe effecten op objecten te testen.

Zo wordt er momenteel onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van een systeem dat een auto uitschakelt tijdens een gevaarlijke achtervolging met hoge snelheid op een persoon die een illegale handeling heeft begaan, zoals een kaper of een dronken bestuurder. Het geheim schuilt in het genereren van een impuls met voldoende energie om de elektronische besturingsprocessormodules van de auto te verbranden. Dit is veel gemakkelijker te bereiken als de auto bedekt is met plastic of glasvezel dan wanneer deze bedekt is met metaal. Metalen afscherming creëert extra problemen voor de onderzoeker die een praktisch systeem ontwikkelt. Het is mogelijk om voor dit slechte geval een apparaat te bouwen, maar het kan duur zijn en een schadelijk effect hebben op bevriende apparaten, waardoor deze ook buiten gebruik kunnen worden gesteld. Daarom zijn onderzoekers op zoek naar optimale oplossingen voor vreedzame en militaire doeleinden, het gebruik van elektromagnetische pulsen (EMP).

Doel van het project

Het doel van het project is het genereren van een piekenergiepuls voor sterktetesten van elektronische apparatuur. In het bijzonder onderzoekt dit project het gebruik van dergelijke apparaten om mensen uit te schakelen Voertuig door computerchips te vernietigen. We zullen experimenten uitvoeren met de vernietiging van de circuits van elektronische apparaten met behulp van een gerichte schokgolf.

Aandacht! Het onderste project maakt gebruik van een dodelijke elektrische energie, die, als er niet correct contact mee wordt gemaakt, een persoon onmiddellijk kan doden.

Het te assembleren hoogenergetische systeem maakt gebruik van een exploderende draad die granaatscherfachtige effecten kan veroorzaken. Systeemontlading kan de elektronica van nabijgelegen computers en andere soortgelijke apparatuur ernstig beschadigen.

Condensator C wordt in de loop van de tijd opgeladen van de stroombron naar de spanning van de stroombron. Wanneer het een spanning bereikt die overeenkomt met een bepaald niveau van opgeslagen energie, krijgt het de kans om snel te ontladen via de inductie van het resonante LC-circuit. Er wordt een krachtige, ongedempte golf gegenereerd op de natuurlijke frequentie van het resonantiecircuit en op de harmonischen ervan. De inductie L van een resonantiecircuit kan bestaan ​​uit de spoel en de inductie van de draad die erop is aangesloten, evenals de zelfinductie van de condensator, die ongeveer 20 nH bedraagt. De circuitcondensator is een energieopslag en beïnvloedt ook de resonantiefrequentie van het systeem.

Het uitzenden van een energiepuls kan worden bereikt door middel van een geleidend conisch gedeelte of een metalen structuur in de vorm van een hoorn. Sommige onderzoekers kunnen halfgolfelementen gebruiken waarbij stroom aan het midden wordt geleverd door een spoel die is verbonden met de spoel van het resonantiecircuit. Deze halfgolfantenne bestaat uit twee kwartgolfsecties afgestemd op de frequentie van een resonantiekring. Het zijn spoelen waarvan de wikkeling ongeveer even lang is als een kwartgolf. De antenne heeft twee radiaal gerichte delen evenwijdig aan de lengte of breedte van de antenne. De minimale straling vindt plaats op punten langs de as of aan de uiteinden, maar deze aanpak hebben we niet in de praktijk getest. Een gasontladingslamp zal bijvoorbeeld helderder knipperen op afstand van de bron, wat wijst op een krachtige gerichte puls van elektromagnetische energie.

Ons testpulssysteem genereert elektromagnetische pulsen van enkele megawatt (1 MW breedbandenergie), die zich voortplanten met behulp van een conische sectionele antenne, bestaande uit een parabolische reflector met een diameter van 100-800 mm. De uitlopende metalen hoorn van 25 x 25 cm zorgt ook voor enige impact. Speciaal

Rijst. 25.2. Functioneel diagram van een gepulseerde elektromagnetische generator Opmerking:

Basistheorie van de werking van het apparaat:

Het LCR-resonantiecircuit bestaat uit de componenten die in de figuur worden weergegeven. Condensator C1 wordt opgeladen vanuit de lader Gelijkstroom huidige l c. Spanning V op C1 opg*a’ ouivwrcs. verhouding:

De GAP-vonkbrug begint bij V net onder 50.000 V. Bij het starten bereikt de piekstroom:

di/dt-V/L.

De responstijd van de schakeling is een functie van 0,16 x (LC)5. Kj jhj /> "-gp c> dan i terne gaya in de inductantie van het circuit voor VaX, en de piekwaarde van de stroom leidt tot een explosie van de draad en onderbreekt deze huidige yog's (nee voordat deze de piek bereikt waarde. Het' .^sp * "*" ^ energie (LP) Via * / "-" wordt geleverd in de vorm van vrva en in jftpcxa tsl ^ htiggkuktosgo elektromagnetische straling. Piekvermogen iprmoll * tz1 op de manier die hieronder wordt beschreven en w "" ** en *gg veel megawatt!

1. Cycluslading a: dv=ldt/C.

( Geeft de laadspanning over een condensator weer als functie van de tijd, waarbij I gelijkstroom is.)

2. Opgeslagen energie in C als functie van de spanning: £=0,5CV

(Drukt energie uit in joules naarmate de spanning toeneemt.)

3. Reactietijd V* piekstroomcyclus: 1,57 (LC) 0 - 5 . ( Geeft de tijd weer voor de eerste piek van de resonantiestroom wanneer de vonkbrug begint.)

4. Piekstroom op punt V* van de cyclus: V(C/C 05 (geeft de piekstroom weer.)

5. Eerste reactie als functie van de tijd:

Ldi/dt+iR+ 1/C+ 1/CioLidt=0.

(Drukt spanning uit als functie van de tijd.)

6. Energie van de inductor in joule: E=0,5U 2 .

7. Reactie wanneer het circuit open is bij maximale stroom door L: LcPi/dt 2 +Rdi/dt+it/C=dv/dt.

Uit deze uitdrukking blijkt dat de energie van de spoel gedurende een zeer korte tijd ergens heen moet worden gestuurd, wat resulteert in een explosief veld van energie-afgifte E x B.

Een krachtige puls van vele megawatt HP en het bereik van energie<*хчастот можно получить засчет д естабилизации LCR- схемы, как показано выше. Единственным ограничивающим фактором является собственное сопротивление, которое всегда присутствует в разных формах, например: провода, пивирхнистн-лй эффект, потери в диэлектриках и переключателях и т.д- Потери могут быть минимизированы для достижения оптимальных результатов. электромагнитная волна рвадихастль должна излучаться антенной, которая можетбытъ в виде параболической тарелки микроволновой печи или настроенного их**» in >hg>; * kalf. ik ben.< г п1гч электромагнитная волна будетзависетъотгеометрии конструкции. Большая длина г* Х’бодз обеспечит лучшие характеристики magnetisch veld B, en korte aankomsten vormen in grotere mate een veld elektrisch veld E. Deze parameters zullen worden opgenomen in de interactievergelijkingen voor de stralingsefficiëntie van de antenne. De beste aanpak hier is om te experimenteren met het antenneontwerp voor optimale resultaten, waarbij je je wiskundige kennis gebruikt om de basisparameters te verbeteren. Schade aan het circuit is meestal het resultaat van een zeer hoge di/dt ("B"-veld) puls. Dit is een onderwerp voor discussie!

een condensator van 0,5 uF met lage inductie wordt in 20 seconden opgeladen met behulp van het ionenlaadapparaat dat wordt beschreven in hoofdstuk 1, Het anti-zwaartekrachtproject, en aangepast zoals weergegeven. Er kan meer worden bereikt hoge snelheid opladen met systemen met hogere stroomsterkte, die op speciale bestelling verkrijgbaar zijn voor serieuzer onderzoek op www.amasingl.com.

Er kan ook een hoogenergetische RF-puls worden gegenereerd waarbij de uitvoer van de pulsgenerator wordt gekoppeld aan een centrale gevoede halfgolfantenne van volledige grootte, afgestemd op frequenties in het bereik van 1-1,5 MHz. Het werkelijke bereik bij een frequentie van 1 MHz is meer dan 150 m. Een dergelijk bereik kan voor veel experimenten buitensporig zijn. Dit is echter normaal voor een emissiviteit van 1, in alle andere circuits is deze coëfficiënt kleiner dan 1. Het is mogelijk om de lengte van echte elementen te verkleinen met een afgestemde kwartgolfsectie, bestaande uit 75 m draad die met tussenpozen is gewikkeld. met behulp van twee tot drie meter PVC-buis PVC. Dit circuit genereert een puls van laagfrequente energie.

Houd er rekening mee dat, zoals eerder vermeld, de pulsuitvoer van dit systeem computers en apparaten met microprocessors en andere soortgelijke circuits op aanzienlijke afstand kan beschadigen. Wees altijd voorzichtig bij het testen en gebruiken van dit systeem, het kan apparaten beschadigen die in de buurt zijn. Een beschrijving van de belangrijkste onderdelen die in ons laboratoriumsysteem worden gebruikt, wordt gegeven in Fig. 25.2.

Condensator

De condensator C die voor dergelijke gevallen wordt gebruikt, moet een zeer lage zelfinductie en ontladingsweerstand hebben. Tegelijkertijd moet deze component voldoende energie kunnen accumuleren om de vereiste hoge energiepuls van een bepaalde frequentie te genereren. Helaas zijn deze twee vereisten met elkaar in strijd, het is moeilijk om ze tegelijkertijd te vervullen. Condensatoren met hoge energie zullen altijd meer inductie hebben dan condensatoren met lage energie. Een andere belangrijke factor is het gebruik van relatief hoge spanning om hoge ontlaadstromen te genereren. Deze waarden zijn nodig om de inherente complexe impedantie van in serie geschakelde inductieve en resistieve weerstanden op het ontladingspad te overwinnen.

Dit systeem maakt gebruik van een condensator van 5 µF bij 50.000 V met een inductie van 0,03 µH. De fundamentele frequentie die we nodig hebben voor het lage-energiecircuit is 1 MHz. De energie van het systeem is 400 J bij 40 kV, wat wordt bepaald door de relatie:

E \u003d 1/2 CV 2.

Spoel

Voor laagfrequente experimenten met een dubbele antenne kunt u een multi-turn spoel gebruiken. Afmetingen worden bepaald door de luchtinductieformule:

Rijst. 25.7. Een vonkbrug installeren om verbinding te maken met een antenne voor werking op lage frequenties

Applicatie apparaat

Dit systeem is ontworpen om de gevoeligheid van elektronische apparatuur voor elektromagnetische impulsen te bestuderen. Het systeem kan worden aangepast voor gebruik in het veld en kan op oplaadbare batterijen werken. De energie ervan kan worden verhoogd tot enkele kilojoules aan elektromagnetische energiepulsen, op eigen risico van de gebruiker. U mag niet proberen uw eigen varianten van het apparaat te maken of dit apparaat te gebruiken als u niet voldoende ervaring hebt met het gebruik ervan impuls systemen hoge energie.

Elektromagnetische energiepulsen kunnen parallel worden gefocusseerd of afgevuurd met behulp van een parabolische reflector. Elk elektronisch apparaat en zelfs een gasontladingslamp kan als experimenteel doelwit dienen. Een uitbarsting van akoestische energie kan een sonische schokgolf of een hoge geluidsdruk veroorzaken brandpuntsafstand paraboolantenne.

Bronnen voor het kopen van componenten en onderdelen

Hoogspanningsladers, transformatoren, condensatoren, gasvonkbruggen of radio-isotopenbruggen, MARX-pulsgeneratoren tot 2 MB, EMP-generatoren kunnen worden gekocht bij www.amasingl.com .

schokgolf

Schokgolf (SW)- een gebied van scherp samengeperste lucht, die zich met supersonische snelheid vanuit het centrum van de explosie in alle richtingen verspreidt.

Hete dampen en gassen, die proberen uit te zetten, veroorzaken een harde klap op de omringende luchtlagen en comprimeren ze hoge druk en dichtheid en verwarmd tot hoge temperatuur(enkele tienduizenden graden). Deze laag samengeperste lucht vertegenwoordigt de schokgolf. De voorste grens van de persluchtlaag wordt de voorkant van de schokgolf genoemd. Het ZW-front wordt gevolgd door een gebied van zeldzaamheid, waar de druk lager is dan de atmosferische druk. Nabij het centrum van de explosie is de voortplantingssnelheid van SW meerdere malen hoger dan de geluidssnelheid. Naarmate de afstand tot de explosie groter wordt, neemt de voortplantingssnelheid van de golf snel af. Op grote afstanden benadert de snelheid de geluidssnelheid in de lucht.

De schokgolf van een munitie met middelhoog vermogen gaat voorbij: de eerste kilometer in 1,4 s; de tweede - gedurende 4 seconden; vijfde - in 12 s.

Het schadelijke effect van koolwaterstoffen op mensen, apparatuur, gebouwen en constructies wordt gekenmerkt door: snelheidsdruk; overdruk in het schokfront en het tijdstip van de impact ervan op het object (compressiefase).

De impact van HC op mensen kan direct en indirect zijn. Bij directe blootstelling is de oorzaak van letsel een onmiddellijke stijging van de luchtdruk, die wordt waargenomen als een scherpe klap die leidt tot breuken, schade aan inwendige organen en scheuren van bloedvaten. Bij indirecte impact worden mensen verbaasd door rondvliegend puin van gebouwen en constructies, stenen, bomen, gebroken glas en andere objecten. Indirecte impact bereikt 80% van alle laesies.

Bij een overdruk van 20-40 kPa (0,2-0,4 kgf/cm2) kunnen onbeschermde mensen lichte verwondingen oplopen (lichte kneuzingen en hersenschuddingen). De impact van SW met een overdruk van 40-60 kPa leidt tot laesies van matige ernst: bewustzijnsverlies, schade aan de gehoororganen, ernstige dislocaties van de ledematen, schade aan inwendige organen. Extreem ernstige laesies, vaak fataal, worden waargenomen bij een overdruk van meer dan 100 kPa.

De mate van schokgolfschade aan verschillende objecten is afhankelijk van de kracht en het type explosie, de mechanische sterkte (stabiliteit van het object), maar ook van de afstand waarop de explosie plaatsvond, het terrein en de positie van objecten op de grond .

Om je te beschermen tegen de impact van koolwaterstoffen, moet je gebruik maken van: greppels, scheuren en greppels, die het effect 1,5-2 keer verminderen; dug-outs - 2-3 keer; schuilplaatsen - 3-5 keer; kelders van huizen (gebouwen); terrein (bos, ravijnen, holtes, enz.).

elektromagnetische puls(AMY)- dit is een combinatie van elektrische en magnetische velden die het gevolg zijn van de ionisatie van de atomen van het medium onder invloed van gammastraling. De duur ervan bedraagt ​​enkele milliseconden.

De belangrijkste parameters van EMR zijn stromen en spanningen die in draden en kabellijnen worden geïnduceerd, wat kan leiden tot schade en onbruikbaarheid van elektronische apparatuur, en soms tot schade aan mensen die met de apparatuur werken.

Tijdens grond- en luchtexplosies wordt het schadelijke effect van een elektromagnetische puls waargenomen op een afstand van enkele kilometers van het centrum nucleaire explosie.

Meest effectieve bescherming tegen een elektromagnetische puls is de afscherming van stroomtoevoer- en besturingslijnen, evenals radio- en elektrische apparatuur.

De situatie die zich ontwikkelt tijdens het gebruik van kernwapens in de centra van vernietiging.

De focus van nucleaire vernietiging is het gebied waarbinnen, als gevolg van het gebruik van kernwapens, massavernietiging en dood van mensen, boerderijdieren en planten, vernietiging en schade aan gebouwen en constructies, nutsvoorzieningen en technologische netwerken en lijnen, transportcommunicatie en andere objecten.

Bij een kernexplosie wordt sterke elektromagnetische straling gegenereerd in een breed scala aan golven met een maximale dichtheid in het gebied van 15-30 kHz.

Vanwege de korte werkingsduur – tientallen microseconden – wordt deze straling een elektromagnetische puls (EMP) genoemd.

De reden voor het optreden van EMR is een asymmetrisch elektromagnetisch veld dat het gevolg is van de interactie van gammastraling met de omgeving.

De belangrijkste parameters van EMR, als schadelijke factor, zijn de sterkten van de elektrische en magnetische velden. Tijdens lucht- en grondexplosies beperkt de dichte atmosfeer het voortplantingsgebied van gammakwanta, en de grootte van de EMP-bron valt ongeveer samen met het werkingsgebied van de doordringende straling. In de ruimte kan EMP de kwaliteit van een van de belangrijkste verwerven schadelijke factoren.

EMR heeft geen direct effect op een persoon.

Het effect van EMR manifesteert zich voornamelijk op lichamen die elektrische stroom geleiden: bovengrondse en ondergrondse communicatie- en elektriciteitsleidingen, signalerings- en controlesystemen, metalen steunen, pijpleidingen, enz. Op het moment van explosie ontstaat er een stroompuls in en wordt een hoog elektrisch potentieel geïnduceerd ten opzichte van de grond.

Als gevolg hiervan kunnen defecten aan de kabelisolatie, schade aan de invoerapparaten van radio- en elektrische apparatuur, verbranding van afleiders en smeltverbindingen, schade aan transformatoren en uitval van halfgeleiderapparaten optreden.

Sterke elektromagnetische velden kunnen apparatuur op controlepunten en communicatiecentra uitschakelen en gevaar voor schade aan onderhoudspersoneel creëren.

EMP-bescherming wordt bereikt door individuele eenheden en componenten van radio- en elektrische apparatuur af te schermen.

Chemisch wapen.

Chemische wapens zijn giftige stoffen en middelen voor hun toepassing. Toepassingen omvatten luchtbommen, patronen, raketkoppen, artilleriegranaten, chemische mijnen, vliegtuiggietmachines, aërosolgeneratoren en dergelijke.

De basis van chemische wapens zijn giftige stoffen (S) - giftige chemische verbindingen die mensen en dieren infecteren, de lucht, het terrein, waterlichamen, voedsel en verschillende objecten op de grond infecteren. Sommige middelen zijn ontworpen om planten te beschadigen.

In chemische munitie en apparaten bevinden middelen zich in een vloeibare of vaste toestand. Op het moment van de aanvraag chemische wapens OV’s komen in een gevechtstoestand – stoom, aerosol of druppels en infecteren mensen via de ademhalingsorganen of – als ze het menselijk lichaam raken – via de huid.

Een kenmerk van luchtverontreiniging met dampen en fijne aërosolen is de concentratie C=m/v, g/m3 - de hoeveelheid "m" OM per volume-eenheid "v" verontreinigde lucht.

Een kwantitatief kenmerk van de infectiegraad van verschillende oppervlakken is de infectiedichtheid: d=m/s, g/m2 - d.w.z. de hoeveelheid "m" OM gelegen op het eenheidsgebied "s" van het geïnfecteerde oppervlak.

OV wordt geclassificeerd op basis van de fysiologische effecten op de mens, het tactische doel, de snelheid waarmee het schadelijke effect optreedt en de duur ervan, toxicologische eigenschappen, enz.

Volgens de fysiologische effecten op het menselijk lichaam zijn OM onderverdeeld in de volgende groepen:

1) Zenuwgassen - sarin, soman, Vx (VI-X). Ze veroorzaken stoornissen in de functies van het zenuwstelsel, spierkrampen, verlamming en de dood.

2) OV-huidblaaractie - mosterdgas. Het beïnvloedt de huid, ogen, ademhalings- en spijsverteringsorganen - indien ingeslikt.

3) OM van algemene toxische werking - blauwzuur en cyaanchloride. In geval van vergiftiging verschijnen ernstige kortademigheid, een gevoel van angst, convulsies en verlamming.

4) Verstikkingsmiddelen - fosgeen. Het beïnvloedt de longen, veroorzaakt zwelling en verstikking.

5) OV psychochemische actie - BZ (B-Z). Het dringt door het ademhalingssysteem heen. Schendt de coördinatie van bewegingen, veroorzaakt hallucinaties en psychische stoornissen.

6) OV-irriterende werking - chlooracetofenon, adamsiet, CS (Ci-Ec) en CR (Ci-Er). Deze middelen irriteren de ademhalings- en gezichtsorganen.

Zenuwverlammende, blaarvormende, algemeen giftige en verstikkende middelen zijn dodelijke middelen. OV van psychochemische en irriterende actie - mensen tijdelijk uitschakelen.

Door de snelheid waarmee het schadelijke effect optreedt, zijn er snelle middelen (sarin, soman, blauwzuur, SI-Es, SI-Er) en langzaam werkende middelen (Vi-X, mosterdgas, fosgeen, Bi- zet).

Afhankelijk van de duur van de OV zijn ze onderverdeeld in persistent en onstabiel. Aanhoudend behoud van het schadelijke effect gedurende enkele uren of dagen. Onstabiel - enkele tientallen minuten.

Toksodoz - de hoeveelheid OM die nodig is om een ​​bepaald schade-effect te verkrijgen: T=c*t (g*min)/m3, waarbij: c - de concentratie van OM in de lucht, g/m3; t - tijd doorgebracht door een persoon in vervuilde lucht, min.

Bij gebruik van chemische munitie ontstaat er een primaire OM-wolk. Onder invloed van bewegende luchtmassa's verspreidt het OM zich in een bepaalde ruimte en vormt een zone van chemische verontreiniging.

Gebied van chemische verontreiniging noem het gebied dat rechtstreeks getroffen is door chemische wapens, en het gebied waarover een wolk zich verspreidt, verontreinigd met gevaarlijke concentraties van stoffen.

In de zone van chemische verontreiniging kunnen zich brandpunten van chemische schade voordoen.

De focus van chemische schade- dit is het gebied waarbinnen, als gevolg van de impact van chemische wapens, massavernietiging van mensen, boerderijdieren en planten heeft plaatsgevonden.

Bescherming tegen giftige stoffen wordt bereikt door gebruik te maken van individuele middelen voor ademhalings- en huidbescherming, maar ook van collectieve middelen.

Speciale groepen chemische wapens omvatten binaire chemische munitie, dit zijn twee containers met verschillende gassen - niet giftig in hun pure vorm, maar wanneer ze tijdens een explosie worden verplaatst, wordt een giftig mengsel verkregen.

Indringende straling afkomstig van een kernexplosie ioniseert sterk lucht omgeving, wat leidt tot het ontstaan ​​van krachtige elektromagnetische velden, die vanwege hun kortetermijnbestaan ​​gewoonlijk een elektromagnetische puls worden genoemd.

elektromagnetische puls wordt voornamelijk gevormd als resultaat van het Compton-mechanisme, waarvan de essentie als volgt is. Explosie-gammakwanta die interageren met atomen omgeving, vormen langzame positieve ionen en snelle elektronen die bewegen in de richting van de gammastraling waaruit ze ontstaan. Hierdoor ontstaan ​​er gratis elektrische ladingen, stromen en velden in de omringende ruimte. Op hun beurt ioniseren snelle elektronen ook het medium, waardoor langzame elektronen en positief geladen ionen ontstaan. Als gevolg hiervan wordt het medium elektrisch geleidend. Onder invloed elektrisch veld gecreëerd door snelle elektronen, beginnen langzame elektronen naar snelle elektronen te bewegen, waardoor een geleidingsstroom ontstaat.

Bij een asymmetrische uittreding en voortplanting van gammastraling, bijvoorbeeld veroorzaakt door het lucht-grond-grensvlak tijdens een kernexplosie op de grond, kunnen geleidingsstromen in de nabije zone (op een afstand van enkele kilometers van het centrum van de explosie) ) sluiten zich door de grond en genereren een magnetisch veld. Tijdens luchtexplosies ontstaat asymmetrie in de verdeling van gammastraling en dienovereenkomstig de daardoor gegenereerde stromingen als gevolg van de inhomogene dichtheid van de atmosfeer over de hoogte, het ontwerp van een kernwapen en een aantal andere redenen. In de tijd variërende elektromagnetische velden kunnen zich voorbij de bron voortplanten en op grote afstanden van het centrum van de explosie een stralingsveld vormen.

De belangrijkste parameters van een elektromagnetische puls die het schadelijke effect ervan kenmerken, zijn veranderingen in de sterkte van de elektrische en magnetische velden in de loop van de tijd (pulsvorm) en hun oriëntatie in de ruimte, evenals de grootte van de maximale veldsterkte (pulsamplitude).

De elektromagnetische puls van een kernexplosie op de grond in de nabije zone is een enkel pulssignaal met een steil front en heeft een duur van maximaal tientallen milliseconden. De duur van het pulsfront, dat de tijd karakteriseert waarin het veld naar zijn maximale waarde stijgt, ligt dicht bij het tijdstip waarop nucleaire processen plaatsvinden, d.w.z. in typische gevallen kan het een waarde hebben van ongeveer 10-8 s. . De amplitude van het elektrische veld in de nabije zone kan oplopen tot honderden kilovolts per meter. De voortplanting van een elektromagnetisch veld in een geleidend medium leidt tot de relatief snelle verzwakking ervan. De pulsamplitude neemt af evenredig met de afstand tot het centrum van de explosie.

Voor lage luchtexplosies blijven de parameters van de elektromagnetische puls ongeveer hetzelfde als voor grondexplosies, maar hun amplitude neemt af met toenemende explosiehoogte. De amplitudes van de elektromagnetische puls van ondergrondse en oppervlakte-kernexplosies zijn veel kleiner dan de amplitudes van de elektromagnetische puls van explosies in de atmosfeer, dus het schadelijke effect ervan komt praktisch niet tot uiting tijdens deze explosies.

Het schadelijke effect van de elektromagnetische puls van een kernexplosie

Het schadelijke effect van de elektromagnetische puls van een kernexplosie op wapens en militaire uitrusting komt tot uiting in de verstoring van de prestaties van radio-elektronische apparatuur en elektrische apparatuur. De mate van schadelijk effect hangt af van de parameters van de elektromagnetische puls, de weerstand van de apparatuur en de aard van de interactie met de elektromagnetische velden van een nucleaire explosie. In de praktijk wordt doorgaans onderscheid gemaakt tussen het directe effect van een elektromagnetische puls op apparatuur en het effect daarop via communicatielijnen. Stromen en spanningen die op communicatielijnen worden geïnduceerd, kunnen een gevaar vormen voor apparatuur en personeel dat zich op veilige afstand van de effecten van andere schadelijke factoren van een kernexplosie bevindt.

De meest gevoelige elementen van radio-elektronische en elektrische apparatuur (magneetkernen, piëzo-elektrische elementen, vacuüm- en gasontladingsapparaten, enz.) zijn kwetsbaar voor de directe impact van een elektromagnetische puls. Als gevolg van de directe impact van een elektromagnetische puls en afhankelijk van het type element en de kenmerken van het ontwerp, kunnen sommige tijdelijk of volledig hun werking verliezen, terwijl andere aanzienlijke interferentie kunnen veroorzaken in de werking van het apparaat. apparatuur.

Voor sommige magnetische kernen gemaakt van mangaan-zinkferrieten die in zwakke velden werken, is dus een relatief lange hersteltijd van de magnetische permeabiliteit kenmerkend, die 30 minuten bedraagt ​​na blootstelling aan een gepulseerd magnetisch veld. Een verandering in de magnetische permeabiliteit van de kernen beïnvloedt de waarde van de inductie van smoorspoelen en spoelen en bijgevolg de prestaties van de apparatuur als geheel

Bij piëzo-elektrische elementen verandert de frequentie van de kwartsresonator langdurig als gevolg van de absorptie van de energie van het elektromagnetische veld. De prestaties van elektrovacuüm- en gasontladingsapparaten kunnen worden aangetast als gevolg van het optreden van spanningen en stromen op de aansluitingen als gevolg van de impact van een elektromagnetische puls.

In het algemene geval kan een schending van de normale werking van radio-elektronische en elektrische apparatuur als gevolg van de directe impact van een elektromagnetische puls worden toegeschreven aan vrij zeldzame verschijnselen, aangezien de metalen behuizingen van de apparatuur zelf, de omhullende structuren van constructies, vliegtuigrompen, enz., waarin het zich bevindt, verzwakken de opvallende werking van een elektromagnetische impuls aanzienlijk. Personeel wordt niet beïnvloed door de directe werking van een elektromagnetische puls. Het meest schadelijke effect van een elektromagnetische puls op personeel, radio-elektronische en elektrische apparatuur manifesteert zich door geïnduceerde stromen en spanningen in kabellijnen en antennevoedingsapparaten.

In kabellijnen en antennevoedingsapparaten die zich buiten afgeschermde objecten bevinden, worden bijzonder hoge spanningen en aanzienlijke stromen geïnduceerd. Zo kunnen bijvoorbeeld de amplitudewaarden van de spanning op de kernen van een kabellijn ten opzichte van hun metalen afdekking, op voorwaarde dat de lijn zich nabij het centrum van een grondexplosie bevindt, tientallen kilovolts bereiken, en de stroom in de kabel. metalen kabelafdekking kan tientallen kiloampère bereiken.

Geïnduceerde stromen en spanningen kunnen de toegestane niveaus overschrijden voor apparatuur die is aangesloten op kabellijnen en antennevoedingsapparaten. Als gevolg hiervan zal dergelijke apparatuur, die zich buiten het werkingsgebied van andere schadelijke factoren bevindt, beschadigd raken. De geïnduceerde stromen en spanningen kunnen ook leiden tot het optreden van valse signalen en tot storingen in de werking van elektronische systemen.

In de praktijk wordt de weerstand van apparaten tegen de werking van gepulseerde spanningen en stromen gewoonlijk gekenmerkt door de drempelenergie van schade, de grenswaarde en de stijgingssnelheid (steilheid) van de spannings(stroom)puls.

In het algemene geval zijn er onomkeerbare en omkeerbare storingen in de apparatuur als gevolg van de impact van een elektromagnetische puls. Onomkeerbare schade kan het gevolg zijn van thermische overbelasting of elektrische overspanning.

Als gevolg van thermische overbelasting kunnen de volgende schade aan apparatuurelementen worden waargenomen:

• doorbranden van veiligheidsinzetstukken, weerstanden;
• vernietiging van de platen van keramische condensatoren en elektroden met vonkbruggen met laag vermogen;
• sinteren van contacten van laagstroomrelais;
• breuk van draden op soldeerplaatsen (lassen);
• smelten van stroomvoerende en resistieve lagen van halfgeleiderapparaten.

Het gevolg van elektrische overspanning kunnen elektrische storingen zijn, die typisch zijn voor condensatoren, overgangsconnectoren, relaiscontactgroepen en kabelisolatie. Het is niet ongebruikelijk dat de effecten van een elektrische storing en thermische overbelasting samen optreden en elkaar wederzijds beïnvloeden.

Omkeerbare veranderingen omvatten tijdelijke hardwarestoringen. Omkeerbare veranderingen vinden in de regel plaats bij korte impulsspanningen, waarvan de energie onvoldoende is voor het optreden van onomkeerbare veranderingen.

De weerstand van producten uit de radio-elektronische techniek en elektrotechniek tegen de impact van impulsspanningen (stromen) verschilt in grote mate van elkaar. Om bijvoorbeeld transistors en diodes te beschadigen is voor een relais energie nodig van 10^-1 tot 10^-8 J. verschillende types van 10^-1 tot 10^-3 J, voor elektromotoren en transformatoren - meer dan 10 J. Over het algemeen hangt de weerstand van apparatuur tegen de effecten van impuls (spanning) af van de weerstand van de componenten.

Afhankelijk van de mate van blootstelling aan geïnduceerde stromen en spanningen wordt radio-elektronische en elektrische apparatuur conventioneel verdeeld in drie groepen:

• zeer gevoelig (apparaten en apparaten op basis van micromodules en microcircuits);
• gemiddelde gevoeligheid (apparatuur, waaronder laagstroomrelais, elektrovacuümapparaten, transistors met gemiddeld en hoog vermogen);
• laaggevoeligheid (uitrusting van elektrische apparatuur, elektromotoren en transformatoren, automatische machines, schakelaars, relais en andere schakel- en beveiligingsapparatuur van stroomdistributienetwerken).

In het algemeen zijn de impact op de apparatuur en de storingen ervan afhankelijk van de parameters van de elektromagnetische puls, de weerstand van de apparatuur zelf, de elektrofysische kenmerken van de bodem (geleidingsvermogen, diëlektrische en magnetische permeabiliteit, doorslagspanning), de kenmerken van kabelproducten en antennevoedingsapparaten die op de apparatuur zijn aangesloten. In de regel is het niet mogelijk om de rol van elk van deze factoren ondubbelzinnig te beoordelen, omdat ze op een complexe manier met elkaar verbonden zijn. Daarom is het noodzakelijk om voor elk specifiek geval de impact van een elektromagnetische puls op de radio-elektronische en elektrische systemen van objecten afzonderlijk te evalueren, met een uitgebreid overzicht van de werking van al deze factoren.

Een effectieve manier om elektronische en elektrische apparatuur te beschermen is het gebruik van metalen schermen, die de parameters van de elektromagnetische puls in de afgeschermde holte aanzienlijk verminderen. Er kunnen elektromagnetische velden in de afscherming verschijnen als gevolg van diffusie van externe velden door de wanden van de afscherming, penetratie door inhomogeniteiten in de afscherming (gaten, sleuven, enz.), evenals door stromen die binnen de afscherming worden gevoerd langs de metalen afdekkingen van de afscherming. externe kabellijnen en van antennevoedingsapparaten.

Om de effectiviteit van de bescherming van apparatuur die zich in echte schermen bevindt te vergroten, worden de volgende maatregelen toegepast:

• afzonderlijke delen van het scherm zijn verbonden door lassen, gemaakt door een doorlopende doorlopende naad;
• metalen deurbekledingen in gebouwen zijn elektrisch verbonden met het hoofdscherm;
• toepassen speciale pijpen(buizen) voor het invoeren van kabellijnen in constructies; terwijl de pijpen aan het hoofdscherm worden gelast;
• metalen afdekkingen van kabellijnen en antennevoedingsapparaten zijn vanaf de buitenzijde verbonden met de externe aardlus van de constructie of de afscherming van de constructie;
• zeer gevoelige apparatuur wordt in het centrale deel van de afgeschermde holte geplaatst;
• ventilatiegaten in het scherm zijn voorzien van elektromagnetische bescherming in de vorm van metalen dozen (golfgeleiders) of metalen gaas geïnstalleerd bij de ingang van de gaten.

Om apparatuur te beschermen die is aangesloten op externe kabellijnen en antennevoedingsapparaten, zijn afleiders en drainagespoelen geïnstalleerd; halfgeleider zenerdiodes (referentiediodes) worden gebruikt om zeer gevoelige elektronische apparatuur te beschermen. Er worden kabels met een lage weerstand van metalen afdekkingen gebruikt, beschermende kabels en andere beschermingsmethoden worden parallel met kabellijnen gelegd.

Geïnduceerde stromen en spanningen kunnen een gevaar vormen voor personeel dat in contact komt met elektrisch geleidende communicatie.

Om personeel te beschermen tegen de schadelijke effecten van geïnduceerde stromen en spanningen, naast algemene maatregelen om de elektrische veiligheid te garanderen, is het noodzakelijk om de volgende aanvullende maatregelen te nemen: isolatiemateriaal; rationele aarding toepassen, die zorgt voor egalisatie van de spanningen tussen delen van elektrische installaties, metalen constructies, rekken met apparatuur, schilden, blokken, enz., die tegelijkertijd door personeel kunnen worden aangeraakt; de veiligheidseisen voor de werking van gepulseerde elektrische ontladingsinstallaties strikt in acht nemen bij het uitvoeren van werkzaamheden die verband houden met de implementatie van preventieve maatregelen en de reparatie van apparatuur en kabellijnen

Het schadelijke effect van een elektromagnetische puls (EMP) is te wijten aan het optreden van geïnduceerde spanningen en stromen in verschillende geleiders. Het effect van EMR komt vooral tot uiting in relatie tot elektrische en radio-elektronische apparatuur. Communicatie-, signalerings- en controlelijnen zijn het meest kwetsbaar. In dit geval kunnen isolatiestoringen, schade aan transformatoren, schade aan halfgeleiderapparaten, enz. optreden.

GESCHIEDENIS VAN DE problematiek EN DE HUIDIGE KENNISSTAND OP HET GEBIED VAN EMR

Om de complexiteit van de problemen van de dreiging van EMP en de maatregelen om daartegen te beschermen te begrijpen, is het noodzakelijk om kort in te gaan op de geschiedenis van de studie hiervan. fysiek fenomeen en de huidige stand van kennis op dit gebied.

Het feit dat een kernexplosie noodzakelijkerwijs gepaard zou gaan met elektromagnetische straling was voor theoretische natuurkundigen al vóór de eerste test van een kernwapen in 1945 duidelijk. Tijdens de kernexplosies eind jaren vijftig en begin jaren zestig in de atmosfeer ruimte De aanwezigheid van EMP werd experimenteel geregistreerd, maar de kwantitatieve karakteristieken van de polsslag werden onvoldoende gemeten, in de eerste plaats omdat er geen controle- en meetapparatuur voorhanden was die een extreem krachtig signaal kon registreren. electromagnetische straling, dat slechts een extreem korte tijd bestaat (miljoenste van een seconde), en ten tweede omdat in die jaren alleen elektrovacuümapparaten werden gebruikt in radio-elektronische apparatuur, die weinig werd beïnvloed door EMR, waardoor de belangstelling voor het onderzoek ervan afnam.

De creatie van halfgeleiderapparaten en vervolgens geïntegreerde schakelingen, vooral digitale technologieapparaten die daarop zijn gebaseerd, en de wijdverbreide introductie van geld in radio-elektronische militaire apparatuur dwongen militaire specialisten om de EMP-dreiging anders te beoordelen. Sinds 1970 beschouwt het Ministerie van Defensie de kwesties van de bescherming van wapens en militair materieel tegen EMP als de hoogste prioriteit.

Het EMP-generatiemechanisme is als volgt. Bij een kernexplosie worden gamma- en röntgenstraling geproduceerd en ontstaat er een stroom neutronen. Gammastraling die interageert met moleculen atmosferische gassen, slaat de zogenaamde Compton-elektronen eruit. Als de explosie wordt uitgevoerd op een hoogte van 20-40 km, worden deze elektronen opgevangen door het magnetische veld van de aarde en creëren ze, roterend ten opzichte van de krachtlijnen van dit veld, stromen die EMP genereren. In dit geval wordt het EMR-veld op coherente wijze opgeteld aardoppervlak, d.w.z. Het magnetische veld van de aarde speelt een rol die vergelijkbaar is met die van een gefaseerde antenne-array. Als gevolg hiervan neemt de veldsterkte scherp toe, en daarmee ook de EMP-amplitude in de gebieden ten zuiden en noorden van het explosie-epicentrum. De duur van dit proces vanaf het moment van explosie is van 1 - 3 tot 100 ns.

In de volgende fase, die ongeveer 1 μs tot 1 s duurt, wordt EMR gecreëerd door Compton-elektronen die uit moleculen worden geslagen door meervoudig gereflecteerde gammastraling en door de inelastische botsing van deze elektronen met de neutronenflux die tijdens de explosie wordt uitgezonden.

In dit geval blijkt de EMR-intensiteit ongeveer drie ordes van grootte lager te zijn dan in de eerste fase.

In de laatste fase, die na de explosie een tijdsduur van 1 seconde tot enkele minuten in beslag neemt, wordt EMP gegenereerd door het magnetohydrodynamische effect dat wordt gegenereerd door verstoringen van het magnetische veld van de aarde door de geleidende vuurbal van de explosie. De EMR-intensiteit is in dit stadium erg klein en bedraagt ​​enkele tientallen volts per kilometer.

Het grootste gevaar voor radio-elektronische middelen is de eerste fase van het genereren van EMP, waarin, in overeenstemming met de wet elektromagnetische inductie Door de extreem snelle toename van de pulsamplitude (het maximum wordt 3-5 ns na de explosie bereikt), kan de geïnduceerde spanning tientallen kilovolts per meter bereiken op het niveau van het aardoppervlak, en geleidelijk afnemen naarmate deze zich van de explosie verwijdert. epicentrum van de explosie.

De amplitude van de door EMR geïnduceerde spanning in geleiders is evenredig met de lengte van de geleider die zich in zijn veld bevindt, en hangt af van zijn oriëntatie ten opzichte van de elektrische veldsterktevector. Ja, spanning EMP-velden in hoogspanningslijnen kan 50 kV / m bereiken, wat zal leiden tot het verschijnen van stromen daarin met een vermogen tot 12.000 ampère.

EMP wordt ook gegenereerd tijdens andere soorten kernexplosies - in de lucht en op de grond. Theoretisch is vastgesteld dat in deze gevallen de intensiteit ervan afhangt van de mate van asymmetrie van de ruimtelijke parameters van de explosie. Daarom is een luchtexplosie het minst effectief in termen van EMP-opwekking. De EMP van een grondexplosie zal een hoge intensiteit hebben, maar zal snel afnemen naarmate je verder weggaat van het epicentrum.

Aangezien laagstroomcircuits en elektronische apparaten normaal gesproken werken met spanningen van enkele volts en stromen tot enkele tientallen milliampère, is het voor hen absoluut betrouwbare bescherming EMI is nodig om de omvang van stromen en spanningen in kabels te verminderen, tot wel zes ordes van grootte.

MOGELIJKE MANIEREN OM HET PROBLEEM VAN EMP-BESCHERMING OP TE LOSSEN

De ideale bescherming tegen EMP zou zijn het volledig afschermen van de ruimte waarin de radio-elektronische apparatuur zich bevindt met een metalen scherm. Tegelijkertijd is het duidelijk dat het in de praktijk in een aantal gevallen onmogelijk is om een ​​dergelijke bescherming te bieden voor de werking van apparatuur is het vaak nodig om de elektrische aansluiting ervan te voorzien externe apparaten. Daarom worden minder betrouwbare beschermingsmiddelen gebruikt, zoals geleidende mazen of filmbekleding voor ramen, honingraat metalen constructies voor luchtinlaten en ventilatie gaten en contactveerkussentjes die rond de omtrek van deuren en luiken zijn geplaatst.

Een complexer technisch probleem wordt beschouwd als de bescherming tegen EMP-penetratie in apparatuur via verschillende kabelwartels. Een radicale oplossing voor dit probleem zou de overgang kunnen zijn van elektrische communicatienetwerken naar glasvezelnetwerken die vrijwel niet worden beïnvloed door EMR. De vervanging van halfgeleiderapparaten in het gehele spectrum van hun functies door elektron-optische apparaten is echter alleen mogelijk in de verre toekomst. Daarom worden momenteel filters, inclusief vezelfilters, evenals vonkbruggen, metaaloxidevaristoren en snelle zenerdiodes, het meest gebruikt als middel om kabelwartels te beschermen.

Al deze tools hebben zowel voor- als nadelen. Capacitief-inductieve filters zijn dus behoorlijk effectief voor bescherming tegen EMR met lage intensiteit, en vezelfilters beschermen in een relatief smal bereik van microgolffrequenties. Vonkbruggen hebben een aanzienlijke traagheid en zijn vooral geschikt voor bescherming tegen overbelastingen die optreden onder invloed van spanningen en stromen die worden geïnduceerd in de behuizing van het vliegtuig, de instrumentbehuizing en de kabelmantel.

Metaaloxidevaristoren zijn halfgeleiderapparaten die hun geleidbaarheid bij hoge spanning sterk verhogen. Wanneer u deze apparaten echter gebruikt als bescherming tegen elektromagnetische straling, moet u rekening houden met hun onvoldoende hoge snelheid en verslechtering van de prestaties bij herhaalde blootstelling aan belastingen. Deze tekortkomingen ontbreken bij snelle zenerdiodes, waarvan de werking is gebaseerd op een scherpe lawine-achtige verandering in weerstand van relatief hoge waarde bijna tot nul wanneer de daarop aangelegde spanning een bepaalde drempelwaarde overschrijdt. Bovendien verslechteren de eigenschappen van zenerdiodes, in tegenstelling tot varistoren, niet na herhaalde blootstelling aan hoge spanningen en schakelmodi.

De meest rationele benadering van het ontwerp van EMI-bescherming voor kabelwartels is het creëren van dergelijke connectoren, waarvan het ontwerp voorziet in speciale maatregelen die de vorming van filterelementen en de installatie van ingebouwde zenerdiodes garanderen. Een dergelijke oplossing draagt ​​bij aan het verkrijgen van zeer kleine capaciteits- en inductiewaarden, wat nodig is om bescherming te garanderen tegen pulsen met een korte duur en dus een krachtige hoogfrequente component. Het gebruik van connectoren met een soortgelijk ontwerp zal het probleem oplossen van het beperken van de gewichts- en afmetingskenmerken van het beveiligingsapparaat.

Kooi van Faraday- een apparaat om apparatuur af te schermen tegen externe elektromagnetische velden. Het is meestal een geaarde kooi gemaakt van zeer geleidend materiaal.

Het werkingsprincipe van de kooi van Faraday is heel eenvoudig: wanneer een gesloten elektrisch geleidende schaal een elektrisch veld binnengaat, beginnen de vrije elektronen van de schaal te bewegen onder invloed van dit veld. Als gevolg hiervan verwerven tegenoverliggende zijden van de cel ladingen waarvan het veld het externe veld compenseert.

De kooi van Faraday beschermt alleen tegen een elektrisch veld. Een statisch magnetisch veld zal binnendringen. Een veranderend elektrisch veld creëert een veranderend magnetisch veld, dat op zijn beurt een veranderend elektrisch veld creëert. Als een veranderend elektrisch veld wordt geblokkeerd met behulp van een kooi van Faraday, zal er dus ook geen veranderend magnetisch veld worden gegenereerd.

In het hoogfrequente gebied is de werking van een dergelijk scherm echter gebaseerd op de reflectie van elektromagnetische golven vanaf het oppervlak van het scherm en de verzwakking van hoogfrequente energie in de dikte ervan als gevolg van warmteverliezen als gevolg van wervelstromen.

Het vermogen van de kooi van Faraday om elektromagnetische straling af te schermen wordt bepaald door:
de dikte van het materiaal waaruit het is gemaakt;
diepte van het oppervlakte-effect;
de verhouding tussen de grootte van de openingen daarin en de golflengte van de externe straling.
Voor kabelafscherming is het noodzakelijk om over de gehele lengte van de afgeschermde geleiders een kooi van Faraday te creëren met een goed geleidend oppervlak. Om de kooi van Faraday effectief te laten werken, moet de grootte van de roostercel aanzienlijk kleiner zijn dan de golflengte van de straling waartegen bescherming moet worden geboden. Het werkingsprincipe van het apparaat is gebaseerd op de herverdeling van elektronen in de geleider onder invloed van een elektromagnetisch veld.