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

Dit serieuze project laat zien hoe een puls van elektromagnetische energie van enkele megawatt kan worden gegenereerd, die onherstelbare schade kan veroorzaken aan elektronische, gecomputeriseerde en elektromagnetisch gevoelige communicatieapparatuur. Een nucleaire explosie veroorzaakt een soortgelijke impuls, om zich ertegen te beschermen elektronische apparaten speciale maatregelen moeten worden genomen. Dit project vereist de opslag van dodelijke hoeveelheden energie en mag niet worden geprobeerd buiten een gespecialiseerd laboratorium. Een dergelijk apparaat kan worden gebruikt om de computerbesturingssystemen van een auto uit te schakelen om de auto te stoppen in ongebruikelijke gevallen van diefstal of als een dronkaard aan het rijden is.

Rijst. 25.1. Laboratorium elektromagnetische pulsgenerator

en een gevaarlijke bestuurder voor omringende automobilisten. Elektronische apparatuur kan worden getest met behulp van een elektronische pulsgenerator op gevoeligheid voor krachtige impulsruis - voor bliksem en een potentiële 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 een goedkope open vonkbrug gebruikt, maar dit zal slechts beperkte resultaten opleveren. Voor optimale resultaten is een gas- of radio-isotoopvonkbrug nodig die even effectief is in het veroorzaken van interferentie als bij een potentiële nucleaire explosie (Figuur 25.1).

Algemene beschrijving van het apparaat

Schokgolfgeneratoren zijn in staat om gerichte akoestische of elektromagnetische energie te produceren die objecten kan vernietigen, die voor medische doeleinden kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld om stenen in menselijke inwendige organen (nieren, blaas, enz.) te vernietigen. Een elektromagnetische pulsgenerator kan elektromagnetische energie opwekken die gevoelige elektronica in computers en microprocessorapparatuur kan vernietigen. Niet-gereguleerde LC-circuits kunnen pulsen van meerdere gigawatts 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 snelheden van een persoon die een onrechtmatige daad heeft gepleegd, zoals een autodief of een dronken bestuurder. Het geheim zit hem in het opwekken van een impuls met voldoende energie om de elektronische regelprocessormodules van de auto te verbranden. Dit is veel gemakkelijker te bereiken wanneer de auto is bedekt met plastic of glasvezel dan wanneer deze is bedekt met metaal. Metalen afscherming levert extra problemen op voor de onderzoeker die een praktisch systeem ontwikkelt. Het is mogelijk om een ​​apparaat te bouwen voor dit slechte geval, maar het kan kostbaar zijn en een nadelig effect hebben op gebruiksvriendelijke apparaten, waardoor ze ook buiten werking 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 om een ​​piekenergiepuls te genereren voor het testen van de sterkte van elektronische apparatuur. Dit project onderzoekt met name het gebruik van dergelijke apparaten om Voertuig door computerchips te vernietigen. We zullen experimenten uitvoeren over de vernietiging van de circuits van elektronische apparaten met behulp van een gerichte schokgolf.

Aandacht! Het onderste project gebruikt een dodelijke elektrische energie, die, indien niet correct gecontacteerd, een persoon onmiddellijk kan doden.

Het te monteren hoge-energiesysteem maakt gebruik van een exploderende draad die granaatscherven-achtige effecten kan creëren. Ontlading van het systeem kan de elektronica van nabijgelegen computers en andere soortgelijke apparatuur ernstig beschadigen.

Condensator C laadt gedurende een bepaalde tijd op 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 mogelijkheid om snel te ontladen door de inductantie van de resonerende LC-kring. Een krachtige, ongedempte golf wordt gegenereerd op de eigenfrequentie van het resonantiecircuit en op zijn harmonischen. De inductantie L van een resonantiekring kan bestaan ​​uit de spoel en de inductantie van de draad die ermee verbonden is, evenals de zelfinductie van de condensator, die ongeveer 20 nH is. 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 geleidende conische sectie of een metalen structuur in de vorm van een hoorn. Sommige onderzoekers kunnen halfgolfelementen gebruiken met vermogen dat aan het midden wordt geleverd door een spoel die is verbonden met de spoel van het resonantiecircuit. Deze halvegolfantenne bestaat uit twee kwartgolfsecties die zijn 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 benadering hebben we niet in de praktijk getest. Een gasontladingslamp zal bijvoorbeeld feller knipperen op een afstand van de bron, wat wijst op een krachtige directionele puls van elektromagnetische energie.

Ons testpulssysteem genereert elektromagnetische pulsen van enkele megawatts (1 MW breedbandenergie), die worden voortgeplant door een conische sectionele antenne, bestaande uit een parabolische reflector met een diameter van 100-800 mm. De uitlopende metalen hoorn van 25 cm x 25 cm zorgt ook voor een zekere mate van impact. Speciaal

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

Basistheorie van de werking van het apparaat:

De LCR-resonantiekring bestaat uit de in de afbeelding getoonde componenten. Condensator C1 wordt opgeladen via de oplader Gelijkstroom huidige l c . Spanning V bij C1 opg*a' ouivwrcs. verhouding:

De GAP-vonkbrug is ingesteld om te beginnen bij V net onder 50.000 V. Bij de start 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 ternoe 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 stroom yog" c (nee voordat het 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 hieronder beschreven manier en w "" ** en * gg veel megawatt!

1. Cycluslading a: dv=ldt/C.

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

2. Opgeslagen energie in C als functie van spanning: £=0.5CV

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

3. Reactietijd V* piekstroomcyclus: 1,57 (LC) 0 - 5 . (Dit drukt de tijd uit 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 een functie van de tijd.)

6. Energie van de spoel in joule: E=0.5U 2 .

7. Reactie bij open circuit 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 naartoe moet worden geleid, wat resulteert in een explosief veld van energieafgifte E x B.

Een krachtige puls van vele megawatts 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 benadering hier is om te experimenteren met het antenne-ontwerp voor optimale resultaten, waarbij u uw wiskundige kennis gebruikt om de basisparameters te verbeteren. Circuitschade is meestal het gevolg van een zeer hoge di/dt ("B"-veld) puls. Dit is een onderwerp voor discussie!

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

Een hoogenergetische RF-puls kan ook worden gegenereerd wanneer de uitgang van de pulsgenerator is gekoppeld aan een middengolfantenne van volledige grootte die is afgestemd op frequenties in het 1-1,5 MHz-bereik. Het werkelijke bereik bij een frequentie van 1 MHz is meer dan 150 m. Een dergelijk bereik kan voor veel experimenten te groot 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 reële elementen te verminderen met een afgestemde kwartgolfsectie, bestaande uit 75 m draad die met tussenpozen of met behulp van twee tot drie meter polyvinylchloride-buis PVC. Deze schakeling genereert een puls van laagfrequente energie.

Houd er rekening mee, zoals eerder vermeld, dat de gepulseerde uitvoer van dit systeem schade kan veroorzaken aan computers en alle apparaten met microprocessors en andere soortgelijke circuits op een aanzienlijke afstand. Wees altijd voorzichtig bij het testen en gebruiken van dit systeem, het kan apparaten in de buurt beschadigen. 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 in staat zijn voldoende energie te accumuleren om de vereiste hoge energiepuls van een bepaalde frequentie te genereren. Helaas zijn deze twee vereisten in strijd met elkaar, het is moeilijk om ze tegelijkertijd te vervullen. Hoge energie condensatoren zullen altijd meer inductantie hebben dan lage energie condensatoren. 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 gebruikt een condensator van 5 µF bij 50.000 V met een inductantie van 0,03 µH. De grondfrequentie 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

U kunt een multi-turn spoel gebruiken voor experimenten met lage frequenties met een dubbele antenne. Afmetingen worden bepaald door de luchtinductantieformule:

Rijst. 25.7. Een vonkbrug installeren om aan te sluiten op een antenne voor gebruik op lage frequentie

App-apparaat

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

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

Bronnen voor het kopen van componenten en onderdelen

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

schokgolf

Schokgolf (ZW)- een gebied van scherpe samengeperste lucht dat zich met supersonische snelheid in alle richtingen vanuit het centrum van de explosie verspreidt.

Hete dampen en gassen, die proberen uit te zetten, produceren een scherpe slag op de omringende luchtlagen, comprimeren ze tot 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 SW-front wordt gevolgd door een gebied van rarefactie, waar de druk lager is dan atmosferisch. Nabij het centrum van de explosie is de voortplantingssnelheid van het ZW enkele malen hoger dan de geluidssnelheid. Naarmate de afstand tot de explosie toeneemt, neemt de voortplantingssnelheid van de golven snel af. Op grote afstanden benadert de snelheid de snelheid van het geluid in de lucht.

De schokgolf van een munitie van gemiddeld vermogen passeert: de eerste kilometer in 1,4 s; de tweede - voor 4 s; vijfde - in 12 s.

Het schadelijke effect van koolwaterstoffen op mensen, apparatuur, gebouwen en constructies wordt gekenmerkt door: snelheidsdruk; overdruk in het schokfront en de tijd van de impact 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 toename van de luchtdruk, die wordt ervaren als een scherpe klap die leidt tot breuken, schade aan inwendige organen en scheuren van bloedvaten. Bij indirecte impact staan ​​mensen versteld van 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/cm 2) 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 en 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 hangt af 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 te beschermen tegen de impact van koolwaterstoffen, moet men gebruiken: geulen, scheuren en geulen, die het effect met 1,5-2 keer verminderen; dugouts - 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 is enkele milliseconden.

De belangrijkste parameters van EMR zijn stromen en spanningen die worden geïnduceerd in draden en kabellijnen, wat kan leiden tot schade en het uitschakelen 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 van een elektromagnetische puls is de afscherming van voedings- en stuurleidingen, evenals radio- en elektrische apparatuur.

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

De focus van nucleaire vernietiging is het gebied waarbinnen, als gevolg van het gebruik van kernwapens, massavernietiging en dood van mensen, landbouwhuisdieren 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 als gevolg van de interactie van gammastraling met de omgeving.

De belangrijkste parameters van EMR, als een schadelijke factor, zijn de sterke punten van de elektrische en magnetische velden. Tijdens lucht- en grondexplosies beperkt de dichte atmosfeer het verspreidingsgebied van gammaquanta, en de grootte van de EMP-bron valt ongeveer samen met het actiegebied van de doordringende straling. In de ruimte kan EMP de kwaliteit krijgen van een van de belangrijkste schadelijke factoren.

EMR heeft geen direct effect op een persoon.

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

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

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

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

Chemisch wapen.

Chemische wapens zijn giftige stoffen en middelen om ze toe te passen. Toepassingen zijn onder meer luchtbommen, patronen, raketkoppen, artilleriegranaten, chemische mijnen, vliegtuiggietmachines, aerosolgeneratoren en dergelijke.

De basis van chemische wapens zijn giftige stoffen (S) - giftige chemische verbindingen die mensen en dieren aantasten, 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 vloeibare of vaste toestand. Op het moment van aanmelding chemische wapens OV's gaan in een gevechtstoestand - stoom, aerosol of druppels en besmetten mensen via de ademhalingsorganen of - als ze het menselijk lichaam raken - via de huid.

Kenmerkend voor luchtverontreiniging met dampen en fijne aerosolen 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 die zich op het eenheidsgebied "s" van het geïnfecteerde oppervlak bevindt.

OV wordt geclassificeerd volgens de fysiologische effecten op de mens, het tactische doel, de snelheid van aanvang en duur van het schadelijke effect, toxicologische eigenschappen, enz.

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

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

2) OV-blaarwerking op de huid - mosterdgas. Het tast de huid, ogen, ademhalings- en spijsverteringsorganen aan - bij inslikken.

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

4) Verstikkende middelen - fosgeen. Het beïnvloedt de longen, veroorzaakt hun zwelling, verstikking.

5) OV psychochemische werking - BZ (B-Z). Het slaat door het ademhalingssysteem. 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, blaarvorming, algemeen giftige en verstikkende middelen zijn dodelijke middelen. OV van psycho-chemische en irritante actie - mensen tijdelijk uitschakelen.

Door de snelheid waarmee de schadelijke werking intreedt, worden snelwerkende middelen onderscheiden (sarin, soman, blauwzuur, SI-Es, SI-Er) en langzaam werkende middelen (Vi-X, mosterdgas, fosgeen, Bi- zet).

Volgens de duur van de OV zijn ze onderverdeeld in persistent en instabiel. Aanhoudend behouden het schadelijke effect enkele uren of dagen. Instabiel - enkele tientallen minuten.

Toksodoz - de hoeveelheid OM die nodig is om een ​​bepaald effect van schade 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 verontreinigde lucht, min.

Wanneer chemische munitie wordt gebruikt, wordt een primaire wolk van OM gevormd. 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 direct wordt getroffen door chemische wapens, en het gebied waarover een wolk zich verspreidt, besmet met gevaarlijke concentraties van agentia.

In de zone van chemische verontreiniging kunnen brandpunten van chemische schade optreden.

De focus van chemische schade- dit is het gebied waar als gevolg van de inslag van chemische wapens massavernietiging van mensen, landbouwhuisdieren en planten heeft plaatsgevonden.

Bescherming tegen giftige stoffen wordt bereikt door het gebruik van individuele middelen voor ademhalings- en huidbescherming, evenals collectieve middelen.

Speciale groepen chemische wapens omvatten binaire chemische munitie, 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 van een nucleaire explosie ioniseert sterk lucht omgeving, wat leidt tot het ontstaan ​​van krachtige elektromagnetische velden, die vanwege hun korte bestaan ​​meestal een elektromagnetische puls worden genoemd.

elektromagnetische puls wordt voornamelijk gevormd als resultaat van het Compton-mechanisme, waarvan de essentie als volgt is. Explosie gamma-quanta interageert met atomen omgeving, vormen langzame positieve ionen en snelle elektronen die bewegen in de richting van de gammastralen die ze veroorzaken. Hierdoor ontstaan ​​er vrije elektrische ladingen, stromen en velden in de omringende ruimte. Op hun beurt ioniseren snelle elektronen het medium ook, waardoor langzame elektronen en positief geladen ionen ontstaan. Hierdoor wordt het medium elektrisch geleidend. Onder invloed elektrisch veld gemaakt door snelle elektronen, beginnen langzame elektronen naar snelle elektronen te bewegen en een geleidingsstroom te vormen.

Met een asymmetrische uitgang en voortplanting van gammastraling, bijvoorbeeld veroorzaakt door de lucht-grondinterface tijdens een op de grond gebaseerde nucleaire explosie, geleidingsstromen in de nabije zone (op een afstand tot enkele kilometers van het centrum van de explosie ) sluiten door de grond en genereren een magnetisch veld. Tijdens luchtexplosies ontstaat asymmetrie in de distributie van gammastralen en bijgevolg de door hen gegenereerde stromen als gevolg van de inhomogene dichtheid van de atmosfeer langs de hoogte, het ontwerp van een kernwapen en een aantal andere redenen. In de tijd variërende elektromagnetische velden kunnen zich buiten de bron voortplanten en een stralingsveld vormen op grote afstanden van het centrum van de explosie.

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 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 enkelvoudig pulssignaal met een steil front en duurt tot tientallen milliseconden. De duur van het pulsfront, dat de tijd kenmerkt waarin het veld tot 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 zijn relatief snelle verzwakking. De pulsamplitude neemt evenredig af 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 amplitudes nemen af ​​met toenemende explosiehoogte. De amplitudes van de elektromagnetische puls van nucleaire explosies onder de grond en aan het oppervlak zijn veel kleiner dan de amplitudes van de elektromagnetische puls van explosies in de atmosfeer, dus het schadelijke effect ervan manifesteert zich praktisch niet tijdens deze explosies.

Het schadelijke effect van de elektromagnetische puls van een nucleaire explosie

Het schadelijke effect van de elektromagnetische puls van een nucleaire explosie 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 veelal 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 nucleaire explosie bevindt.

De meest gevoelige elementen van radio-elektronische en elektrische apparatuur (magnetische kernen, 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, evenals de kenmerken van het ontwerp, kunnen sommige tijdelijk of volledig hun werking verliezen, terwijl andere aanzienlijke interferentie kunnen veroorzaken in de werking van de apparatuur.

Dus voor sommige magnetische kernen gemaakt van mangaan-zinkferrieten en werkend in zwakke velden, is een relatief lange tijd voor het herstel van magnetische permeabiliteit kenmerkend, namelijk 30 minuten na blootstelling aan een gepulseerd magnetisch veld. Een verandering in de magnetische permeabiliteit van de kernen beïnvloedt de waarde van de inductantie van smoorspoelen en spoelen en bijgevolg de prestaties van de apparatuur als geheel

Bij piëzo-elektrische elementen verandert de frequentie van de kwartsresonator gedurende lange tijd als gevolg van de absorptie van de energie van het elektromagnetische veld. De prestaties van elektrovacuüm- en gasontladingsapparaten kunnen worden verminderd als gevolg van het optreden van spanningen en stromen op de klemmen door de impact van een elektromagnetische puls.

In het algemeen 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 omsluitende structuren van constructies, vliegtuigrompen, enz., waarin het zich bevindt, verzwakken aanzienlijk de opvallende werking van een elektromagnetische impuls. 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 uit geïnduceerde stromen en spanningen in kabellijnen en antenne-feeder-apparaten.

Bijzonder hoge spanningen en aanzienlijke stromen worden geïnduceerd in kabellijnen en antenne-aanvoerapparaten die zich buiten afgeschermde objecten bevinden. Dus bijvoorbeeld de amplitudewaarden van de spanning op de kernen van een kabellijn ten opzichte van hun metalen omhulsel, op voorwaarde dat de lijn zich in de buurt van het midden van een grondexplosie bevindt, kan tientallen kilovolts bereiken, en de stroom in de kabel metalen deksel kan tientallen kiloampère bereiken.

Geïnduceerde stromen en spanningen kunnen de toegestane niveaus overschrijden voor apparatuur die is aangesloten op kabellijnen en antenne-aanvoerapparaten. Als gevolg hiervan zal dergelijke apparatuur, die zich buiten het actiegebied van andere schadelijke factoren bevindt, worden beschadigd. De geïnduceerde stromen en spanningen kunnen ook leiden tot het verschijnen 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 meestal gekenmerkt door de drempelwaarde-schade-energie, de grenswaarde en de snelheid van stijging (steilheid) van de spanning (stroom) puls.

In het algemeen worden onomkeerbare en omkeerbare storingen van de apparatuur door de impact van een elektromagnetische puls onderscheiden. Onomkeerbare schade kan het gevolg zijn van thermische overbelasting of elektrische overspanning.

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

• burn-out van veiligheidsinzetstukken, weerstanden;
• vernietiging van de platen van keramische condensatoren en elektroden van vonkbruggen met laag vermogen;
• sinteren van contacten van zwakstroomrelais;
• breuk van draden op soldeerplaatsen (lassen);
• smelten van stroomvoerende en resistieve lagen van halfgeleiderinrichtingen.

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

Omkeerbare wijzigingen 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 van radio-elektrotechniek en elektrotechniek tegen de impact van impulsspanningen (stromen) verschilt in grote mate van elkaar. Dus om bijvoorbeeld transistors en diodes te beschadigen, is energie nodig van 10^-1 tot 10^-8 J, voor een relais 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 impulsen (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 microschakelingen);
• gemiddelde gevoeligheid (apparatuur, waaronder laagstroomrelais, elektrovacuümapparaten, transistors met gemiddeld en hoog vermogen);
• lage gevoeligheid (apparatuur van elektrische stroomapparatuur, elektromotoren en transformatoren, automatische machines, magneetschakelaars, relais en andere schakel- en beveiligingsapparatuur van stroomdistributienetwerken).

In het algemene geval hangen de impact op de apparatuur en de storingen ervan af van de parameters van de elektromagnetische puls, de weerstand van de apparatuur zelf, de elektrofysische eigenschappen van de bodem (geleidbaarheid, diëlektrische en magnetische permeabiliteit, doorslagspanning), de kenmerken van kabelproducten en antenne-aanvoerapparaten 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 optreden 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 in de afscherming langs de metalen afdekkingen van externe kabellijnen en van antenne-aanvoerapparaten.

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;
• van toepassing zijn speciale pijpen(buizen) voor het invoeren van kabellijnen in constructies; terwijl de buizen aan het hoofdscherm worden gelast;
• metalen afdekkingen van kabellijnen en antenne-aanvoerinrichtingen 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 antenne-aanvoerapparaten, zijn afleiders, 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, samen met algemene maatregelen om de elektrische veiligheid te waarborgen, is het noodzakelijk om de volgende aanvullende maatregelen te nemen: bedek de vloeren van werkruimten isolatiemateriaal; rationele aarding toepassen, die zorgt voor egalisatie van potentialen tussen delen van elektrische installaties, metalen constructies, rekken met apparatuur, schilden, blokken, enz., Die gelijktijdig door personeel kunnen worden aangeraakt; houd u strikt aan de veiligheidseisen voor de werking van gepulseerde elektrische ontladingsinstallaties bij het uitvoeren van werkzaamheden met betrekking tot 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 verband met elektrische en radio-elektronische apparatuur. Communicatie-, sein- en controlelijnen zijn het meest kwetsbaar. In dit geval kunnen isolatiestoringen, schade aan transformatoren, schade aan halfgeleiderapparaten, enz. optreden.

GESCHIEDENIS VAN HET PROBLEEM EN DE HUIDIGE STAND VAN KENNIS OP HET GEBIED VAN EMR

Om de complexiteit van de problemen van de dreiging van EMP en de maatregelen om ertegen te beschermen te begrijpen, is het noodzakelijk om kort de geschiedenis van de studie van deze 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 duidelijk vóór de eerste test van een nucleair apparaat in 1945. Tijdens de nucleaire explosies die eind jaren 50 en begin jaren 60 in de atmosfeer en ruimte de aanwezigheid van EMP werd experimenteel geregistreerd, maar de kwantitatieve kenmerken van de puls werden onvoldoende gemeten, ten eerste omdat er geen controle- en meetapparatuur was die een extreem krachtige electromagnetische straling, die zeer kort bestaat (miljoensten van een seconde), en ten tweede omdat in die jaren alleen vacuümapparaten werden gebruikt in radio-elektronische apparatuur, die weinig werden beïnvloed door EMR, waardoor de belangstelling voor zijn onderzoek werd verminderd.

De creatie van halfgeleiderapparaten en vervolgens geïntegreerde schakelingen, met name digitale technologieapparaten die daarop zijn gebaseerd, en de wijdverbreide introductie van fondsen in radio-elektronische militaire uitrusting 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 nucleaire explosie worden gamma- en röntgenstraling geproduceerd en wordt een stroom neutronen gevormd. Gammastraling 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, roterend ten opzichte van de krachtlijnen van dit veld, creëren ze stromen die EMP genereren. In dit geval wordt het EMR-veld coherent gesommeerd naar aardoppervlak, d.w.z. Het magnetisch veld van de aarde speelt een rol die vergelijkbaar is met een gefaseerde antenne-array. Als gevolg hiervan neemt de veldsterkte sterk toe en daarmee de EMP-amplitude in de gebieden ten zuiden en ten noorden van het epicentrum van de explosie. De duur van dit proces vanaf het moment van explosie is van 1 - 3 tot 100 ns.

In de volgende fase, die ongeveer 1 s 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 een tijdsperiode van 1 s tot enkele minuten duurt na de explosie, wordt EMP gegenereerd door het magnetohydrodynamische effect dat wordt gegenereerd door verstoringen van het aardmagnetisch veld door de geleidende vuurbal van de explosie. De EMR-intensiteit in dit stadium is erg klein en bedraagt ​​enkele tientallen volts per kilometer.

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

De amplitude van de spanning geïnduceerd door EMR 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 vector van de elektrische veldsterkte. Ja, spanning EMP-velden in hoogspanningslijnen kan 50 kV / m bereiken, wat zal leiden tot het verschijnen van stromen met een vermogen tot 12.000 ampère.

EMP wordt ook gegenereerd tijdens andere soorten nucleaire explosies - lucht en grond. Het is theoretisch 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 van het epicentrum weggaat.

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

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

De ideale bescherming tegen EMP zou de volledige afscherming zijn van de ruimte waarin de radio-elektronische apparatuur staat met een metalen scherm. Tegelijkertijd is duidelijk dat het in de praktijk in een aantal gevallen niet mogelijk is om een ​​dergelijke bescherming te bieden, aangezien voor de werking van apparatuur is het vaak nodig om de elektrische aansluiting te voorzien van: externe apparaten. Daarom worden minder betrouwbare beschermingsmiddelen gebruikt, zoals geleidende mazen of filmbekledingen voor ramen, honingraat metalen constructies voor luchtinlaten en ventilatie gaten en contactveerkussens geplaatst rond de omtrek van deuren en luiken.

Een complexer technisch probleem wordt beschouwd als 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 praktisch niet worden beïnvloed door EMR. De vervanging van halfgeleiderapparaten in het hele spectrum van hun functies door elektronenoptische apparaten is echter pas in de verre toekomst mogelijk. Daarom worden momenteel filters, waaronder vezelfilters, evenals vonkbruggen, metaaloxidevaristors en snelle zenerdiodes, het meest gebruikt als middel om kabelwartels te beschermen.

Al deze tools hebben zowel voor- als nadelen. Zo zijn capacitief-inductieve filters vrij effectief voor bescherming tegen EMI 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 overbelasting die optreedt onder invloed van spanningen en stromen geïnduceerd in de behuizing van het vliegtuig, de instrumentbehuizing en de kabelmantel.

Metaaloxidevaristors zijn halfgeleidercomponenten die hun geleidbaarheid bij hoge spanning sterk verhogen. Bij het gebruik van deze apparaten als bescherming tegen elektromagnetische straling moet echter rekening worden gehouden met hun onvoldoende hoge snelheid en verslechtering van de prestaties bij herhaalde blootstelling aan belastingen. Deze tekortkomingen zijn afwezig in snelle Zener-diodes, waarvan de werking is gebaseerd op een scherpe lawine-achtige verandering in weerstand van relatief hoge waarde bijna tot nul wanneer de daarop toegepaste spanning een bepaalde drempelwaarde overschrijdt. Bovendien verslechteren de kenmerken 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 maken van dergelijke connectoren, waarvan het ontwerp voorziet in speciale maatregelen die zorgen voor de vorming van filterelementen en de installatie van ingebouwde zenerdiodes. Een dergelijke oplossing draagt ​​bij aan het verkrijgen van zeer kleine waarden van capaciteit en inductantie, wat nodig is om bescherming te bieden 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 het gewicht en de afmetingen van het beveiligingsapparaat.

kooi van Faraday- een apparaat om apparatuur af te schermen van externe elektromagnetische velden. Het is meestal een geaarde kooi gemaakt van een sterk 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 onder invloed van dit veld te bewegen. Als resultaat krijgen 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 dus een veranderend elektrisch veld wordt geblokkeerd met behulp van een kooi van Faraday, zal er 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 zijn dikte 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 van de grootte van de openingen erin tot de golflengte van de uitwendige straling.
Voor kabelafscherming is het noodzakelijk om een ​​kooi van Faraday te maken met een goed geleidend oppervlak over de gehele lengte van de afgeschermde geleiders. Om ervoor te zorgen dat de kooi van Faraday effectief werkt, moet de grootte van de rastercel 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.