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    高空核爆炸產生的電磁脈沖及防護

    發布時間: 2022-12-27  點擊次數: 517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礁海岸約70 英里處航行,船員正準備發射一個高空氦氣球。事實上,這將是從船上發射的第17個高空氣球。但這個氣球有點不同,前16個氣球攜帶一些儀器和虛擬有效載荷,而附著在這個氣球上的是一個1.7公斤的彈頭,代號為 Yucca。這是美國在1958年進行的一系列核試驗。

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    Yucca是在地球大氣層上進行的第一次核爆試驗。氣球發射大約一個半小時后,它到達了約26000米的高度。當兩架裝載儀器的 B-36 轟炸機在該地區盤旋時,彈頭被引爆。飛機上的研究小組在過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位置測量爆產生的電磁波。

    自從第一次核爆以來,人們就知道核爆會產生電磁脈沖(EMP)。但在這次之前,沒有人測量過高層大氣核爆產生的波。 這次任務他們記錄的內容遠遠超出了他們的預期,以至于多年來一直被認為是異?,F象。報告中提及其中一個監測站的估計電磁場強度約為儀器最大極限的5倍。

    5年后,美國物理學家康拉德·朗邁爾才提出了一個關于高空核爆產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生的電磁脈沖強幾個數量級,現在這個理論仍然被廣泛接受。從那時起,對核戰爭的恐懼不僅包括彈頭擊中人口稠密地區、摧毀城市和產生核輻射的情況,還包括在高層大氣中引爆彈頭,向其發射足夠強的EMP,這足以擾亂電子設備,甚至破壞電網。

    在2019年,一個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對電網可能發生的情況。這不是同類研究中的一項,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。這些事件本質上是危險的,核爆的物理原理遠遠超出了我們的直覺。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及其大氣相互作用,從而產生電磁脈沖。一個EMP實際上具有三個不同的組成部分,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生顯著不同的影響。

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    EMP的第一部分稱為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與電子碰撞,使原子電離并產生電磁輻射爆發。當在大氣層高處引爆時,地球磁場與這些自由電子相互作用,產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生,這意味著它分布在電磁頻譜的很大一部分中。E1脈沖通常會到達核爆視線范圍內的任何地方,對于高空爆發,這可以覆蓋大片土地。 雖然像這樣的WQ不會損壞建筑物、人類感覺不到,但E1脈沖會對電子設備產生巨大影響。

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

    EMP 的最后一個組成部分稱為 E3,再次與其他兩個有很大不同。它甚至根本不是一個脈沖,因為它是以不同的方式產生的。當上層大氣發生核爆時,地球磁場會受到干擾和扭曲。隨著核爆消散,磁場會在幾分鐘內慢慢恢復到原來的狀態。這類似于太陽風暴對地球時發生的情況,大型太陽事件可能比核EMP對電網構成更大的威脅。

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    那么這些脈沖會造成什么破壞?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%的輸電線路可能有一個繼電器,該繼電器會被由此產生的E1損壞,僅憑這一點可能還不足以導致電網大規模停電。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的產品,防護等級包含E1,E2和E3。

     

     

     

     

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