L'impulso elettromagnetico di un'esplosione nucleare. Impulso elettromagnetico: concetto, descrizione, protezione

Possiamo distinguere le principali modalità di sviluppo di tali prodotti:

Generatori di compressione del flusso pompati in modo esplosivo o generatori FC- dispositivi monouso funzionanti con esplosivi chimici. La base del generatore EMP coassiale più sviluppato è un tubo di rame riempito con un esplosivo omogeneo ad alta energia. È un'armatura, attorno alla quale è installato uno statore con uno spazio vuoto: un avvolgimento a basso ohmico sezionato, che, a sua volta, è montato in un robusto tubo dielettrico, spesso realizzato in composito di vetro. L'impulso di corrente di avviamento è fornito da un banco di condensatori o da un generatore FC a bassa potenza. L'esplosivo viene innescato nel momento in cui la corrente di avviamento raggiunge il suo valore di picco, e la miccia viene posizionata in modo che il fronte di innesco si propaghi lungo l'esplosivo lungo il tubo dell'armatura, deformandone il cono.

Nel punto in cui l'armatura raggiunge lo statore, si verifica un cortocircuito tra i poli dell'avvolgimento dello statore. Un cortocircuito che si propaga lungo la tubazione crea l'effetto di compressione del campo magnetico: il generatore produce un impulso di corrente crescente, il cui valore di picco viene raggiunto prima della definitiva distruzione della struttura. Il tempo di salita della corrente è di centinaia di microsecondi a correnti di guasto di picco di decine di megaampere e potenza di campo di picco di decine di MW. Negli anni '70, presso il Los Alamos National Laboratory è stato raggiunto un guadagno del generatore FC (rapporto tra corrente di uscita e corrente di avviamento) di 60, che ha assicurato la creazione di un dispositivo di superpotenza multistadio. Il problema del suo layout nell'alimentatore è semplificato dal design coassiale.

Sebbene gli stessi generatori FC siano una potenziale base tecnologica per la generazione di potenti impulsi elettrici, la loro frequenza di uscita, a causa della fisica del processo, non supera 1 MHz. A tali frequenze, molti bersagli saranno difficili da attaccare anche con livelli di energia molto elevati, inoltre, focalizzare l'energia da tali dispositivi sarà problematico.

Un impulso elettromagnetico (EMP) è un fenomeno naturale causato dalla rapida accelerazione di particelle (principalmente elettroni), che si traduce in un'intensa esplosione di energia elettromagnetica. Esempi quotidiani di EMP sono i fulmini, i sistemi di accensione dei motori a combustione e le eruzioni solari. Sebbene un impulso elettromagnetico possa distruggere i dispositivi elettronici, questa tecnologia può essere utilizzata per disabilitare in modo mirato e sicuro i dispositivi elettronici o per garantire la sicurezza dei dati personali e riservati.

Passi

Creazione di un emettitore elettromagnetico elementare

Raccogli i materiali richiesti. Per creare un semplice emettitore elettromagnetico, avrai bisogno di una macchina fotografica usa e getta, filo di rame, guanti di gomma, saldatura, un saldatore e un'asta di ferro. Tutti questi articoli possono essere acquistati presso il tuo negozio di ferramenta locale.

• Più spesso è il filo che prendi per l'esperimento, più potente sarà l'emettitore finale.
• Se non riesci a trovare una barra di ferro, puoi sostituirla con un'asta non metallica. Tuttavia, si noti che tale sostituzione influirà negativamente sulla potenza dell'impulso prodotto.
• Quando si maneggiano parti elettriche in grado di mantenere una carica o quando si fa passare una corrente elettrica attraverso un oggetto, si consiglia vivamente di indossare guanti di gomma per evitare possibili scosse elettriche.

1. Assemblare la bobina elettromagnetica. Una bobina elettromagnetica è un dispositivo costituito da due parti separate, ma allo stesso tempo interconnesse: un conduttore e un nucleo. In questo caso, un'asta di ferro fungerà da nucleo e un filo di rame fungerà da conduttore.

   Saldare le estremità della bobina elettromagnetica al condensatore. Il condensatore è solitamente un cilindro con due terminali e può essere trovato su qualsiasi circuito stampato. In una fotocamera usa e getta, un tale condensatore è responsabile del flash. Prima di saldare il condensatore, assicurati di rimuovere la batteria dalla fotocamera, altrimenti potresti rimanere scioccato.

   Trova un posto sicuro per testare il tuo emettitore elettromagnetico. A seconda dei materiali coinvolti, la portata effettiva del tuo EMP sarà di circa un metro in qualsiasi direzione. Comunque sia, qualsiasi elettronica che rientri nell'EMP verrà distrutta.

   • Non dimenticare che l'EMP colpisce tutti i dispositivi entro il raggio di distruzione, senza eccezioni, dai dispositivi di supporto vitale, come i pacemaker, ai telefoni cellulari. Eventuali danni causati da questo dispositivo tramite EMP possono comportare conseguenze legali.
   • Un'area collegata a terra, come un tronco d'albero o un tavolo di plastica, è una superficie ideale per testare un emettitore elettromagnetico.

2. Trova un oggetto di prova adatto. Poiché il campo elettromagnetico influisce solo sull'elettronica, considera l'acquisto di un dispositivo economico dal tuo negozio di elettronica locale. L'esperimento si può considerare riuscito se, dopo l'attivazione dell'EMR, il dispositivo elettronico smette di funzionare.

   • Molti negozi di forniture per ufficio vendono calcolatrici elettroniche abbastanza economiche con le quali è possibile verificare l'efficacia dell'emettitore creato.

3. Reinserire la batteria nella fotocamera. Per ripristinare la carica, è necessario far passare l'elettricità attraverso il condensatore, che successivamente fornirà corrente alla bobina elettromagnetica e creerà un impulso elettromagnetico. Posizionare l'oggetto di prova il più vicino possibile all'emettitore EM.

   Lascia che il condensatore si carichi. Lascia che la batteria ricarichi nuovamente il condensatore scollegandolo dalla bobina elettromagnetica, quindi ricollegali con guanti di gomma o pinze di plastica. Quando si lavora a mani nude, si rischia di ricevere una scossa elettrica.

   Accendi il condensatore. L'attivazione del flash sulla fotocamera rilascerà l'elettricità immagazzinata nel condensatore, che, una volta fatta passare attraverso la bobina, creerà un impulso elettromagnetico.

   Creazione di un dispositivo portatile per radiazioni EM

   1. Raccogli tutto ciò di cui hai bisogno. La creazione di un dispositivo EMP portatile risulterà molto più agevole se disponi di tutti gli strumenti e i componenti necessari con te. Avrai bisogno dei seguenti elementi:

      Estrarre il circuito dalla fotocamera. All'interno della fotocamera usa e getta c'è un circuito stampato, che è responsabile della sua funzionalità. Rimuovere prima le batterie e poi la scheda stessa, senza dimenticare di annotare la posizione del condensatore.

      • Quando si lavora con la fotocamera e il condensatore indossando guanti di gomma, ci si protegge da possibili scosse elettriche.
      • I condensatori hanno solitamente la forma di un cilindro con due perni attaccati alla scheda. Questo è uno dei dettagli più importanti del futuro dispositivo EMP.
      • Dopo aver rimosso la batteria, fai clic sulla fotocamera un paio di volte per utilizzare la carica accumulata nel condensatore. A causa della carica accumulata, puoi essere fulminato in qualsiasi momento.

   2. Avvolgi il filo di rame attorno al nucleo di ferro. Prendi abbastanza filo di rame in modo che le spire in esecuzione uniforme possano coprire completamente il nucleo di ferro. Assicurati inoltre che le curve si adattino perfettamente l'una all'altra, altrimenti ciò influirà negativamente sulla potenza dell'EMP.

      • Lascia una piccola quantità di filo alle estremità dell'avvolgimento. Sono necessari per collegare il resto del dispositivo alla bobina.

   3. Isolare l'antenna radio. L'antenna radio fungerà da maniglia su cui verranno fissate la bobina e la scheda della telecamera. Avvolgere del nastro isolante attorno alla base dell'antenna per proteggersi dalle scosse elettriche.

      Attacca la tavola a un pezzo di cartone spesso. Il cartone fungerà da ulteriore strato isolante che ti salverà da una brutta scarica elettrica. Prendi la scheda e fissala con del nastro isolante sul cartone, ma in modo che non copra le tracce del circuito elettricamente conduttivo.

      • Fissare la scheda a faccia in su in modo che il condensatore e le sue tracce conduttive non entrino in contatto con il cartone.
      • Il supporto in cartone per il PCB dovrebbe anche avere spazio sufficiente per il vano batteria.

   4. Collegare la bobina elettromagnetica all'estremità dell'antenna radio. Poiché la corrente elettrica deve passare attraverso la bobina per creare EMP, è una buona idea aggiungere un secondo strato di isolamento posizionando un piccolo pezzo di cartone tra la bobina e l'antenna. Prendi del nastro isolante e attacca la bobina a un pezzo di cartone.

      Saldare l'alimentatore. Individuare i connettori della batteria sulla scheda e collegarli ai contatti corrispondenti nel vano batteria. Successivamente, puoi fissare il tutto con del nastro isolante su un'area libera del cartone.

      Collegare la bobina al condensatore. Devi saldare le estremità del filo di rame agli elettrodi del tuo condensatore. Dovrebbe essere installato anche un interruttore tra il condensatore e la bobina elettromagnetica, che controllerà il flusso di elettricità tra questi due componenti.

ARGOMENTO: IMPULSO ELETTROMAGNETICO DI UN'ESPLOSIONE NUCLEARE

E PROTEZIONE DEGLI IMPIANTI RADIOELETTRONICI DA ESSO.

CONTENUTO

1. ARMI NON LETALI.

11. OPINIONI DELLA LEADERSHIP USA E NATO SULL'UTILIZZO DELL'ELEC

IMPULSO DI TROMAGNITE PER SCOPI MILITARI.

111. STORIA DEL PROBLEMA E STATO ATTUALE DELLE CONOSCENZE IN

AREE DI EMR.

1U. UTILIZZO DEI SIMULATORI EMP PER UNA SERIE DI ESPERIMENTI

PARLA CONOSCENZA.

1. ARMI NON LETALI.

La leadership politico-militare degli Stati Uniti, senza rifiutarsi di usare la violenza come uno dei principali strumenti per raggiungere i propri obiettivi, è alla ricerca di nuovi modi di condurre operazioni di combattimento e creare mezzi per loro che tengano pienamente conto delle realtà del nostro tempo .

All'inizio degli anni '90, negli Stati Uniti iniziò ad emergere il concetto secondo il quale le forze armate del Paese avrebbero dovuto disporre non solo di armi nucleari e convenzionali, ma anche di mezzi speciali per garantire un'effettiva partecipazione ai conflitti locali senza infliggere inutili perdite al nemico in manodopera e valori materiali.

A quest'arma speciale, gli esperti militari americani includono principalmente: mezzi per creare un impulso elettromagnetico (EMP); generatori di infrasuoni; composizioni chimiche e formulazioni biologiche in grado di modificare la struttura dei materiali di base dei principali elementi di equipaggiamento militare; sostanze che danneggiano lubrificanti e prodotti in gomma, provocano l'ispessimento del carburante; laser.

Attualmente, il lavoro principale sullo sviluppo di tecnologie per armi non letali (ONSD) è svolto presso la Direzione della ricerca avanzata del Ministero della Difesa, i Laboratori Livermore e Los Alamos del Dipartimento dell'Energia, il Centro per lo sviluppo delle armi del Dipartimento dell'Esercito, ecc. I più vicini alla messa in servizio sono vari tipi di laser per accecare il personale, agenti chimici per immobilizzarli e generatori EMP che influiscono negativamente sul funzionamento delle apparecchiature elettroniche.

ARMI DI IMPULSO ELETTROMAGNETICO.

I generatori EMR (super EMR), come dimostrato da lavori teorici ed esperimenti effettuati all'estero, possono essere efficacemente utilizzati per disabilitare apparecchiature elettroniche ed elettriche, per cancellare informazioni in banche dati e danneggiare computer.

Con l'aiuto dell'ONSD basato su generatori EMP, è possibile disabilitare computer, apparecchiature radio ed elettriche chiave, sistemi di accensione elettronica e altri componenti automobilistici, per minare o disattivare i campi minati. L'impatto di queste armi è abbastanza selettivo e politicamente accettabile, ma richiede una consegna accurata nelle aree del bersaglio colpito.

11. OPINIONI DELLA LEADERSHIP USA E NATO SULL'UTILIZZO DELL'ELETTROELETTRICO

IMPULSO MAGNETICO PER SCOPI MILITARI.

Nonostante il riconoscimento da parte della leadership politico-militare degli Stati Uniti e della NATO dell'impossibilità di vincere una guerra nucleare, vari aspetti dell'effetto distruttivo delle armi nucleari continuano ad essere ampiamente discussi. Pertanto, in uno degli scenari del periodo iniziale di una guerra nucleare considerati da esperti stranieri, viene assegnato un posto speciale alla potenziale possibilità di disabilitare le apparecchiature radioelettroniche a seguito dell'esposizione a EMP. Si ritiene che l'esplosione a un'altitudine di circa 400 km. solo una munizione con una resa superiore a 10 Mt porterà a una tale interruzione nel funzionamento dei mezzi elettronici in una vasta area, in cui

il loro tempo di recupero supererà il tempo consentito per l'azione di ritorsione.

Secondo i calcoli degli esperti americani, il punto ottimale per far esplodere un'arma nucleare per distruggere EMP di mezzi radioelettronici su quasi tutto il territorio degli Stati Uniti sarebbe un punto nello spazio con epicentro nella regione del centro geografico di il paese, situato nello stato del Nebraska.

Studi teorici e risultati di esperimenti fisici mostrano che l'EMP di un'esplosione nucleare può portare non solo al guasto dei dispositivi elettronici a semiconduttore, ma anche alla distruzione dei conduttori metallici dei cavi delle strutture di terra. Inoltre, è possibile danneggiare le apparecchiature satellitari in orbite basse.

Per generare EMP, un'arma nucleare può essere fatta esplodere nello spazio, il che non porta a un'onda d'urto e a una ricaduta radioattiva. Pertanto, sulla stampa estera sono espresse le seguenti opinioni sulla "natura non nucleare" di un tale uso in combattimento di armi nucleari e sul fatto che un attacco con EMP non porterà necessariamente a una guerra nucleare generale. Il pericolo di queste affermazioni è evidente, perché allo stesso tempo, alcuni esperti stranieri non escludono la possibilità di distruzione di massa con l'aiuto di EMP e manodopera. In ogni caso, è abbastanza ovvio che le correnti e le tensioni indotte negli elementi metallici delle apparecchiature sotto l'influenza di EMR saranno mortalmente pericolose per il personale.

111. STORIA DEL PROBLEMA E STATO ATTUALE DELLE CONOSCENZE IN MATERIA DI EMP.

Per comprendere la complessità dei problemi della minaccia EMP e delle misure per proteggersi da essa, è necessario ripercorrere brevemente la storia dello studio di questo fenomeno fisico e lo stato attuale delle conoscenze in questo settore.

Il fatto che un'esplosione nucleare sarebbe stata necessariamente accompagnata da radiazioni elettromagnetiche era chiaro ai fisici teorici anche prima del primo test di un ordigno nucleare nel 1945. Durante

Tra la fine degli anni '50 e l'inizio degli anni '60 di esplosioni nucleari nell'atmosfera e nello spazio, la presenza di EMP è stata registrata sperimentalmente, tuttavia le caratteristiche quantitative dell'impulso non sono state misurate a sufficienza, in primo luogo perché non esistevano apparecchiature di controllo e misurazione in grado di registrazione di radiazioni elettromagnetiche estremamente potenti, che esistono per un tempo estremamente breve (milionesimi di secondo), e in secondo luogo, perché in quegli anni nelle apparecchiature radioelettroniche venivano utilizzati solo dispositivi elettrovuoto, che erano poco influenzati dall'EMR, il che ridusse l'interesse per la sua studio.

La creazione di dispositivi a semiconduttore, e quindi circuiti integrati, in particolare dispositivi di tecnologia digitale basati su di essi, e l'ampia introduzione di fondi nelle apparecchiature militari radioelettroniche hanno costretto gli specialisti militari a valutare la minaccia EMP in modo diverso. Dal 1970, le questioni relative alla protezione delle armi e delle attrezzature militari dall'EMP sono state considerate dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti come aventi la massima priorità.

Il meccanismo di generazione di EMP è il seguente. In un'esplosione nucleare vengono prodotti raggi gamma e raggi X e si forma un flusso di neutroni. La radiazione gamma, interagendo con le molecole dei gas atmosferici, ne elimina i cosiddetti elettroni Compton. Se l'esplosione viene effettuata ad un'altezza di 20-40 km, questi elettroni vengono catturati dal campo magnetico terrestre e, ruotando rispetto alle linee di forza di questo campo, creano correnti che generano EMP. In questo caso, il campo EMP è coerentemente sommato verso la superficie terrestre, cioè Il campo magnetico terrestre svolge un ruolo simile a un array di antenne in fase. Di conseguenza, l'intensità del campo aumenta notevolmente e, di conseguenza, l'ampiezza EMP nelle aree a sud ea nord dell'epicentro dell'esplosione. La durata di questo processo dal momento dell'esplosione va da 1 - 3 a 100 ns.

Nella fase successiva, che dura approssimativamente da 1 μs a 1 s, l'EMR viene creato dagli elettroni Compton espulsi dalle molecole dalla radiazione gamma riflessa moltiplicata ea causa della collisione anelastica di questi elettroni con il flusso di neutroni emesso durante l'esplosione. In questo caso, l'intensità EMR risulta essere inferiore di circa tre ordini di grandezza rispetto al primo stadio.

Nella fase finale, che richiede un periodo di tempo dopo l'esplosione da 1 s a diversi minuti, l'EMP è generato dall'effetto magnetoidrodinamico generato dai disturbi del campo magnetico terrestre dalla palla di fuoco conduttiva dell'esplosione. L'intensità EMR in questa fase è molto piccola e ammonta a diverse decine di volt per chilometro.

Il pericolo maggiore per i mezzi radioelettronici è il primo stadio della generazione di EMP, in cui, secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, a causa del rapidissimo aumento dell'ampiezza dell'impulso (il massimo si raggiunge a 3-5 ns dopo l'esplosione), la tensione indotta può raggiungere decine di kilovolt per metro a livello della superficie terrestre, diminuendo gradualmente con la distanza dall'epicentro dell'esplosione.

L'ampiezza della tensione indotta dall'EMR nei conduttori è proporzionale alla lunghezza del conduttore situato nel suo campo e dipende dal suo orientamento rispetto al vettore dell'intensità del campo elettrico.

Pertanto, l'intensità del campo EMR nelle linee elettriche ad alta tensione può raggiungere i 50 kV / m, il che porterà alla comparsa di correnti in esse con una potenza fino a 12 mila ampere.

L'EMP viene generato anche durante altri tipi di esplosioni nucleari: aria e terra. È stato teoricamente stabilito che in questi casi la sua intensità dipende dal grado di asimmetria dei parametri spaziali dell'esplosione. Pertanto, un'esplosione aerea è la meno efficace in termini di generazione di EMP. L'EMP di un'esplosione al suolo avrà un'intensità elevata, ma diminuirà rapidamente man mano che ci si allontana dall'epicentro.

1U. UTILIZZO DI SIMULATORI EMP PER UN SET DI SPERIMENTALE

Poiché la raccolta di dati sperimentali durante i test nucleari sotterranei è tecnicamente molto complessa e costosa, la soluzione del set di dati è ottenuta con metodi e mezzi di modellazione fisica.

Tra i paesi capitalisti, posizioni avanzate nello sviluppo e

l'uso pratico dei simulatori EMP di un'esplosione nucleare è occupato dagli Stati Uniti. Simili simulatori sono generatori elettrici con speciali emettitori che creano un campo elettromagnetico con parametri vicini a quelli caratteristici di un vero EMP. L'oggetto di prova e i dispositivi che registrano l'intensità del campo, il suo spettro di frequenza e la durata dell'esposizione sono posizionati nell'area di copertura dell'emettitore.

Uno di questi simulatori, schierato presso la Kirtland Air Force Base, è progettato per simulare le condizioni di esposizione EMP del velivolo e delle sue apparecchiature. Può essere utilizzato per testare aerei di grandi dimensioni come il bombardiere B-52 o l'aereo di linea civile Boeing 747.

Attualmente è stato creato e funziona un gran numero di simulatori EMP per testare apparecchiature aeronautiche, spaziali, navali e di terra. Tuttavia, non ricreano completamente le condizioni reali dell'impatto dell'EMP da un'esplosione nucleare a causa delle limitazioni imposte dalle caratteristiche di emettitori, generatori e alimentatori sullo spettro di frequenza della radiazione, sulla sua potenza e sulla velocità di aumento dell'impulso. Allo stesso tempo, anche con queste restrizioni, è possibile ottenere dati sufficientemente completi e affidabili sul verificarsi di guasti nei dispositivi a semiconduttore, guasti nel loro funzionamento, ecc., nonché sull'efficacia dei vari dispositivi di protezione. Inoltre, tali test hanno permesso di quantificare il pericolo di vari modi di esposizione EMP alle apparecchiature elettroniche.

La teoria del campo elettromagnetico mostra che tali percorsi per le apparecchiature di terra sono principalmente vari dispositivi di antenna e pressacavi del sistema di alimentazione, e per apparecchiature aeronautiche e spaziali - antenne, nonché correnti indotte nella pelle e radiazioni che penetrano attraverso i vetri della cabina e portelli da materiali non conduttivi. Le correnti indotte dall'EMR nei cavi di alimentazione interrati e interrati lunghi centinaia e migliaia di chilometri possono raggiungere migliaia di ampere e la tensione nei circuiti aperti di tali cavi è di un milione di volt. Negli ingressi dell'antenna, la cui lunghezza non supera le decine di metri, le correnti indotte dall'EMP possono avere un'intensità di diverse centinaia di ampere. L'EMP, penetrando direttamente attraverso gli elementi di strutture costituite da materiali dielettrici (pareti non schermate, finestre, porte, ecc.), può indurre correnti di decine di ampere nel cablaggio interno.

Poiché i circuiti e i dispositivi elettronici a bassa corrente funzionano normalmente a tensioni di diversi volt e correnti fino a diverse decine di milliampere, per la loro protezione assolutamente affidabile contro EMP, è necessario garantire una diminuzione dell'entità delle correnti e delle tensioni nei cavi, fino a sei ordini di grandezza.

U. POSSIBILI MODI DI RISOLVERE IL PROBLEMA DELLA PROTEZIONE EMP.

La protezione ideale contro EMP sarebbe il completo riparo della stanza in cui si trova l'apparecchiatura radioelettronica con uno schermo metallico.

Allo stesso tempo, è chiaro che in pratica è impossibile fornire tale protezione in un certo numero di casi, poiché Per il funzionamento dell'apparecchiatura è spesso necessario provvedere alla sua connessione elettrica con dispositivi esterni. Vengono quindi utilizzati mezzi di protezione meno affidabili, come reti conduttive o rivestimenti in pellicola per finestre, strutture metalliche a nido d'ape per prese d'aria e sfiati, tamponi a molla di contatto posti sul perimetro di porte e sportelli.

Un problema tecnico più complesso è considerato la protezione contro la penetrazione di EMP nelle apparecchiature attraverso vari pressacavi. Una soluzione radicale a questo problema potrebbe essere il passaggio dalle reti di comunicazione elettriche alle reti in fibra ottica che praticamente non sono interessate da EMR. Tuttavia, la sostituzione dei dispositivi a semiconduttore nell'intero spettro delle loro funzioni con dispositivi elettronici-ottici è possibile solo in un lontano futuro. Pertanto, attualmente, i filtri, inclusi i filtri in fibra, nonché spinterometri, varistori di ossido di metallo e diodi Zener ad alta velocità, sono ampiamente utilizzati come mezzi di protezione dei pressacavi.

Tutti questi strumenti hanno sia vantaggi che svantaggi. Pertanto, i filtri capacitivo-induttivi sono abbastanza efficaci per la protezione contro l'IME a bassa intensità e i filtri in fibra proteggono in una gamma relativamente ristretta di frequenze delle microonde Gli spinterometri hanno un'inerzia significativa e sono principalmente adatti per la protezione contro i sovraccarichi che si verificano sotto l'influenza di tensioni e correnti indotte nell'involucro dell'aeromobile, dell'involucro dello strumento e della guaina del cavo.

I varistori di ossido di metallo sono dispositivi a semiconduttore che aumentano notevolmente la loro conducibilità ad alta tensione.

Tuttavia, quando si utilizzano questi dispositivi come mezzo di protezione contro le radiazioni elettromagnetiche, si dovrebbe tenere conto della loro velocità insufficientemente elevata e del deterioramento delle prestazioni in caso di esposizione ripetuta ai carichi. Queste carenze sono assenti nei diodi Zener ad alta velocità, la cui azione si basa su un brusco cambiamento di resistenza simile a una valanga da un valore relativamente alto a quasi zero quando la tensione applicata supera un certo valore di soglia. Inoltre, a differenza dei varistori, le caratteristiche dei diodi Zener non si deteriorano dopo l'esposizione ripetuta ad alte tensioni e modalità di commutazione.

L'approccio più razionale alla progettazione della protezione EMI per i pressacavi è la creazione di tali connettori, nella progettazione

che prevedono misure speciali per garantire la formazione di elementi filtranti e l'installazione di diodi zener incorporati. Tale soluzione contribuisce ad ottenere valori molto piccoli di capacità e induttanza, necessari per garantire protezione contro impulsi di breve durata e, quindi, una potente componente ad alta frequenza. L'uso di connettori di un design simile risolverà il problema di limitare le caratteristiche di peso e dimensioni del dispositivo di protezione.

La complessità della risoluzione del problema della protezione EMP e l'alto costo dei mezzi e dei metodi sviluppati per questi scopi rendono necessario fare il primo passo lungo il percorso del loro uso selettivo in sistemi di armi e attrezzature militari particolarmente importanti. I primi lavori mirati in questa direzione furono i programmi per la protezione contro l'EMP delle armi strategiche. Lo stesso percorso è stato scelto per proteggere i sistemi di controllo e comunicazione che hanno una vasta estensione. Tuttavia, gli esperti stranieri considerano la creazione delle cosiddette reti di comunicazione distribuita (del tipo "Gwen") il metodo principale per risolvere questo problema, i cui primi elementi sono già stati dispiegati negli Stati Uniti continentali.

Lo stato attuale del problema EMR può essere valutato come segue. I meccanismi di generazione di EMP ei parametri del suo effetto dannoso sono stati teoricamente ben studiati e confermati sperimentalmente. Sono stati sviluppati standard di sicurezza delle apparecchiature e sono noti mezzi efficaci di protezione. Tuttavia, al fine di ottenere una sufficiente fiducia nell'affidabilità della protezione di sistemi e strutture da EMP, è necessario condurre test utilizzando un simulatore. Per quanto riguarda i test su vasta scala dei sistemi di comunicazione e controllo, è improbabile che questo compito venga risolto nel prossimo futuro.

Un potente EMP può essere creato non solo a seguito di un'esplosione nucleare.

I moderni progressi nel campo dei generatori EMP non nucleari consentono di renderli sufficientemente compatti per l'uso con veicoli di consegna convenzionali e ad alta precisione.

Attualmente, in alcuni paesi occidentali, sono in corso lavori per generare impulsi di radiazione elettromagnetica mediante dispositivi magnetodinamici, nonché scariche ad alta tensione. Pertanto, le questioni della protezione dall'impatto dell'EMP rimarranno al centro dell'attenzione degli specialisti in qualsiasi esito dei negoziati sul disarmo nucleare.

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Introduzione.

Per comprendere la complessità dei problemi della minaccia EMP e delle misure per proteggersi da essa, è necessario ripercorrere brevemente la storia dello studio di questo fenomeno fisico e lo stato attuale delle conoscenze in questo settore.

Il fatto che un'esplosione nucleare sarebbe stata necessariamente accompagnata da radiazioni elettromagnetiche era chiaro ai fisici teorici anche prima del primo test di un ordigno nucleare nel 1945. Durante le esplosioni nucleari nell'atmosfera e nello spazio effettuate tra la fine degli anni '50 e l'inizio degli anni '60, la presenza di EMP è stata registrata sperimentalmente.

Tuttavia, le caratteristiche quantitative del polso non erano sufficientemente misurate, in primo luogo perché non esistevano apparecchiature di controllo e misurazione in grado di registrare radiazioni elettromagnetiche estremamente potenti che esistevano per un tempo estremamente breve (milionesimi di secondo), e in secondo luogo perché in quegli anni nelle apparecchiature radioelettroniche sono stati utilizzati solo dispositivi elettrovuoto, che risentono poco delle radiazioni elettromagnetiche, il che ha ridotto l'interesse per il suo studio. La creazione di dispositivi a semiconduttore, e quindi circuiti integrati, in particolare dispositivi di tecnologia digitale basati su di essi, e l'ampia introduzione di fondi nelle apparecchiature militari radioelettroniche hanno costretto gli specialisti militari a valutare la minaccia EMP in modo diverso.

Descrizione della fisica dell'EMP.

Il meccanismo di generazione di EMP è il seguente. In un'esplosione nucleare vengono prodotti raggi gamma e raggi X e si forma un flusso di neutroni. La radiazione gamma, interagendo con le molecole dei gas atmosferici, ne elimina i cosiddetti elettroni Compton. Se l'esplosione viene effettuata ad un'altezza di 20-40 km, questi elettroni vengono catturati dal campo magnetico terrestre e, ruotando rispetto alle linee di forza di questo campo, creano correnti che generano EMP. In questo caso, il campo EMP è coerentemente sommato verso la superficie terrestre, cioè Il campo magnetico terrestre svolge un ruolo simile a un array di antenne in fase. Di conseguenza, l'intensità del campo aumenta notevolmente e, di conseguenza, l'ampiezza EMP nelle aree a sud ea nord dell'epicentro dell'esplosione. La durata di questo processo dal momento dell'esplosione va da 1 - 3 a 100 ns.

Nella fase successiva, che dura approssimativamente da 1 μs a 1 s, l'EMR viene creato dagli elettroni Compton espulsi dalle molecole dalla radiazione gamma riflessa moltiplicata ea causa della collisione anelastica di questi elettroni con il flusso di neutroni emesso durante l'esplosione. In questo caso, l'intensità EMR risulta essere inferiore di circa tre ordini di grandezza rispetto al primo stadio.

Nella fase finale, che richiede un periodo di tempo dopo l'esplosione da 1 s a diversi minuti, l'EMP è generato dall'effetto magnetoidrodinamico generato dai disturbi del campo magnetico terrestre dalla palla di fuoco conduttiva dell'esplosione. L'intensità EMR in questa fase è molto piccola e ammonta a diverse decine di volt per chilometro.

Il pericolo maggiore per i mezzi radioelettronici è il primo stadio della generazione di EMP, in cui, secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, a causa del rapidissimo aumento dell'ampiezza dell'impulso (il massimo si raggiunge a 3-5 ns dopo l'esplosione), la tensione indotta può raggiungere decine di kilovolt per metro a livello della superficie terrestre, diminuendo gradualmente con la distanza dall'epicentro dell'esplosione. Oltre a un'interruzione temporanea del funzionamento (soppressione funzionale) del RES, che consente il successivo ripristino delle loro prestazioni, le armi EMP possono distruggere fisicamente (sconfiggi funzionale) gli elementi a semiconduttore del RES, compresi quelli spenti.

Va inoltre notato la possibilità di un effetto dannoso di potenti radiazioni da armi EMP sui sistemi di alimentazione elettrica ed elettrica di armi e attrezzature militari (AME), sistemi di accensione elettronica dei motori a combustione interna (Fig. 1). Le correnti eccitate dal campo elettromagnetico nei circuiti dei fusibili elettrici o radio montati sulle munizioni possono raggiungere livelli sufficienti a farle scattare. I flussi ad alta energia sono in grado di avviare la detonazione di esplosivi (HE) di testate missilistiche, bombe e proiettili di artiglieria, nonché la detonazione senza contatto di mine entro un raggio di 50-60 m dal punto di detonazione di medio calibro Munizioni EMP (100-120 mm).

Fig. 1. Arresto forzato di un'auto con sistema di accensione elettronica.

Per quanto riguarda l'effetto dannoso delle armi EMP sul personale, di norma, stiamo parlando degli effetti di una temporanea violazione di un adeguato sistema sensomotorio di una persona, del verificarsi di azioni errate nel suo comportamento e persino della disabilità. È essenziale che le manifestazioni negative dell'impatto di potenti impulsi a microonde ultracorti non siano necessariamente associate alla distruzione termica delle cellule viventi di oggetti biologici. Il fattore che colpisce è spesso l'elevata intensità del campo elettrico indotto sulle membrane cellulari, paragonabile alla naturale intensità quasi-statica del campo elettrico intrinseco delle cariche intracellulari, che determinano un cambiamento significativo nei potenziali elettrici del cervello. L'attività delle cellule nervose cambia sotto l'azione di un singolo impulso a microonde con una durata da 0,1 a 100 ms, se la densità di energia in esso raggiunge 100 mJ/cm2. Le conseguenze di tale influenza su una persona sono ancora poco studiate, tuttavia è noto che l'esposizione agli impulsi a microonde a volte provoca allucinazioni sonore e quando la potenza aumenta è possibile anche la perdita di coscienza.

L'ampiezza della tensione indotta dall'EMR nei conduttori è proporzionale alla lunghezza del conduttore situato nel suo campo e dipende dal suo orientamento rispetto al vettore dell'intensità del campo elettrico.

Pertanto, l'intensità del campo EMR nelle linee elettriche ad alta tensione può raggiungere i 50 kV / m, il che porterà alla comparsa di correnti in esse con una potenza fino a 12 mila ampere.

L'EMP viene generato anche durante altri tipi di esplosioni nucleari: aria e terra. È stato teoricamente stabilito che in questi casi la sua intensità dipende dal grado di asimmetria dei parametri spaziali dell'esplosione. Pertanto, un'esplosione aerea è la meno efficace in termini di generazione di EMP. L'EMP di un'esplosione al suolo avrà un'intensità elevata, ma diminuirà rapidamente man mano che ci si allontana dall'epicentro.

Poiché la raccolta di dati sperimentali durante i test nucleari sotterranei è tecnicamente molto complessa e costosa, la soluzione del set di dati è ottenuta con metodi e mezzi di modellazione fisica.

Fonti di EMP (armi non letali). Le armi EMP possono essere create sia sotto forma di sistemi di radiazioni direzionali elettroniche fisse e mobili, sia sotto forma di munizioni elettromagnetiche (EMB) consegnate al bersaglio utilizzando proiettili di artiglieria, mine, missili guidati (Fig. 2), bombe aeree, ecc. .

Un generatore stazionario consente di riprodurre EMR con una polarizzazione orizzontale del campo elettrico. Comprende un generatore di impulsi elettrici ad alta tensione (4 MV), un'antenna radiante a dipolo simmetrico su due alberi e un'area di prova aperta in cemento. L'installazione garantisce la formazione di EMP sul sito di prova (ad altezze di 3 e 10 m) con un'intensità di campo rispettivamente di 35 e 50 kV/m.

Il generatore HPDII mobile (trasportabile) è progettato per simulare l'EMR polarizzato orizzontalmente. Comprende un generatore di impulsi ad alta tensione e un'antenna vibratore simmetrica montata su una piattaforma del rimorchio, nonché apparecchiature di acquisizione ed elaborazione dei dati situate in un furgone separato.

L'EMB si basa su metodi per convertire l'energia chimica dell'esplosione, della combustione e dell'energia elettrica a corrente continua nell'energia di un campo elettromagnetico ad alta potenza. La soluzione al problema della creazione di munizioni EMP è principalmente associata alla presenza di sorgenti di radiazioni compatte che potrebbero trovarsi nei compartimenti della testata dei missili guidati, nonché nei proiettili di artiglieria.

Oggi le fonti di energia più compatte per gli EMB sono i generatori magnetici esplosivi a spirale (EMG), o generatori con compressione esplosiva del campo magnetico, che hanno la migliore densità di energia specifica in termini di massa (100 kJ/kg) e volume (10 kJ/cm3), nonché generatori magnetodinamici esplosivi (VMDG). Nel VMG, con l'aiuto di un esplosivo, l'energia dell'esplosione viene convertita

nell'energia del campo magnetico con un'efficienza fino al 10%, e con la scelta ottimale dei parametri dell'EMG, anche fino al 20%. Questo tipo di dispositivo è in grado di generare impulsi con un'energia di decine di mega joule e una durata fino a 100 μs. La potenza di picco della radiazione può raggiungere i 10 TW. I VMG possono essere utilizzati autonomamente o come una delle cascate per il pompaggio di generatori di microonde. La banda spettrale limitata della radiazione EMG (fino a diversi megahertz) rende il loro effetto sulla RES piuttosto selettivo.

Fig.2. Progettazione (a) e principio (b) dell'uso in combattimento di un tipico EMB.

Di conseguenza, si pone il problema di creare sistemi di antenne compatti che siano coerenti con i parametri dell'EMR generato. In VMDG, esplosivi o carburante per missili vengono utilizzati per formare un flusso di plasma, il cui rapido movimento in un campo magnetico porta alla comparsa di correnti superpotenti accompagnando la radiazione elettromagnetica.

Il vantaggio principale di VMDG è la riutilizzabilità, poiché le cartucce con esplosivi o carburante per missili possono essere caricate ripetutamente nel generatore. Tuttavia, le sue caratteristiche di peso specifico e dimensioni sono 50 volte inferiori a quelle di VMG e, inoltre, la tecnologia di VMDG non è ancora sufficientemente sviluppata per poter contare su queste fonti energetiche nel prossimo futuro.

Un'esplosione nucleare è accompagnata da radiazioni elettromagnetiche sotto forma di un potente impulso breve, che colpisce principalmente le apparecchiature elettriche ed elettroniche.

Fonti di occorrenza di un impulso elettromagnetico (EMP). Per la natura dell'EMP, con alcuni presupposti, può essere paragonato al campo elettromagnetico dei fulmini vicini, che interferisce con i ricevitori radio. La lunghezza d'onda varia da 1 a 1000 mo più. L'EMR nasce principalmente come risultato dell'interazione della radiazione gamma generata durante un'esplosione con gli atomi dell'ambiente.

Durante l'interazione di gamma quanti con gli atomi del mezzo, a questi ultimi viene dato un impulso di energia, una piccola frazione della quale viene spesa per la ionizzazione degli atomi e la parte principale viene spesa per comunicare il moto traslatorio a elettroni e ioni formati come risultato della ionizzazione. A causa del fatto che viene impartita molta più energia a un elettrone che a uno ione, e anche a causa della grande differenza di massa, gli elettroni hanno una velocità maggiore rispetto agli ioni. Possiamo supporre che gli ioni rimangano praticamente al loro posto, mentre gli elettroni si allontanano da essi a velocità prossime a quella della luce in direzione radiale dal centro dell'esplosione. Pertanto, nello spazio per qualche tempo c'è una separazione di cariche positive e negative.

A causa del fatto che la densità dell'aria nell'atmosfera diminuisce con l'altezza, nell'area circostante il luogo dell'esplosione si ottiene un'asimmetria nella distribuzione della carica elettrica (flusso di elettroni). L'asimmetria del flusso di elettroni può anche sorgere a causa dell'asimmetria del flusso di raggi gamma stesso a causa del diverso spessore dell'involucro della bomba, nonché della presenza del campo magnetico terrestre e di altri fattori. L'asimmetria della carica elettrica (flusso di elettroni) nel sito dell'esplosione nell'aria provoca un impulso di corrente. Irradia energia elettromagnetica nello stesso modo in cui la passa in un'antenna radiante.

L'area in cui la radiazione gamma interagisce con l'atmosfera è chiamata area della sorgente EMP. L'atmosfera densa vicino alla superficie terrestre limita la regione di propagazione dei raggi gamma (il percorso libero medio è di centinaia di metri). Pertanto, in un'esplosione al suolo, l'area della sorgente occupa un'area di pochi chilometri quadrati e coincide approssimativamente con l'area in cui agiscono altri fattori dannosi di un'esplosione nucleare.

In un'esplosione nucleare ad alta quota, la gamma quanti può percorrere centinaia di chilometri prima di interagire con le molecole d'aria e, a causa della sua rarefazione, penetrare in profondità nell'atmosfera. Pertanto, la dimensione dell'area di origine EMP è ampia. Quindi, con un'esplosione ad alta quota di una munizione con una capacità di 0,5-2 milioni di tonnellate, si può formare un'area di origine EMP con un diametro fino a 1600-3000 km e uno spessore di circa 20 km, il limite inferiore di che passerà ad un'altezza di 18-20 km (Fig. 1.4).

Riso. 1.4. Le principali varianti dell'ambiente EMP: 1 - Ambiente EMP dell'area della sorgente e formazione dei campi di radiazione delle esplosioni terrestri e aeree; 2 - ambiente EMP sotterraneo a una certa distanza dall'esplosione vicino alla superficie; 3 - Ambiente EMP di un'esplosione ad alta quota.

Le grandi dimensioni dell'area della sorgente durante un'esplosione ad alta quota generano un intenso EMP diretto verso il basso su una parte significativa della superficie terrestre. Pertanto, un'area molto vasta può trovarsi in condizioni di forte esposizione a EMP, dove praticamente non agiscono altri fattori dannosi di un'esplosione nucleare.

Pertanto, durante le esplosioni nucleari ad alta quota, la stampa di oggetti situati al di fuori della lesione nucleare può essere soggetta a forti effetti EMP.

I parametri principali dell'EMR, che determinano l'effetto dannoso, sono la natura del cambiamento dell'intensità dei campi elettrici e magnetici nel tempo - la forma dell'impulso e l'intensità massima del campo - l'ampiezza dell'impulso.

L'EMP di un'esplosione nucleare terrestre a una distanza fino a diversi chilometri dal centro dell'esplosione è un singolo segnale con un bordo anteriore ripido e una durata di diverse decine di millisecondi (Fig. 1.5).

Riso. 1.5. Variazione dell'intensità del campo di un impulso elettromagnetico: a - fase iniziale; b - fase principale; c - durata del primo quasi semestre.

L'energia EMR è distribuita su un'ampia gamma di frequenze da decine di hertz a diversi megahertz. Tuttavia, la parte ad alta frequenza dello spettro contiene una frazione insignificante dell'energia dell'impulso; la parte principale della sua energia ricade su frequenze fino a 30 kHz.

L'ampiezza dell'EMR in questa zona può raggiungere valori molto elevati: nell'aria, migliaia di volt per metro durante l'esplosione di munizioni a bassa potenza e decine di migliaia di volt per metro durante le esplosioni di munizioni ad alta potenza. Nel terreno, l'ampiezza EMR può raggiungere rispettivamente centinaia e migliaia di volt per metro.

Poiché l'ampiezza dell'EMP diminuisce rapidamente con la distanza, l'EMP di un'esplosione nucleare a terra colpisce solo a una distanza di pochi chilometri dal centro dell'esplosione; su lunghe distanze, ha solo un effetto negativo a breve termine sul funzionamento delle apparecchiature radio.

Per un'esplosione in aria bassa, i parametri EMP rimangono sostanzialmente gli stessi di un'esplosione al suolo, ma con un aumento dell'altezza dell'esplosione, l'ampiezza dell'impulso vicino alla superficie terrestre diminuisce.

Con un'esplosione aerea bassa con una potenza di 1 milione di tonnellate, EMP con incredibili intensità di campo si è diffuso su aree con un raggio fino a 32 km, 10 milioni di tonnellate - fino a 115 km.

L'ampiezza dell'EMP dalle esplosioni sotterranee e sottomarine è molto inferiore all'ampiezza dell'EMP durante le esplosioni nell'atmosfera, quindi il suo effetto dannoso non si manifesta praticamente durante le esplosioni sotterranee e sottomarine.

L'effetto dannoso della radiazione elettromagnetica è dovuto al verificarsi di tensioni e correnti nei conduttori situati nell'aria, nel terreno, sull'apparecchiatura di altri oggetti.

Poiché l'ampiezza dell'EMR diminuisce rapidamente con l'aumentare della distanza, il suo effetto dannoso è a diversi chilometri dal centro (epicentro) di un'esplosione di grosso calibro. Quindi, con un'esplosione al suolo con una potenza di 1 Mt, la componente verticale del campo elettrico EMP a una distanza di 4 km è 3 kV / m, a una distanza di 3 km - 6 kV / m e 2 km - 13 kV/m.

EMR non ha un effetto diretto su una persona. Ricevitori di energia EMP - corpi che conducono corrente elettrica: tutte le linee di comunicazione aeree e sotterranee, linee di controllo, segnalazione (poiché hanno una resistenza elettrica non superiore a 2-4 kV di tensione CC), linee di trasmissione di energia, pali e supporti metallici, antenne aeree e sotterranee dispositivi, condutture sotterranee e sotterranee, tetti metallici e altre strutture in metallo. Al momento dell'esplosione, in essi appare un impulso di corrente elettrica per una frazione di secondo e appare una differenza di potenziale rispetto al suolo. Sotto l'influenza di queste tensioni, possono verificarsi: rottura dell'isolamento dei cavi, danni agli elementi di ingresso delle apparecchiature collegate ad antenne, linee aeree e sotterranee (rottura dei trasformatori di comunicazione, guasto degli scaricatori, fusibili, danni ai dispositivi a semiconduttore, ecc. , così come la bruciatura dei collegamenti fusibili inclusi nelle linee per proteggere l'apparecchiatura. Elevati potenziali elettrici rispetto alla terra che si verificano su schermature, anime dei cavi, linee di alimentazione dell'antenna e linee di comunicazione cablate possono essere pericolosi per le persone che eseguono la manutenzione dell'apparecchiatura.

Il pericolo maggiore dell'EMR è per le apparecchiature che non sono dotate di una protezione speciale, anche se si trovano in strutture particolarmente resistenti in grado di sopportare grandi carichi meccanici dall'onda d'urto di un'esplosione nucleare. L'EMP per tali apparecchiature è il principale fattore dannoso.

Le linee elettriche e le loro apparecchiature, progettate per tensioni di decine, centinaia di kW, sono resistenti agli effetti di un impulso elettromagnetico.

È inoltre necessario tenere conto della simultaneità dell'impatto di un impulso istantaneo di radiazione gamma e dell'EMP: sotto l'influenza del primo, la conduttività dei materiali aumenta e, sotto l'azione del secondo, vengono indotte ulteriori correnti elettriche. Inoltre, si dovrebbe tener conto del loro impatto simultaneo su tutti i sistemi situati nell'area dell'esplosione.

Su cavi e linee aeree che sono caduti nella zona di potenti impulsi di radiazioni elettromagnetiche, sorgono tensioni elettriche elevate (indotte). La tensione indotta può causare danni ai circuiti di ingresso dell'apparecchiatura in sezioni abbastanza remote di queste linee.

A seconda della natura dell'impatto dell'EMR sulle linee di comunicazione e sulle apparecchiature ad esse collegate, si raccomandano i seguenti metodi di protezione: l'uso di linee di comunicazione simmetriche a due fili, ben isolate tra loro e da terra; esclusione dell'uso di linee di comunicazione esterne a filo singolo; schermatura di cavi interrati con guaina in rame, alluminio, piombo; schermatura elettromagnetica di blocchi e unità di apparecchiature; l'uso di vari tipi di dispositivi di input di protezione e dispositivi di protezione contro i fulmini.