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    高空核爆炸產(chǎn)生的電磁脈沖及防護

    發(fā)布時(shí)間: 2022-12-27  點(diǎn)擊次數: 1042次

    1958年4月28日凌晨,美國拳師號航空母艦在太平洋比基尼環(huán)礁海岸約70 英里處航行,船員正準備發(fā)射一個(gè)高空氦氣球。事實(shí)上,這將是從船上發(fā)射的第17個(gè)高空氣球。但這個(gè)氣球有點(diǎn)不同,前16個(gè)氣球攜帶一些儀器和虛擬有效載荷,而附著(zhù)在這個(gè)氣球上的是一個(gè)1.7公斤的彈頭,代號為 Yucca。這是美國在1958年進(jìn)行的一系列核試驗。

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    Yucca是在地球大氣層上進(jìn)行的第一次核爆試驗。氣球發(fā)射大約一個(gè)半小時(shí)后,它到達了約26000米的高度。當兩架裝載儀器的 B-36 轟炸機在該地區盤(pán)旋時(shí),彈頭被引爆。飛機上的研究小組在過(guò)程中收集了各種數據,包括沖擊波的速度、對氣壓的影響以及釋放的核輻射量。此外,他們還從地面上的兩個(gè)位置測量爆產(chǎn)生的電磁波。

    自從第一次核爆以來(lái),人們就知道核爆會(huì )產(chǎn)生電磁脈沖(EMP)。但在這次之前,沒(méi)有人測量過(guò)高層大氣核爆產(chǎn)生的波。 這次任務(wù)他們記錄的內容遠遠超出了他們的預期,以至于多年來(lái)一直被認為是異?,F象。報告中提及其中一個(gè)監測站的估計電磁場(chǎng)強度約為儀器最大極限的5倍。

    5年后,美國物理學(xué)家康拉德·朗邁爾才提出了一個(gè)關(guān)于高空核爆產(chǎn)生的電磁脈沖的理論,該理論解釋了為什么空中比地面爆炸產(chǎn)生的電磁脈沖強幾個(gè)數量級,現在這個(gè)理論仍然被廣泛接受。從那時(shí)起,對核戰爭的恐懼不僅包括彈頭擊中人口稠密地區、摧毀城市和產(chǎn)生核輻射的情況,還包括在高層大氣中引爆彈頭,向其發(fā)射足夠強的EMP,這足以擾亂電子設備,甚至破壞電網(wǎng)。

    在2019年,一個(gè)名為電力研究所的能源組織資助了一項研究,試圖準確了解高空核EMP對電網(wǎng)可能發(fā)生的情況。這不是同類(lèi)研究中的一項,但它擁有我能找到的所有研究中豐富的工程細節。

    核電磁脈沖的組成

    幾乎在所有情況下,核爆都是不受歡迎的。這些事件本質(zhì)上是危險的,核爆的物理原理遠遠超出了我們的直覺(jué)。在高層大氣中尤其如此,核爆以一些非常的方式與地球磁場(chǎng)及其大氣相互作用,從而產(chǎn)生電磁脈沖。一個(gè)EMP實(shí)際上具有三個(gè)不同的組成部分,所有這些組成部分都是由不同的物理機制形成的,它們可能對地球表面產(chǎn)生顯著(zhù)不同的影響。

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    EMP的第一部分稱(chēng)為E1,這是核爆后立即出現的極快和強烈的脈沖。核爆期間釋放的伽馬射線(xiàn)與電子碰撞,使原子電離并產(chǎn)生電磁輻射爆發(fā)。當在大氣層高處引爆時(shí),地球磁場(chǎng)與這些自由電子相互作用,產(chǎn)生比在低海拔地區引爆強得多的電磁脈沖。E1脈沖在幾納秒內反復發(fā)生,這意味著(zhù)它分布在電磁頻譜的很大一部分中。E1脈沖通常會(huì )到達核爆視線(xiàn)范圍內的任何地方,對于高空爆發(fā),這可以覆蓋大片土地。 雖然像這樣的WQ不會(huì )損壞建筑物、人類(lèi)感覺(jué)不到,但E1脈沖會(huì )對電子設備產(chǎn)生巨大影響。

    E2脈沖比E1慢,因為它以不同的方式產(chǎn)生,這次是由伽馬射線(xiàn)和中子的相互作用產(chǎn)生的。事實(shí)證明,E2 脈沖與雷擊大致相當。事實(shí)上,許多雷擊比高空核爆產(chǎn)生的雷擊更強大。當然,電網(wǎng)并非不受雷電影響,但我們確實(shí)使用了大量的防雷技術(shù)。電網(wǎng)上的大多數設備已經(jīng)對一些高壓脈沖進(jìn)行了加固,因此雷擊通常不會(huì )造成太大的損壞。因此,E2 脈沖不會(huì )對我們的電力基礎設施構成威脅,尤其是與E1和E3相比。

    EMP 的最后一個(gè)組成部分稱(chēng)為 E3,再次與其他兩個(gè)有很大不同。它甚至根本不是一個(gè)脈沖,因為它是以不同的方式產(chǎn)生的。當上層大氣發(fā)生核爆時(shí),地球磁場(chǎng)會(huì )受到干擾和扭曲。隨著(zhù)核爆消散,磁場(chǎng)會(huì )在幾分鐘內慢慢恢復到原來(lái)的狀態(tài)。這類(lèi)似于太陽(yáng)風(fēng)暴對地球時(shí)發(fā)生的情況,大型太陽(yáng)事件可能比核EMP對電網(wǎng)構成更大的威脅。

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    那么這些脈沖會(huì )造成什么破壞?電力研究所模擬了在200公里高度引爆的1兆噸的測試。他們估計,大約5%的輸電線(xiàn)路可能有一個(gè)繼電器,該繼電器會(huì )被由此產(chǎn)生的E1損壞,僅憑這一點(diǎn)可能還不足以導致電網(wǎng)大規模停電。但由于變壓器鐵芯飽和和電力供需失衡,E3可能導致區域性停電。

     

    Transtector和Polyphaser推出了針對電源和信號的可以防護高空核磁爆HEMP的產(chǎn)品,防護等級包含E1,E2和E3。

     

     

     

     

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