Was ist ein elektromagnetischer Impuls? Ultrastarke gepulste Magnetfelder. Allgemeiner Schutz vor elektromagnetischer Strahlung

Schockwelle

Stoßwelle (SW)- ein Bereich stark komprimierter Luft, der sich vom Zentrum der Explosion mit Überschallgeschwindigkeit in alle Richtungen ausbreitet.

Heiße Dämpfe und Gase, die sich ausdehnen wollen, erzeugen einen scharfen Schlag auf die umgebenden Luftschichten, komprimieren sie auf hohe Drücke und Dichten und erhitzen sie auf eine hohe Temperatur (mehrere Zehntausend Grad). Diese Druckluftschicht stellt eine Stoßwelle dar. Die vordere Grenze der Druckluftschicht wird Stoßwellenfront genannt. Auf die Schockfront folgt eine Region der Verdünnung, in der der Druck unter dem Atmosphärendruck liegt. In der Nähe des Explosionszentrums ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Stoßwellen um ein Vielfaches höher als die Schallgeschwindigkeit. Mit zunehmender Entfernung von der Explosion nimmt die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung schnell ab. Bei großen Entfernungen nähert sich seine Geschwindigkeit der Schallgeschwindigkeit in der Luft.

Die Stoßwelle mittelstarker Munition legt zurück: den ersten Kilometer in 1,4 s; der zweite - in 4 s; fünfter - in 12 s.

Die schädliche Wirkung von Kohlenwasserstoffen auf Menschen, Geräte, Gebäude und Bauwerke ist gekennzeichnet durch: Geschwindigkeitsdruck; Überdruck an der Vorderseite der Stoßwellenbewegung und der Zeitpunkt ihres Auftreffens auf das Objekt (Kompressionsphase).

Die Auswirkungen von Kohlenwasserstoffen auf den Menschen können direkt und indirekt sein. Bei einem direkten Aufprall ist die Verletzungsursache ein sofortiger Anstieg des Luftdrucks, der als starker Schlag wahrgenommen wird und zu Brüchen, Schäden an inneren Organen und Blutgefäßbrüchen führt. Bei indirekter Exposition werden Menschen durch herumfliegende Trümmer von Gebäuden und Bauwerken, Steine, Bäume, Glasscherben und andere Gegenstände beeinträchtigt. Indirekte Auswirkungen erreichen 80 % aller Läsionen.

Bei einem Überdruck von 20–40 kPa (0,2–0,4 kgf/cm2) können ungeschützte Personen leichte Verletzungen (leichte Prellungen und Prellungen) erleiden. Die Einwirkung von Kohlenwasserstoffen mit einem Überdruck von 40-60 kPa führt zu mittelschweren Schäden: Bewusstlosigkeit, Schädigung der Hörorgane, schwere Luxationen der Gliedmaßen, Schädigung innerer Organe. Bei Überdrücken über 100 kPa kommt es zu extrem schweren Verletzungen, oft tödlich.

Der Grad der Beschädigung verschiedener Objekte durch Stoßwellen hängt von der Stärke und Art der Explosion, der mechanischen Festigkeit (Stabilität des Objekts) sowie von der Entfernung, in der die Explosion stattfand, dem Gelände und der Position der Objekte auf dem Boden ab.

Zum Schutz vor den Auswirkungen von Kohlenwasserstoffen sollten Folgendes verwendet werden: Gräben, Risse und Gräben, wodurch dieser Effekt um das 1,5- bis 2-fache reduziert wird; Unterstände - 2-3 Mal; Unterstände - 3-5 Mal; Keller von Häusern (Gebäuden); Gelände (Wald, Schluchten, Mulden usw.).

Elektromagnetischer Impuls (EMP) ist eine Reihe elektrischer und magnetischer Felder, die durch die Ionisierung von Atomen des Mediums unter dem Einfluss von Gammastrahlung entstehen. Seine Wirkungsdauer beträgt mehrere Millisekunden.

Die Hauptparameter der EMR sind in Drähten und Kabelleitungen induzierte Ströme und Spannungen, die zu Schäden und Ausfällen elektronischer Geräte und manchmal auch zu Schäden an Personen führen können, die mit den Geräten arbeiten.

Bei Boden- und Luftexplosionen wird die schädigende Wirkung des elektromagnetischen Impulses in einer Entfernung von mehreren Kilometern vom Zentrum der nuklearen Explosion beobachtet.

Der wirksamste Schutz gegen elektromagnetische Impulse ist die Abschirmung von Stromversorgungs- und Steuerleitungen sowie Funk- und Elektrogeräten.

Die Situation, die entsteht, wenn Atomwaffen in zerstörten Gebieten eingesetzt werden.

Eine Brutstätte nuklearer Zerstörung ist ein Gebiet, in dem es infolge des Einsatzes von Atomwaffen zu Massenverlusten und Todesfällen von Menschen, Nutztieren und Pflanzen, Zerstörung und Beschädigung von Gebäuden und Bauwerken, Versorgungs-, Energie- und Technologienetzen und -leitungen kommt. Transportkommunikation und andere Objekte traten auf.

Die schädigende Wirkung eines elektromagnetischen Impulses (EMP) entsteht durch das Auftreten induzierter Spannungen und Ströme in verschiedenen Leitern. Die Wirkung von EMR zeigt sich vor allem in Bezug auf elektrische und radioelektronische Geräte. Am anfälligsten sind Kommunikations-, Signal- und Steuerleitungen. In diesem Fall kann es zu Isolationsstörungen, Schäden an Transformatoren, Schäden an Halbleiterbauelementen usw. kommen.

GESCHICHTE DES THEMA UND AKTUELLER WISSENSTAND IM BEREICH EMP

Um die Komplexität der Probleme der EMP-Bedrohung und der Maßnahmen zu ihrem Schutz zu verstehen, ist es notwendig, kurz die Geschichte der Erforschung dieses physikalischen Phänomens und den aktuellen Wissensstand auf diesem Gebiet zu betrachten.

Die Tatsache, dass eine nukleare Explosion zwangsläufig von elektromagnetischer Strahlung begleitet sein würde, war theoretischen Physikern bereits vor dem ersten Test einer Atombombe im Jahr 1945 klar. Bei nuklearen Explosionen in der Atmosphäre und im Weltraum in den späten 50er und frühen 60er Jahren wurde das Vorhandensein elektromagnetischer Strahlung experimentell erfasst. Die quantitativen Eigenschaften des Impulses konnten jedoch nicht ausreichend gemessen werden, zum einen, weil es keine geeigneten Kontroll- und Messgeräte gab Möglichkeit, extrem starke elektromagnetische Strahlung aufzuzeichnen, die nur für eine extrem kurze Zeit (Millionstelsekunden) existierte, und zweitens, weil in jenen Jahren in radioelektronischen Geräten nur Elektrovakuumgeräte verwendet wurden, die wenig anfällig für die Auswirkungen von EMR waren, die vermindertes Interesse an seinem Studium.

Die Entwicklung von Halbleitergeräten und dann integrierten Schaltkreisen, insbesondere darauf basierenden digitalen Geräten, sowie die weit verbreitete Einführung von Mitteln in elektronische Militärausrüstung zwangen Militärspezialisten dazu, die EMP-Bedrohung anders einzuschätzen. Seit 1970 betrachtet das Verteidigungsministerium Fragen des Schutzes von Waffen und militärischer Ausrüstung vor EMP als höchste Priorität.

Der Mechanismus zur Erzeugung von EMR ist wie folgt. Bei einer Kernexplosion werden Gamma- und Röntgenstrahlung erzeugt und es entsteht ein Neutronenfluss. Gammastrahlung, die mit Molekülen atmosphärischer Gase interagiert, schlägt ihnen sogenannte Compton-Elektronen aus. Erfolgt die Explosion in einer Höhe von 20-40 km, werden diese Elektronen vom Erdmagnetfeld eingefangen und erzeugen, rotierend relativ zu den Kraftlinien dieses Feldes, Ströme, die EMR erzeugen. In diesem Fall summiert sich das EMR-Feld kohärent zur Erdoberfläche hin, d.h. Das Erdmagnetfeld spielt eine ähnliche Rolle wie eine Phased-Array-Antenne. Dadurch steigt die Feldstärke und damit die Amplitude der EMR in den Gebieten südlich und nördlich des Epizentrums der Explosion stark an. Die Dauer dieses Prozesses vom Moment der Explosion an beträgt 1 - 3 bis 100 ns.

In der nächsten Phase, die etwa 1 μs bis 1 s dauert, entsteht EMR durch Compton-Elektronen, die durch wiederholt reflektierte Gammastrahlung aus Molekülen herausgeschlagen werden, und durch die unelastische Kollision dieser Elektronen mit dem bei der Explosion emittierten Neutronenstrom.

In diesem Fall fällt die EMR-Intensität etwa drei Größenordnungen niedriger aus als in der ersten Stufe.

Im Endstadium, das nach der Explosion einen Zeitraum von 1 s bis zu mehreren Minuten dauert, wird EMR durch den magnetohydrodynamischen Effekt erzeugt, der durch Störungen des Erdmagnetfelds durch den leitenden Feuerball der Explosion erzeugt wird. Die Intensität der EMR ist in diesem Stadium sehr gering und beträgt mehrere zehn Volt pro Kilometer.

Die größte Gefahr für radioelektronische Geräte stellt die erste Stufe der EMR-Erzeugung dar, bei der nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion aufgrund des extrem schnellen Anstiegs der Impulsamplitude (das Maximum wird 3 - 5 ns nach der Explosion erreicht) ), kann die induzierte Spannung auf Höhe der Erdoberfläche mehrere zehn Kilovolt pro Meter erreichen und nimmt allmählich ab, je weiter sie sich vom Epizentrum der Explosion entfernt.

Die Amplitude der durch EMR in Leitern induzierten Spannung ist proportional zur Länge des in seinem Feld befindlichen Leiters und hängt von seiner Ausrichtung relativ zum elektrischen Feldstärkevektor ab. So kann die EMR-Feldstärke in Hochspannungsleitungen 50 kV/m erreichen, was zum Auftreten von Strömen von bis zu 12.000 Ampere in ihnen führt.

EMPs werden auch bei anderen Arten nuklearer Explosionen erzeugt – in der Luft und am Boden. Es wurde theoretisch festgestellt, dass ihre Intensität in diesen Fällen vom Grad der Asymmetrie der räumlichen Parameter der Explosion abhängt. Daher ist eine Luftexplosion im Hinblick auf die Erzeugung von EMP am wenigsten effektiv. Der EMP einer Bodenexplosion hat eine hohe Intensität, nimmt jedoch schnell ab, wenn er sich vom Epizentrum entfernt.

Da Schwachstromschaltkreise und elektronische Geräte normalerweise mit Spannungen von mehreren Volt und Strömen von bis zu mehreren zehn Milliampere arbeiten, ist es für ihren absolut zuverlässigen Schutz vor elektromagnetischen Störungen erforderlich, die Stärke von Strömen und Spannungen in Kabeln um bis zu zu reduzieren sechs Größenordnungen.

MÖGLICHE WEGE ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS DES EMP-SCHUTZES

Der ideale Schutz vor EMR wäre, den Raum, in dem sich die radioelektronischen Geräte befinden, vollständig mit einer Metallabschirmung abzudecken. Gleichzeitig ist klar, dass es in manchen Fällen praktisch unmöglich ist, einen solchen Schutz zu gewährleisten, weil Für den Betrieb von Geräten ist häufig eine elektrische Kommunikation mit externen Geräten erforderlich. Daher werden weniger zuverlässige Schutzmaßnahmen verwendet, wie zum Beispiel leitfähige Netz- oder Folienabdeckungen für Fenster, wabenförmige Metallstrukturen für Lufteinlässe und Lüftungsöffnungen sowie Kontaktfederdichtungen, die um den Umfang von Türen und Luken herum angebracht sind.

Als komplexeres technisches Problem gilt der Schutz vor dem Eindringen elektromagnetischer Strahlung in Geräte durch verschiedene Kabeleinführungen. Eine radikale Lösung dieses Problems könnte der Übergang von elektrischen Kommunikationsnetzen zu Glasfasernetzen sein, die praktisch nicht von EMR betroffen sind. Der Ersatz von Halbleiterbauelementen in ihrem gesamten Funktionsumfang durch elektrooptische Bauelemente ist jedoch erst in ferner Zukunft möglich. Daher werden derzeit am häufigsten Filter, darunter Faserfilter, aber auch Funkenstrecken, Metalloxid-Varistoren und Hochgeschwindigkeits-Zenerdioden zum Schutz von Kabeleinführungen eingesetzt.

Alle diese Mittel haben sowohl Vor- als auch Nachteile. Daher sind kapazitiv-induktive Filter sehr wirksam zum Schutz vor elektromagnetischen Störungen geringer Intensität, und Faserfilter schützen in einem relativ engen Bereich ultrahoher Frequenzen. Funkenstrecken haben eine erhebliche Trägheit und eignen sich hauptsächlich zum Schutz vor Überlastungen, die unter dem Einfluss von Spannungen und Spannungen entstehen Im Gehäuse Flugzeug, Gerätegehäuse und Kabelummantelung induzierte Ströme.

Metalloxid-Varistoren sind Halbleiterbauelemente, deren Leitfähigkeit bei hoher Spannung stark ansteigt. Bei der Verwendung dieser Geräte als Mittel zum Schutz vor elektromagnetischen Störungen sollte jedoch deren unzureichende Leistung und Verschlechterung der Eigenschaften bei wiederholter Belastung berücksichtigt werden. Diese Nachteile fehlen bei Hochgeschwindigkeits-Zenerdioden, deren Funktionsweise auf einer starken lawinenartigen Widerstandsänderung von einem relativ hohen Wert auf nahezu Null beruht, wenn die an sie angelegte Spannung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Darüber hinaus verschlechtern sich die Eigenschaften von Zener-Dioden im Gegensatz zu Varistoren nicht, wenn sie wiederholt hohen Spannungen und Modusumschaltungen ausgesetzt werden.

Der rationalste Ansatz zur Entwicklung von Mitteln zum Schutz von Kabelverschraubungen gegen elektromagnetische Störungen besteht darin, solche Steckverbinder zu schaffen, deren Konstruktion besondere Maßnahmen zur Gewährleistung der Bildung von Filterelementen und den Einbau eingebauter Zenerdioden umfasst. Diese Lösung trägt dazu bei, sehr kleine Kapazitäts- und Induktivitätswerte zu erhalten, was zum Schutz vor Impulsen von kurzer Dauer und damit einer starken Hochfrequenzkomponente erforderlich ist. Durch die Verwendung von Steckverbindern dieser Bauart wird das Problem der Begrenzung der Gewichts- und Größeneigenschaften des Schutzgeräts gelöst.

Faradayscher Käfig- ein Gerät zur Abschirmung von Geräten vor externen elektromagnetischen Feldern. Normalerweise handelt es sich um einen geerdeten Käfig aus hochleitfähigem Material.

Das Funktionsprinzip eines Faradayschen Käfigs ist sehr einfach: Wenn eine geschlossene elektrisch leitende Hülle in ein elektrisches Feld eintritt, beginnen sich die freien Elektronen der Hülle unter dem Einfluss dieses Feldes zu bewegen. Dadurch erhalten die gegenüberliegenden Seiten der Zelle Ladungen, deren Feld das äußere Feld kompensiert.

Ein Faradayscher Käfig schützt nur vor elektrischen Feldern. Das statische Magnetfeld dringt in das Innere ein. Ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein sich änderndes Magnetfeld, das wiederum ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt. Wenn also ein sich änderndes elektrisches Feld mit einem Faradayschen Käfig blockiert wird, wird auch kein sich änderndes Magnetfeld erzeugt.

Im Hochfrequenzbereich basiert die Wirkung eines solchen Schirms jedoch auf der Reflexion elektromagnetischer Wellen von der Oberfläche des Schirms und der Dämpfung hochfrequenter Energie in seiner Dicke aufgrund von Wärmeverlusten aufgrund von Wirbelströmen.

Die Fähigkeit eines Faradayschen Käfigs, elektromagnetische Strahlung abzuschirmen, wird bestimmt durch:
die Dicke des Materials, aus dem es besteht;
Tiefe der Oberflächenwirkung;
das Verhältnis der Größe der Öffnungen darin zur Wellenlänge der externen Strahlung.
Um ein Kabel abzuschirmen, ist es notwendig, über die gesamte Länge der abgeschirmten Leiter einen Faradayschen Käfig mit einer hochleitfähigen Oberfläche zu schaffen. Damit ein Faradayscher Käfig effektiv funktioniert, muss die Maschenweite des Gitters deutlich kleiner sein als die Wellenlänge der Strahlung, vor der geschützt werden soll. Das Funktionsprinzip des Geräts basiert auf der Umverteilung von Elektronen in einem Leiter unter dem Einfluss eines elektromagnetischen Feldes.

Elektromagnetischer Puls

Schockwelle

Stoßwelle (SW)- ein Bereich stark komprimierter Luft, der sich vom Zentrum der Explosion mit Überschallgeschwindigkeit in alle Richtungen ausbreitet.

Heiße Dämpfe und Gase, die sich ausdehnen wollen, erzeugen einen scharfen Schlag auf die umgebenden Luftschichten, komprimieren sie auf hohe Drücke und Dichten und erhitzen sie auf eine hohe Temperatur (mehrere Zehntausend Grad). Diese Druckluftschicht stellt eine Stoßwelle dar. Die vordere Grenze der Druckluftschicht wird üblicherweise Stoßwellenfront genannt. Auf die Schockfront folgt eine Region der Verdünnung, in der der Druck unter dem Atmosphärendruck liegt. In der Nähe des Explosionszentrums ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Stoßwellen um ein Vielfaches höher als die Schallgeschwindigkeit. Mit zunehmender Entfernung von der Explosion nimmt die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung schnell ab. Bei großen Entfernungen nähert sich seine Geschwindigkeit der Schallgeschwindigkeit in der Luft.

Die Stoßwelle mittelstarker Munition legt zurück: den ersten Kilometer in 1,4 s; der zweite - in 4 s; fünfter - in 12 s.

Die schädliche Wirkung von Kohlenwasserstoffen auf Menschen, Geräte, Gebäude und Bauwerke ist gekennzeichnet durch: Geschwindigkeitsdruck; Überdruck an der Vorderseite der Stoßwellenbewegung und der Zeitpunkt ihres Auftreffens auf das Objekt (Kompressionsphase).

Die Auswirkungen von Kohlenwasserstoffen auf den Menschen sollten direkt und indirekt sein. Bei einem direkten Aufprall ist die Verletzungsursache ein sofortiger Anstieg des Luftdrucks, der als starker Schlag wahrgenommen wird und zu Brüchen, Schäden an inneren Organen und Ruptur von Blutgefäßen führt. Bei indirekter Exposition werden Menschen durch herumfliegende Trümmer von Gebäuden und Bauwerken, Steine, Bäume, Glasscherben und andere Gegenstände beeinträchtigt. Indirekte Auswirkungen erreichen 80 % aller Läsionen.

Bei einem Überdruck von 20–40 kPa (0,2–0,4 kgf/cm2) können ungeschützte Personen leichte Verletzungen (leichte Prellungen und Prellungen) erleiden. Die Einwirkung von Kohlenwasserstoffen mit einem Überdruck von 40-60 kPa führt zu mittelschweren Schäden: Bewusstlosigkeit, Schädigung der Hörorgane, schwere Luxationen der Gliedmaßen, Schädigung innerer Organe. Bei Überdrücken über 100 kPa kommt es zu extrem schweren Verletzungen, oft tödlich.

Der Grad der Beschädigung verschiedener Objekte durch Stoßwellen hängt von der Stärke und Art der Explosion, der mechanischen Festigkeit (Stabilität des Objekts) sowie von der Entfernung, in der die Explosion stattfand, dem Gelände und der Position der Objekte auf dem Boden ab.

Zum Schutz vor den Auswirkungen von Kohlenwasserstoffen sollten Folgendes verwendet werden: Gräben, Risse und Gräben, wodurch dieser Effekt um das 1,5- bis 2-fache reduziert wird; Unterstände - 2-3 Mal; Unterstände - 3-5 Mal; Keller von Häusern (Gebäuden); Gelände (Wald, Schluchten, Mulden usw.).

Elektromagnetischer Impuls (EMP) ist eine Reihe elektrischer und magnetischer Felder, die durch die Ionisierung von Atomen des Mediums unter dem Einfluss von Gammastrahlung entstehen. Seine Wirkungsdauer beträgt mehrere Millisekunden.

Die Hauptparameter der EMR sind in Drähten und Kabelleitungen induzierte Ströme und Spannungen, die zu Schäden und Ausfällen elektronischer Geräte und manchmal auch zu Schäden an Personen führen können, die mit den Geräten arbeiten.

Bei Boden- und Luftexplosionen wird die schädigende Wirkung des elektromagnetischen Impulses in einer Entfernung von mehreren Kilometern vom Zentrum der nuklearen Explosion beobachtet.

Der wirksamste Schutz gegen elektromagnetische Impulse ist die Abschirmung von Stromversorgungs- und Steuerleitungen sowie Funk- und Elektrogeräten.

Die Situation, die entsteht, wenn Atomwaffen in zerstörten Gebieten eingesetzt werden.

Eine Brutstätte nuklearer Zerstörung ist ein Gebiet, in dem es infolge des Einsatzes von Atomwaffen zu Massenverlusten und Todesfällen von Menschen, Nutztieren und Pflanzen, Zerstörung und Beschädigung von Gebäuden und Bauwerken, Versorgungs-, Energie- und Technologienetzen und -leitungen kommt. Transportkommunikation und andere Objekte traten auf.

Elektromagnetischer Impuls – Konzept und Typen. Klassifizierung und Merkmale der Kategorie „Elektromagnetischer Impuls“ 2017, 2018.

Einführung.

Um die Komplexität der Probleme der EMP-Bedrohung und der Maßnahmen zu ihrem Schutz zu verstehen, ist es notwendig, kurz die Geschichte der Erforschung dieses physikalischen Phänomens und den aktuellen Wissensstand auf diesem Gebiet zu betrachten.

Die Tatsache, dass eine nukleare Explosion notwendigerweise von elektromagnetischer Strahlung begleitet sein würde, war theoretischen Physikern bereits vor dem ersten Test einer Atombombe im Jahr 1945 klar. Bei nuklearen Explosionen in der Atmosphäre und im Weltraum in den späten 50er und frühen 60er Jahren wurde das Vorhandensein elektromagnetischer Strahlung experimentell erfasst.

Die quantitativen Eigenschaften des Impulses wurden jedoch nur unzureichend gemessen, erstens, weil es keine Kontroll- und Messgeräte gab, die in der Lage waren, extrem starke elektromagnetische Strahlung zu erfassen, die für eine extrem kurze Zeit (Millionstelsekunden) existierte, und zweitens, weil in diesen Jahren In radioelektronischen Geräten wurden nur elektrische Vakuumgeräte verwendet, die wenig anfällig für die Auswirkungen elektromagnetischer Strahlung sind, was das Interesse an der Studie verringerte. Die Entwicklung von Halbleitergeräten und dann integrierten Schaltkreisen, insbesondere darauf basierenden digitalen Geräten, sowie die weit verbreitete Einführung von Mitteln in elektronische Militärausrüstung zwangen Militärspezialisten dazu, die EMP-Bedrohung anders einzuschätzen.

Beschreibung der EMR-Physik.

Der Mechanismus zur Erzeugung von EMR ist wie folgt. Bei einer Kernexplosion werden Gamma- und Röntgenstrahlung erzeugt und es entsteht ein Neutronenfluss. Gammastrahlung, die mit Molekülen atmosphärischer Gase interagiert, schlägt ihnen sogenannte Compton-Elektronen aus. Erfolgt die Explosion in einer Höhe von 20-40 km, werden diese Elektronen vom Erdmagnetfeld eingefangen und erzeugen, rotierend relativ zu den Kraftlinien dieses Feldes, Ströme, die EMR erzeugen. In diesem Fall summiert sich das EMR-Feld kohärent zur Erdoberfläche hin, d.h. Das Erdmagnetfeld spielt eine ähnliche Rolle wie eine Phased-Array-Antenne. Dadurch steigt die Feldstärke und damit die Amplitude der EMR in den Gebieten südlich und nördlich des Epizentrums der Explosion stark an. Die Dauer dieses Prozesses vom Moment der Explosion an beträgt 1 - 3 bis 100 ns.

In der nächsten Phase, die etwa 1 μs bis 1 s dauert, entsteht EMR durch Compton-Elektronen, die durch wiederholt reflektierte Gammastrahlung aus Molekülen herausgeschlagen werden, und durch die unelastische Kollision dieser Elektronen mit dem bei der Explosion emittierten Neutronenstrom. In diesem Fall fällt die EMR-Intensität etwa drei Größenordnungen niedriger aus als in der ersten Stufe.

Im Endstadium, das nach der Explosion einen Zeitraum von 1 s bis zu mehreren Minuten dauert, wird EMR durch den magnetohydrodynamischen Effekt erzeugt, der durch Störungen des Erdmagnetfelds durch den leitenden Feuerball der Explosion erzeugt wird. Die Intensität der EMR ist in diesem Stadium sehr gering und beträgt mehrere zehn Volt pro Kilometer.

Die größte Gefahr für radioelektronische Geräte stellt die erste Stufe der EMR-Erzeugung dar, bei der nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion aufgrund des extrem schnellen Anstiegs der Impulsamplitude (das Maximum wird 3 - 5 ns nach der Explosion erreicht) ), kann die induzierte Spannung auf Höhe der Erdoberfläche mehrere zehn Kilovolt pro Meter erreichen und nimmt allmählich ab, je weiter sie sich vom Epizentrum der Explosion entfernt. Zusätzlich zu einer vorübergehenden Funktionsstörung (Funktionsunterdrückung) elektronischer Geräte, die eine spätere Wiederherstellung ihrer Funktionalität ermöglicht, können EMP-Waffen eine physische Zerstörung (funktionaler Schaden) von Halbleiterelementen elektronischer Geräte verursachen, auch im ausgeschalteten Zustand.

Zu beachten ist auch die Möglichkeit einer schädigenden Wirkung starker EMR-Strahlung von Waffen auf elektrische und elektrische Energiesysteme von Waffen und militärischer Ausrüstung (WME), elektronische Zündsysteme von Verbrennungsmotoren (Abb. 1). Ströme, die durch ein elektromagnetisches Feld in den Stromkreisen von an Munition angebrachten Elektro- oder Funksicherungen angeregt werden, können ein Ausmaß erreichen, das ausreicht, um diese auszulösen. Hochenergieströme sind in der Lage, die Detonation von Explosivstoffen (HE), Sprengköpfen von Raketen, Bomben und Artilleriegeschossen sowie die berührungslose Detonation von Minen in einem Umkreis von 50–60 m vom Detonationspunkt mittelkalibriger EMP auszulösen Munition (100–120 mm).

Abb. 1. Zwangsstopp eines Autos mit elektronischer Zündanlage.

Bei der schädigenden Wirkung von EMP-Waffen auf das Personal handelt es sich in der Regel um die Auswirkungen einer vorübergehenden Störung der ausreichenden Sensomotorik eines Menschen, das Auftreten von Fehlhandlungen in seinem Verhalten bis hin zum Verlust der Arbeitsfähigkeit. Es ist wichtig, dass die negativen Auswirkungen der starken ultrakurzen Mikrowellenimpulse nicht unbedingt mit der thermischen Zerstörung lebender Zellen biologischer Objekte verbunden sind. Der schädigende Faktor ist häufig die hohe Intensität des auf Zellmembranen induzierten elektrischen Feldes, vergleichbar mit der natürlichen quasistatischen Intensität des eigenen elektrischen Feldes intrazellulärer Ladungen. Dies wurde in Tierversuchen bereits bei einer Dichte pulsmodulierter Mikrowellenbestrahlung festgestellt Auf der Oberfläche von biologischem Gewebe hat eine Strahlung von 1,5 mW/cm2 zu einer signifikanten Veränderung der elektrischen Potentiale des Gehirns geführt. Die Aktivität von Nervenzellen verändert sich unter dem Einfluss eines einzelnen Mikrowellenimpulses mit einer Dauer von 0,1 bis 100 ms, wenn die Energiedichte darin 100 mJ/cm2 erreicht. Die Folgen eines solchen Einflusses auf den Menschen sind noch nicht gut untersucht, es ist jedoch bekannt, dass die Bestrahlung mit Mikrowellenimpulsen manchmal zu Schallhalluzinationen führt und bei erhöhter Leistung sogar Bewusstlosigkeit möglich ist.

Die Amplitude der durch EMR in Leitern induzierten Spannung ist proportional zur Länge des in seinem Feld befindlichen Leiters und hängt von seiner Ausrichtung relativ zum elektrischen Feldstärkevektor ab.

So kann die EMR-Feldstärke in Hochspannungsleitungen 50 kV/m erreichen, was zum Auftreten von Strömen von bis zu 12.000 Ampere in ihnen führt.

EMPs werden auch bei anderen Arten nuklearer Explosionen erzeugt – in der Luft und am Boden. Es wurde theoretisch festgestellt, dass ihre Intensität in diesen Fällen vom Grad der Asymmetrie der räumlichen Parameter der Explosion abhängt. Daher ist eine Luftexplosion im Hinblick auf die Erzeugung von EMP am wenigsten effektiv. Der EMP einer Bodenexplosion hat eine hohe Intensität, nimmt jedoch schnell ab, wenn er sich vom Epizentrum entfernt.

Da die Sammlung experimenteller Daten bei unterirdischen Atomtests technisch sehr aufwendig und teuer ist, erfolgt die Lösung des Datensatzes durch Methoden und Mittel der physikalischen Modellierung.

Quellen von EMP (nicht-tödliche Waffen). EMP-Waffen können sowohl in Form stationärer und mobiler elektronisch gerichteter Strahlungskomplexe als auch in Form elektromagnetischer Munition (EMM) hergestellt werden, die mithilfe von Artilleriegeschossen, Minen, Lenkflugkörpern (Abb. 2) und Fliegerbomben an das Ziel geliefert werden. usw.

Mit einem stationären Generator können Sie EMR mit horizontaler Polarisation des elektrischen Feldes reproduzieren. Es umfasst einen elektrischen Hochspannungsimpulsgenerator (4 MV), eine symmetrische Dipolantenne auf zwei Masten und einen offenen Betontestbereich. Die Installation gewährleistet die Bildung von EMR mit Feldstärken von 35 bzw. 50 kV/m über dem Testgelände (in Höhen von 3 und 10 m).

Der mobile (transportable) HPDII-Generator ist für die Simulation horizontal polarisierter EMR konzipiert. Es umfasst einen Hochspannungsimpulsgenerator und eine symmetrische Dipolantenne, die auf einer Anhängerplattform montiert sind, sowie Datenerfassungs- und -verarbeitungsgeräte, die in einem separaten Transporter untergebracht sind.

EMB basiert auf Methoden zur Umwandlung der chemischen Energie von Explosionen, Verbrennungen und elektrischer Gleichstromenergie in die Energie eines leistungsstarken elektromagnetischen Feldes. Die Lösung des Problems der Herstellung von EMP-Munition hängt zunächst mit dem Vorhandensein kompakter Strahlungsquellen zusammen, die sich in den Gefechtskopfkammern von Lenkflugkörpern sowie in Artilleriegeschossen befinden könnten.

Als kompakteste Energiequelle für EMB gelten heute spiralexplosive Magnetgeneratoren (EMG) bzw. Generatoren mit explosionsartiger Kompression des Magnetfeldes, die hinsichtlich Masse (100 kJ/kg) und Volumen die beste spezifische Energiedichte aufweisen ( 10 kJ/cm3) sowie explosive magnetodynamische Generatoren (MDG). Beim VMG wird mit Hilfe eines Sprengstoffs die Explosionsenergie umgewandelt

in Magnetfeldenergie mit einem Wirkungsgrad von bis zu 10 %, bei optimaler Wahl der VMG-Parameter sogar bis zu 20 %. Dieser Gerätetyp ist in der Lage, Impulse mit einer Energie von mehreren zehn Megajoule und einer Dauer von bis zu 100 μs zu erzeugen. Die maximale Strahlungsleistung kann 10 TW erreichen. EMGs können autonom oder als eine der Kaskaden zum Pumpen von Mikrowellengeneratoren verwendet werden. Das begrenzte Spektralband der EMG-Strahlung (bis zu mehreren Megahertz) macht ihren Einfluss auf das RES eher selektiv.

Abb.2. Design (a) und Prinzip (b) des Kampfeinsatzes eines Standard-EMB.

Dadurch entsteht das Problem, kompakte Antennensysteme zu schaffen, die mit den Parametern der erzeugten EMR übereinstimmen. Bei VMDG werden Sprengstoffe oder Raketentreibstoff verwendet, um einen Plasmastrom zu erzeugen, dessen schnelle Bewegung in einem Magnetfeld zur Erzeugung superstarker Ströme mit begleitender elektromagnetischer Strahlung führt.

Der Hauptvorteil des VMDG ist seine Wiederverwendbarkeit, da Patronen mit Sprengstoff oder Raketentreibstoff viele Male in den Generator eingesetzt werden können. Seine spezifischen Gewichts- und Größeneigenschaften sind jedoch 50-mal geringer als die des VMG, und darüber hinaus ist die VMG-Technologie noch nicht ausreichend entwickelt, um in naher Zukunft auf diese Energiequellen zurückzugreifen.

Im globalen Netzwerk finden Sie mittlerweile eine Vielzahl von Informationen darüber, was ein elektromagnetischer Impuls ist. Viele Menschen haben Angst vor ihm und verstehen manchmal nicht ganz, wovon sie sprechen. wissenschaftliche Fernsehsendungen und Artikel in der Boulevardpresse. Ist es nicht an der Zeit, sich mit diesem Problem zu befassen?

Ein elektromagnetischer Impuls (EMP) ist also eine Störung, die jedes materielle Objekt beeinflusst, das sich in seinem Wirkungsbereich befindet. Es betrifft nicht nur stromleitende Objekte, sondern auch Dielektrika, allerdings in leicht veränderter Form. Normalerweise grenzt der Begriff „elektromagnetischer Impuls“ an den Begriff „Atomwaffe“. Warum? Die Antwort ist einfach: Während einer nuklearen Explosion erreicht die EMR ihren größtmöglichen Wert. Es ist wahrscheinlich, dass in einigen Versuchsanlagen auch starke Feldstörungen erzeugt werden können, diese sind jedoch lokaler Natur, während bei einer nuklearen Explosion große Gebiete betroffen sind.

Der elektromagnetische Impuls verdankt seine Entstehung mehreren Gesetzmäßigkeiten, denen jeder Elektriker bei seiner täglichen Arbeit begegnet. Bekanntlich ist die gerichtete Bewegung von Elementarteilchen, die eine elektrische Ladung besitzen, untrennbar mit verbunden. Wenn es einen Leiter gibt, durch den Strom fließt, dann wird um ihn herum immer ein Feld aufgezeichnet. Auch das Gegenteil ist der Fall: Die Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes auf ein leitfähiges Material erzeugt in diesem eine EMF und damit einen Strom. Normalerweise wird angegeben, dass der Leiter einen Stromkreis bildet, obwohl dies nur teilweise zutrifft, da sie im Volumen der leitfähigen Substanz ihre eigenen Stromkreise bilden. erzeugt die Bewegung von Elektronen, daher entsteht ein Feld. Dann ist alles ganz einfach: Die Spannungsleitungen wiederum erzeugen induzierte Ströme in den umgebenden Leitern.

Der Mechanismus dieses Phänomens ist wie folgt: Durch die sofortige Energiefreisetzung entstehen Ströme von Elementarteilchen (Gamma, Alpha usw.). Bei ihrem Durchgang durch die Luft werden Elektronen aus den Molekülen „herausgeschlagen“, die entlang der magnetischen Linien der Erde ausgerichtet sind. Es entsteht eine gerichtete Bewegung (Strom), die ein elektromagnetisches Feld erzeugt. Und da diese Prozesse blitzschnell ablaufen, können wir von einem Impuls sprechen. Als nächstes wird in allen Leitern, die sich in der Feldeinwirkungszone (Hunderte von Kilometern) befinden, ein Strom induziert, und da die Feldstärke enorm ist, ist auch der Stromwert groß. Dies führt zum Auslösen von Schutzsystemen, zum Durchbrennen von Sicherungen und sogar zu Bränden und irreparablen Schäden. Alles, von Stromleitungen bis hin zu Stromleitungen, ist elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt, wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß.

Der Schutz vor EMR besteht darin, die induzierende Wirkung des Feldes zu verhindern. Dies kann auf verschiedene Arten erreicht werden:

Entfernen Sie sich vom Epizentrum, da das Feld mit zunehmender Entfernung schwächer wird;

Abschirmung (Erdung) elektronischer Geräte;

- „Zerlegen“ Sie die Stromkreise und sorgen Sie für Lücken unter Berücksichtigung des hohen Stroms.

Oft stößt man auf die Frage, wie man mit eigenen Händen einen elektromagnetischen Impuls erzeugt. Tatsächlich begegnet es jedem jeden Tag, wenn er den Glühbirnenschalter umlegt. Im Moment des Schaltens übersteigt der Strom kurzzeitig den Nennstrom um das Zehnfache; um die Drähte herum wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das in den umgebenden Leitern eine elektromotorische Kraft induziert. Die Wucht dieses Phänomens reicht einfach nicht aus, um einen Schaden zu verursachen, der mit dem EMP einer nuklearen Explosion vergleichbar ist. Seine ausgeprägtere Ausprägung kann durch Messung der Feldstärke in der Nähe des elektrischen Schweißlichtbogens ermittelt werden. In jedem Fall ist die Aufgabe einfach: Es muss die Möglichkeit des sofortigen Auftretens eines elektrischen Stroms mit großem Effektivwert geschaffen werden.