Электромагнитный импульс ядерного взрыва. Защита электроники от электромагнитного импульса Защита техники от электромагнитного импульса

Электричество прочно вошло в нашу жизнь и стало ее неотъемлемой частью. Но технический прогресс связан с увеличением уровня электромагнитного излучения (ЭМИ), оказывающего неблагоприятное влияние на все живые организмы. Электромагнитное излучение — это колебание электрических и магнитных полей, которое распространяется в пространстве со скоростью света . Человек его не видит и не чувствует, поэтому не в состоянии оценить, как оно воздействует на здоровье. А между тем врачи всего мира бьют тревогу о том, что ЭМИ действует на организм подобно радиации. Разберемся, как же влияют электромагнитные волны на человека, существуют ли способы защиты от неблагоприятного воздействия.

Источники электромагнитного излучения

В течение всей жизни на человека воздействуют электромагнитные поля (ЭМП). Если влияние электромагнитного излучения от естественных источников (Солнца, магнитного и электрического поля Земли) люди не способны изменить, то уменьшить воздействие от искусственных источников им под силу.

Но активно используя достижения научного прогресса, человек, наоборот, все больше испытывает действие на организм побочных явлений, вызванных работой различных приборов и механизмов — электромагнитных волн от искусственных источников излучения , которые окружают нас повсюду:

  • трансформаторов;
  • сотовых телефонов;
  • медицинского оборудования;
  • компьютеров;
  • антенн;
  • лифтов;
  • бытовой техники;
  • линии электропередач.

Энергия, исходящая от источников, различается по частоте и длине волны – это основные характеристики ЭМП. Учеными обнаружены и исследованы электромагнитные волны всех возможных диапазонов, которые применяются в науке или технике. Спектр электромагнитного излучения образуется из совокупности всех волн.

Спектральный диапазон излучения ЭМП

Свет, который воспринимается человеческим глазом, является частью спектра электромагнитного излучения, но лишь незначительной. При его изучении были открыты и другие волны. К электромагнитным волнам относятся:

  1. Рентгеновские и гамма-лучи – высокочастотное электромагнитное излучение (3 – 300 МГц).
  2. Инфракрасное излучение, видимый человеческим глазом свет, а также ультрафиолет – среднечастотное излучение (0,3 — 3 МГц).
  3. Радиоизлучение и микроволны – низкочастотные излучения (3 – 300 кГц).

Все электромагнитные волны используются человеком и оказывают воздействие как на живые организмы, так и на окружающую среду. Биологическая активность волн возрастает с уменьшением их длины.

Излучение, исходящее от низкочастотных и среднечастотных источников – неионизирующее. Это значит, что вред для здоровья при допустимом уровне воздействия ЭМИ минимален .

Сильное биологическое воздействие на организм человека оказывает медицинское оборудование – источники высокочастотного облучения и ионизирующего электромагнитного излучения: рентгеновские аппараты и аппараты компьютерной томографии. МРТ и УЗИ неопасны для организма, потому что при диагностике не используются рентгеновские лучи.

Полный спектр электромагнитного излучения по длине волны подразделяется на диапазоны:

  • радиоволны (100 км – 1 мм) – используются в области телерадиовещания, в радиолокации;
  • микроволны (300 – 1 мм) – применяются в промышленности и в быту: спутниковая и сотовая связь, микроволновые печи;
  • инфракрасное излучение (2000 мкм – 740 нм) находят широкое применение в криминалистике, физиотерапии, для сушки изделий или продуктов;
  • оптическое излучение– 740 — 400 нм — видимый человеком свет;
  • ультрафиолетовое излучение (400 – 10 нм) получило широкое распространение в медицине и в промышленности: бактерицидные и кварцевые лампы;
  • рентгеновские лучи (0,1 – 1,01 нм) широко применяются в медицинской диагностике;
  • гамма-излучения (меньше 0,01 нм) используются при лечении онкологических заболеваний.

Границы между диапазонами спектра считаются весьма условными .

Уровень электромагнитного излучения

Исходящее электромагнитное излучение от искусственных источников ЭМП бывает низкоуровневым и высокоуровневым. Уровень мощности источника влияет на степень напряженности электромагнитного излучения .

К источникам высокого уровня относят:

  • высоковольтные ЛЭП;
  • электротранспорт;
  • вышки теле- и радиовещания, спутниковой и сотовой связи;
  • трансформаторы;
  • электрические подъемные установки (лифты, фуникулеры).

К низкоуровневым источникам относят все виды бытовой техники, устройства с ЭЛТ дисплеем и внутридомовая проводка, розетки и выключатели.

Для определения уровня ЭМИ используется специальный прибор – флюксметр . Он фиксирует значение показателя напряженности электрического поля, в соответствии с которым предпринимаются меры защиты, если нормы будут превышены.

Предельно допустимый уровень облучения населения – значение напряженности ЭМИ, при котором не происходит вредного влияния на организм человека.

Для подсчета дозы излучения в зависимости от источника, расстояния до него и размера существуют специальные таблицы и формулы. Безопасная доза электромагнитного излучения в 0,2 – 0,3 мкТл.

Как влияет электромагнитное излучение на живые организмы

Многочисленные исследования ученых привели к выводу, что воздействие электромагнитных полей на организм человека и животных отрицательно , его последствием являются нарушения работы внутренних органов и развитие различных заболеваний.

Влияние электромагнитных волн на человека зависит от многих факторов:

  • интенсивности (уровня) поля;
  • их длины и частоты;
  • временного отрезка воздействия;
  • состояния здоровья человека.

Источники с высоким уровнем ЭМП оказывают более сильное влияние на здоровье человека. Глубина проникновения в организм зависит от длины волны: длинноволновые поля действуют на внутренние органы, головной и спинной мозг, короткие волны – только на кожу и приводят к тепловому эффекту.

ЭМП увеличивают риск для здоровья детского и ослабленного организма, а также людей, подверженных аллергическим заболеваниям.

Побочные электромагнитные излучения и наводки при постоянном воздействии нарушают деятельность всех систем организма и могут привести к возникновению радиоволновой болезни, симптомы которой наблюдают у себя многие:

  • хроническая усталость;
  • состояние апатии;
  • обострение хронических заболеваний;
  • постоянные головные боли;
  • нарушения сна и внимания;
  • частые депрессии.

Если учесть, что среднестатистический городской житель в течение всей своей жизни подвергается постоянному влиянию электромагнитного поля, то радиоволновую болезнь можно диагностировать почти у каждого горожанина и объяснить возникающие симптомы именно ее развитием. Если не предпринять мер защиты от вредного ЭМП, то возрастает риск развития хронических недугов (сердечной аритмии, сахарного диабета) и постоянных вирусных респираторных заболеваний.

После кратковременного воздействия электромагнитных волн здоровый организм способен полностью восстановиться и устранить изменения, произошедшие во время нахождения в зоне повышенного ЭМИ.

При длительном действии электромагнитных лучей нарушается биоэнергетическое равновесие организма, изменения накапливаются и приобретают стабильный характер.

Какой вред ЭМИ наносят организму человека

Вред для здоровья от источников ионизирующего излучения доказан давно, и не найдется, наверное, человека, который бы не знал о негативных последствиях воздействия рентгеновских или гамма-лучей. Влияние на здоровье человека ЭМП от неионизирующих источников еще слабо изучено, но ученые всего мира уже доказали его негативное воздействие.

Основные виды антропогенного электромагнитного излучения:

  • высоковольтные линии электропередачи;
  • микроволновое и радиоизлучение беспроводных устройств связи и бытовых приборов.


Электромагнитные поля и излучения представляют угрозу почти для всех систем организма человека . Под их влиянием:

  • ухудшается проходимость нервных сигналов от мозга к другим органам, что отражается на деятельности всего организма: нарушается мозговая координация, притупляются рефлексы;
  • обнаруживаются негативные изменения в психическом состоянии: нарушение памяти и внимания, в тяжелых случаях появление суицидальных мыслей, бреда, галлюцинаций;
  • происходит неблагоприятное воздействие на кровеносную систему: ЭМИ может спровоцировать слипание телец крови, что приведет к закупорке сосудов, аритмии, повышению артериального давления;
  • происходит снижение проницаемости клеточных мембран, из-за чего организм испытывает кислородное голодание и недостаточное поступление питательных веществ;
  • нарушается выработка гормонов, поскольку под влиянием электромагнитных полей происходит постоянная стимуляция гипофиза, щитовидной железы и надпочечников;
  • снижается иммунитет (частые ОРВИ, ангины), а иммунные клетки начинают атаковать свои же клетки (возникновение аллергических реакций) в связи с падением уровня лимфоцитов.
  • увеличивается риск возникновения онкологических заболеваний — имеются данные, что интенсивное воздействие некоторых частот электромагнитного спектра может иметь канцерогенное действие;
  • происходит угнетение половой функции у мужчин (снижение потенции) и женщин (сбои менструального цикла, бесплодие).

Особо пагубное воздействие электромагнитное излучение оказывает на плод в утробе матери.

Постоянное превышение допустимой дозы ЭМИ во время беременности приводит негативному влиянию на мать и к патологиям развития ребенка на разных сроках, особенно в первом триместре:

  • формированию пороков различных органов;
  • замедленному развитию важнейших систем организма;
  • мертворождению;
  • преждевременным родам.

В одном из исследований воздействия электромагнитных волн на беременных женщин была установлена высокая вероятность мертворождения и самопроизвольного аборта при увеличении максимально допустимого уровня ЭМИ. У тех участников эксперимента, которые носили постоянно электромагнитный излучатель, риск выкидыша был вдвое больше. Если ребенок и рождается, у него высока вероятность патологий развития, поскольку ЭМИ воздействую на структуру ДНК, повреждая ее.

Вывод неутешителен – влияние электромагнитного излучения на организм человека отрицательно и негативно отражается на деятельности почти всех его систем. Чтобы избежать его разрушительного воздействия на здоровье, необходимо позаботиться о безопасности жизнедеятельности (БЖД) и методах защиты от электромагнитного излучения.

Способы защиты от влияния электромагнитных полей

Электричество пронизывает все уголки нашей жизни: от простой лампы накаливания до сложных промышленных установок. Современный человек уже не представляет, как он будет обходиться без бытовых приборов, средств связи и телекоммуникаций. Полностью отказаться от использования электрического тока и благ цивилизации большинству из нас не представляется возможным, но выполнение некоторых рекомендаций позволит минимизировать разрушительные последствия для здоровья от вредного воздействия ЭМП.

На предприятиях, где человек вынужден постоянно сталкиваться с действием высокоуровневых ЭМИ, обязаны устанавливать защитные экраны и строго соблюдать все санитарно-эпидемиологические требования и правила БЖД.

Важно знать, что уровень напряженности ЭМП снижается при удалении от него на некоторое расстояние. Так, чтобы уберечься от вредного влияния высоковольтных линий на здоровье человека, нужно отойти на безопасное расстояние от ЛЭП или других высокоуровневых источников на 25 метров.


Ни в коем случае не строить жилые здания ближе чем в 30 метрах от источников с высоким уровнем электромагнитного излучения и не позволять детям играть вблизи с трансформаторными будками или вышками.

Для того чтобы электрическая техника облегчала жизнь человека, а не укорачивала ее, необходимо придерживаться следующих советов и правил.

  1. Выяснить степень опасности, которая исходит от различных источников электромагнитного излучения дома и на работе с помощью специального дозиметра.
  2. В соответствии с показателями расставить электробытовые приборы таким образом, чтобы они находились как можно дальше от зоны отдыха и обеденного стола (минимум 2 метра).
  3. Расстояние от ЭЛТ монитора или телевизора должно составлять не менее 30 см.
  4. Из спальни и детской комнаты по возможности удалить все электроприборы.
  5. Электронные часы с будильником ставить не ближе 10 см от подушки.
  6. Не находиться рядом с работающей СВЧ-печью, микроволновкой или обогревателем.
  7. Сотовые телефоны не рекомендуется подносить к голове ближе, чем 2,5 см. Неплохо разговаривать через громкую связь, а телефон держать как можно дальше от себя.
  8. Не стоит постоянно носить средства сотовой связи в карманах – в сумочке или барсетке им самое место.
  9. Всегда выключать неиспользуемые электрические устройства, поскольку даже в спящем режиме от них исходит определенная доза излучения.
  10. Вредно использовать фен перед сном: ЭМИ замедляет выработку мелатонина и нарушает циклы сна. Не стоит пользоваться и компьютером или планшетом менее чем за 2 часа до отхода ко сну.
  11. В розетках для подключения электроприборов необходимо проверить наличие заземления.

Следует знать, что стальной корпус электроприборов хорошо экранирует исходящее от них излучение, а электромагнитные волны способны проникать и через стены: электроприборы, находящиеся в соседней комнате или у соседей, также могут оказывать влияние на организм.

Все рекомендации необходимо усиленно соблюдать будущим мамочкам, если они хотят выносить и родить здорового малыша. Чрезмерное увлечение компьютером или разговорами по сотовому телефону во время беременности несут угрозу здоровью еще не родившемуся ребенку.

Технический прогресс значительно облегчил людям жизнь и подарил множество самой разнообразной техники и электроники, медицинские приборы, помогающие нам быть здоровыми, электротранспорт и лифты. Но негативное влияние на человека электромагнитного излучения от электрических приборов и устройств, ЛЭП и вышек связи не может не беспокоить специалистов и ученых.

Многочисленные исследования приводят к неутешительным выводам, что без применения мер защиты от ЭМП здоровью человека грозит опасность. Поэтому, если нет возможности или желания избавиться от всех благ цивилизации и переехать жить в лес, необходимо обезопасить себя и своих близких от вредного влияния ЭМИ, следуя несложным правилам БЖД по работе с электроприборами и выполнять рекомендации, данные выше.

Электромагнитный импульс (ЭМИ) - это естественное явление, вызываемое резким ускорением частиц (в основном, электронов), которое приводит к возникновению интенсивного всплеска электромагнитной энергии. Повседневными примерами ЭМИ могут служить следующие явления: молния, системы зажигания двигателей внутреннего сгорания и солнечные вспышки. Несмотря на то, что электромагнитный импульс способен вывести из строя электронные устройства, данную технологию можно применять для целенаправленного и безопасного отключения электронных устройств или для обеспечения безопасности персональных и конфиденциальных данных.

Шаги

Создание элементарного электромагнитного излучателя

    Запаситесь необходимыми материалами. Для создания простейшего электромагнитного излучателя вам понадобятся одноразовый фотоаппарат, медная проволока, резиновые перчатки, припой, паяльник и железный прут. Все эти предметы можно приобрести в ближайшем строительном магазине.

    • Чем толще проволоку вы возьмете для эксперимента, тем мощнее получится итоговый излучатель.
    • Если вы не сможете найти железный прут, можете заменить его стержнем из неметаллического материала. Однако обратите внимание, что подобная замена негативно скажется на мощности производимого импульса.
    • В ходе работы с электрическими деталями, способными удерживать заряд, или при пропускании электрического тока через объект, мы настоятельно рекомендуем надевать резиновые перчатки, дабы избежать возможного электрического удара.

  1. Соберите электромагнитную катушку. Электромагнитная катушка - это устройство, которое состоит из двух отдельных, но в то же время взаимосвязанных деталей: проводника и сердечника. В данном случае в качестве сердечника будет выступать железный прут, а в качестве проводника - медная проволока.

    Плотно обмотайте проволоку вокруг сердечника, не оставляя пробелов между витками . Не обматывайте весь провод, оставьте небольшое количество на краях обмотки, чтобы у вас была возможность подсоединить свою катушку к конденсатору.

    Припаяйте концы электромагнитной катушки к конденсатору. Конденсатор, как правило, имеет вид цилиндра с двумя контактами, а найти его можно на любой монтажной плате. В одноразовом фотоаппарате такой конденсатор отвечает за вспышку. Перед отпаиванием конденсатора обязательно вытащите батарейку из фотоаппарата, иначе вас может ударить током.

    Найдите безопасное место для тестирования своего электромагнитного излучателя. В зависимости от задействованных материалов, эффективный радиус действия вашего ЭМИ будет составлять примерно один метр в любом направлении. Как бы то ни было, любая электроника, попавшая под ЭМИ, будет уничтожена.

    • Не забывайте, что ЭМИ воздействует на все без исключения устройства в радиусе поражения, начиная от аппаратов жизнеобеспечения, вроде кардиостимуляторов, и заканчивая мобильными телефонами. Любой ущерб, причиненный этим устройством посредством ЭМИ, может повлечь за собой юридические последствия.
    • Заземленная площадка, вроде пня или пластмассового стола, является идеальной поверхностью для тестирования электромагнитного излучателя.

  2. Так как электромагнитное поле воздействует лишь на электронику, подумайте о приобретении какого-нибудь недорогого устройства в ближайшем магазине электроники. Эксперимент можно считать успешным, если после активации ЭМИ электронное устройство перестанет работать.

    • Во множестве магазинов канцелярских товаров продаются достаточно недорогие электронные калькуляторы, с помощью которых вы можете проверить эффективность созданного излучателя.

  3. Вставьте батарейку обратно в камеру. Для восстановления заряда необходимо пропустить через конденсатор электричество, которое впоследствии обеспечит вашу электромагнитную катушку током и создаст электромагнитный импульс. Поместите объект для испытаний как можно ближе к ЭМ излучателю.

    Примечание: наличие электромагнитного поля в основном невозможно определить на глаз. Без тестируемого объекта вы не сможете подтвердить успешное создание ЭМИ.

    Дайте конденсатору зарядиться. Отсоедините конденсатор от электромагнитной катушки, чтобы батарейка снова его зарядила, затем уже в резиновых перчатках или пластиковыми щипцами снова их соедините. Работая голыми руками, вы рискуете получить удар током.

    Включите конденсатор. Активация вспышки на камере высвободит накопленное в конденсаторе электричество, которое при прохождении через катушку создаст электромагнитный импульс.

    Оставьте небольшое количество провода на краях обмотки. Они нужны, чтобы подсоединить к катушке остальную часть устройства.

    Нанесите изоляцию на радиоантенну. Радиоантенна послужит в качестве рукоятки, на которой будут закреплены катушка и плата от фотоаппарата. Оберните основание антенны изолентой, дабы уберечься от удара током.

    Закрепите плату на плотном куске картона. Картон послужит в качестве еще одного слоя изоляции, который убережет вас от неприятного электрического разряда. Возьмите плату и изолентой закрепите ее на картоне, но так, чтобы она не закрывала дорожки электропроводящей цепи.

    • Закрепите плату лицевой стороной вверх, чтобы конденсатор и его проводящие дорожки не контактировали с картоном.
    • На картонной подложке для печатной платы также должно хватить достаточно места для батарейного отсека.

  4. Закрепите электромагнитную катушку на конце радиоантенны. Поскольку для создания ЭМИ электрический ток должен пройти через катушку, неплохо бы добавить второй слой изоляции, поместив небольшой кусочек картона между катушкой и антенной. Возьмите изоленту и закрепите катушку на куске картона.

    Припаяйте источник питания. Найдите на плате разъемы для батарейки и соедините их с соответствующими контактами батарейного отсека. После этого можете закрепить все это дело изолентой на свободном участке картонки.

    Подсоедините катушку к конденсатору. Необходимо припаять края медной проволоки к электродам конденсатора. Между конденсатором и электромагнитной катушкой также следует установить переключатель, который будет управлять потоком электроэнергии между этими двумя компонентами.

    Во время данного этапа сборки устройства ЭМИ вы должны оставаться в резиновых перчатках. Из-за оставшегося заряда в конденсаторе вас может ударить током.

    Прикрепите картонную подложку к антенне. Возьмите изоленту и прочно прикрепите картонную подложку вместе со всеми деталями к радиоантенне. Закрепите ее над основанием антенны, которое вы уже должны были обмотать изолентой.

    Найдите подходящий объект для испытаний. Простой и недорогой калькулятор идеально подойдет для тестирования портативного устройства ЭМИ. В зависимости от материалов и оборудования, использованных при конструировании вашего устройства, ЭМ поле будет работать либо в непосредственной близости от катушки, либо покрывать расстояние до одного метра вокруг нее.

    Любое электронное устройство, попавшее в радиус действия ЭМ поля, будет выведено из строя. Убедитесь, что рядом с выбранной тестовой площадкой нет электронных приборов, которым бы вы не хотели навредить. Вся ответственность за поврежденное имущество будет лежать на вас.

    Протестируйте свое портативное устройство ЭМИ. Проверьте, чтобы переключатель устройства находился в положении «ВЫКЛ.», после чего вставьте батарейки в батарейный отсек на картонной подложке. Держите устройство за изолированное основание антенны (словно протоновый ускоритель из «Охотников за привидениями»), направьте катушку в сторону объекта для испытаний и переключите выключатель в положение «ВКЛ.».

Поражающее действие электромагнитного импульса (ЭМИ) обусловлено возникновением наведённых напряжений и токов в различных проводниках. Действие ЭМИ проявляется, прежде всего, по отношению к электрической и радиоэлектронной аппаратуре. Наиболее уязвимы линии связи, сигнализации и управления. При этом может произойти пробой изоляции, повреждение трансформаторов, порча полупроводниковых приборов и т. п.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗНАНИЙ В ОБЛАСТИ ЭМИ

Для того, чтобы понять всю сложность проблем угрозы ЭМИ и мер по защите от нее, необходимо кратко рассмотреть историю изучения этого физического явления и современное состояние знаний в этой области.

То, что ядерный взрыв будет обязательно сопровождаться электромагнитным излучением, было ясно физикам-теоретикам еще до первого испытания ядерного устройства в 1945 году. Во время проводившихся в конце 50-х - начале 60-х годов ядерных взрывов в атмосфере и космическом пространстве наличие ЭМИ было зафиксировано экспериментально.Однако количественные характеристики импульса измерялись в недостаточной степени, во-первых, потому что отсутствовала контрольно-измерительная аппаратура, способная регистрировать чрезвычайно мощное электромагнитное излучение, существующее чрезвычайно короткое время (миллионные доли секунду), во-вторых, потому что в те годы в радиоэлектронной аппаратуре использовались исключительно электровакуумные приборы, которые мало подвержены воздействию ЭМИ, что снижало интерес к его изучению.

Создание полупроводниковых приборов, а затем и интегральных схем, особенно устройств цифровой техники на их основе, и широкое внедрение средств в радиоэлектронную военную аппаратуру заставили военных специалистов по иному оценить угрозу ЭМИ. С 1970 года вопросы защиты оружия и военной техники от ЭМИ стали рассматриваться министерством обороны как имеющие высшую приоритетность.

Механизм генерации ЭМИ заключается в следующем. При ядерном взрыве возникают гамма и рентгеновское излучения и образуется поток нейтронов. Гамма-излучение, взаимодействуя с молекулами атмосферных газов, выбивает из них так называемые комптоновские электроны. Если взрыв осуществляется на высоте 20-40 км., то эти электроны захватываются магнитным полем Земли и, вращаясь относительно силовых линий этого поля создают токи, генерирующие ЭМИ. При этом поле ЭМИ когерентно суммируется по направлению к земной поверхности, т.е. магнитное поле Земли выполняет роль, подобную фазированной антенной решетки. В результате этого резко увеличивается напряженность поля, а следовательно, и амплитуда ЭМИ в районах южнее и севернее эпицентра взрыва. Продолжительность данного процесса с момента взрыва от 1 - 3 до 100 нс.

На следующей стадии, длящейся примерно от 1 мкс до 1 с, ЭМИ создается комптоновскими электронами, выбитыми из молекул многократно отраженным гамма-излучением и за счет неупругого соударения этих электронов с потоком испускаемых при взрыве нейтронов.

Интенсивность ЭМИ при этом оказывается примерно на три порядка ниже, чем на первой стадии.

На конечной стадии, занимающей период времени после взрыва от 1 с до нескольких минут, ЭМИ генерируется магнитогидродинамическим эффектом, порождаемым возмущениями магнитного поля Земли токопроводящим огненным шаром взрыва. Интенсивность ЭМИ на этой стадии весьма мала и составляет несколько десятков вольт на километр.

Наибольшую опасность для радиоэлектронных средств представляет первая стадия генерирования ЭМИ, на которой в соответствии с законом электромагнитной индукции из-за чрезвычайно быстрого нарастания амплитуды импульса (максимум достигается на 3 - 5 нс после взрыва) наведенное напряжение может достигать десятков киловольт на метр на уровне земной поверхности, плавно снижаясь по мере удаления от эпицентра взрыва.

Амплитуда напряжения, наводимого ЭМИ в проводниках, пропорциональна длине проводника, находящегося в его поле, и зависит от его ориентации относительно вектора напряженности электрического поля. Так, напряженность поля ЭМИ в высоковольтных линиях электропередачи может достигать 50 кВ/м, что приведет к появлению в них токов силой до 12 тыс.ампер.

ЭМИ генерируются и при других видах ядерных взрывов - воздушном и наземном. Теоретически установлено, что в этих случаях его интенсивность зависит от степени ассимметричности пространственных параметров взрыва. Поэтому воздушный взрыв с точки зрения генерации ЭМИ наименее эффективен. ЭМИ наземного взрыва будет иметь высокую интенсивность, однако она быстро уменьшается по мере удаления от эпицентра.

Поскольку слаботочные цепи и радиоэлектронные приборы нормально действуют при напряжениях в несколько вольт и токах силой до нескольких десятков миллиампер, то для их абсолютно надежной защиты от ЭМИ требуется обеспечить снижение величины токов и напряжений в кабелях, до шести порядков.

ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ЗАЩИТЫ ОТ ЭМИ

Идеальной защитой от ЭМИ явилось бы полное укрытие помещения, в котором размещена радиоэлектронная аппаратура, металлическим экраном. Вместе с тем ясно, что практически обеспечить такую защиту в ряде случаев невозможно, т.к. для работы аппаратуры часто требуется обеспечить ее электрическую связь с внешними устройствами. Поэтому используются менее надежные средства защиты, такие, как токопроводящие сетки или пленочные покрытия для окон, сотовые металлические конструкции для воздухозаборников и вентиляционных отверстий и контактные пружинные прокладки, размещаемые по периметру дверей и люков.

Более сложной технической проблемой считается защита от проникновения ЭМИ в аппаратуру через различные кабельные вводы. Радикальным решением данной проблемы мог бы стать переход от электрических сетей связи к практически не подверженным воздействию ЭМИ волоконно-оптическим. Однако замена полупроводниковых приборов во всем спектре выполняемых ими функций электронно-оптическими устройствами возможно только в отдаленном будущем. Поэтому в настоящее время в качестве средств защиты кабельных вводов наиболее широко используются фильтры, в том числе волоконные, а также искровые разрядники, металлоокисные варисторы и высокоскоростные зенеровские диоды.

Все эти средства имеют как преимущества, так и недостатки. Так, емкостно-индуктивные фильтры достаточно эффективны для защиты от ЭМИ малой интенсивности, а волоконные фильтры защищают в относительно узком диапазоне сверхвысоких частот.Искровые разрядники обладают значительной инерционностью и в основном пригодны для защиты от перегрузок, возникающих под воздействием напряжений и токов, наводимых в обшивке самолета, кожухе аппаратуры и оплетке кабеля.

Металлоокисные варисторы, представляют собой полупроводниковые приборы, резко повышающие свою проводимость при высоком напряжении. Однако, при применении этих приборов в качестве средств защиты от ЭМИ следует учитывать их недостаточно высокое быстродействие и ухудшение характеристик при неоднократном воздействии нагрузок. Эти недостатки отсутствуют у высокоскоростных зенеровских диодов, действие которых основано на резком лавинообразном изменении сопротивления от относительно высокого значения практически до нуля при превышении приложенного к ним напряжения определенной пороговой величины. Кроме того в отличии от варисторов характеристики зенеровских диодов после многократных воздействий высоких напряжений и переключений режимов не ухудшаются.

Наиболее рациональным подходом к проектированию средств защиты от ЭМИ кабельных вводов является создание таких разъемов, в конструкции которых предусмотрены специальные меры, обеспечивающие формирование элементов фильтров и установку встроенных зенеровских диодов. Подобное решение способствует получению очень малых значений емкости и индуктивности, что необходимо для обеспечения защиты от импульсов, которые имеют незначительную длительность и, следовательно, мощную высокочастотную составляющую. Использование разъемов подобной конструкции позволит решить проблему органичения массо-габаритных характеристик устройства защиты.

Клетка Фарадея - устройство для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Обычно представляет собой заземлённую клетку, выполненную из хорошо проводящего материала.

Принцип работы клетки Фарадея очень простой - при попадании замкнутой электропроводящей оболочки в электрическое поле свободные электроны оболочки начинают двигаться под воздействием этого поля. В результате противоположные стороны клетки приобретают заряды, поле которых компенсирует внешнее поле.

Клетка Фарадея защищает только от электрического поля. Статическое магнитное поле будет проникать внутрь. Изменяющееся электрическое поле создаёт изменяющееся магнитное, которое, в свою очередь, порождает изменяющееся электрическое. Поэтому если с помощью клетки Фарадея блокируется изменяющееся электрическое поле, то изменяющееся магнитное поле генерироваться также не будет.

Однако в области высоких частот действие такого экрана основано на отражении электромагнитных волн от поверхности экрана и затухании высокочастотной энергии в его толще вследствие тепловых потерь на вихревые токи.

Способность клетки Фарадея экранировать электромагнитное излучение определяется:
толщиной материала, из которого она изготовлена;
глубиной поверхностного эффекта;
соотношением размеров проёмов в ней с длиной волны внешнего излучения.
Для экранировки кабеля необходимо создать клетку Фарадея с хорошо проводящей поверхностью по всей длине экранируемых проводников. Для того чтобы клетка Фарадея эффективно работала, размер ячейки сетки должен быть значительно меньше длины волны излучения, защиту от которого требуется обеспечить. Принцип действия устройства основан на перераспределении электронов в проводнике под воздействием электромагнитного поля.

Этот серьезный проект показывает, как получить импульс электромагнитной энергии в несколько мегаватт, который может нанести непоправимый вред электронному компьютеризированному и чувствительному к электромагнитным помехам коммуникационному оборудованию. Ядерный взрыв вызывает подобный импульс, для защиты от него электронных устройств необходимо принимать специальные меры. Этот проект требует накопления смертельного количества энергии, и его не следует пытаться реализовать вне специализированной лаборатории. Подобное устройство можно использовать для вывода из строя компьютерных систем управления автомобилем с целью остановки автомобиля в неординарных случаях угона или если за рулем находится пьяный

Рис. 25.1. Лабораторный электромагнитный импульсный генератор

и опасный для окружающих автомобилистов водитель. Электронное оборудование можно протестировать с помощью электронного импульсного генератора на чувствительность к мощным импульсным помехам – к молниям и потенциальному ядерному взрыву (это актуально для военного электронного оборудования).

Проект описан здесь без указания всех деталей, указаны только основные компоненты. Используется дешевый открытый искровой разрядник, но он даст только ограниченные результаты. Для достижения оптимальных результатов необходим газовый или радиоизотопный разрядник, который эффективен для создания помех как при потенциальном ядерном взрыве (рис. 25.1).

Общее описание устройство

Генераторы ударной волны способны вырабатывать сфокусированную акустическую или электромагнитную энергию, которая может разрушать предметы, применяться в медицинских целях, например, для разрушения камней во внутренних органах человека (почках, мочевом пузыре и т.д.). Генератор электромагнитных импульсов может вырабатывать электромагнитную энергию, которая может разрушать чувствительную электронику в компьютерах и микропроцессорном оборудовании. Нестабилизированные индуктивно-емкостные цепи LC могут вырабатывать импульсы в несколько гигаватт за счет использования устройств взрывания провода. Эти импульсы высокой энергии – электромагнитные импульсы (в иностранной технической литературе ЕМР – ElectroMagnetic Pulses) можно использовать для тестирования твердости металла параболических и эллиптических антенн, гудков и других направленных дистанционных воздействий на предметы.

Например, в настоящее время ведутся исследования по разработке системы, которая будет выводить автомобиль из строя во время опасной погони на высоких скоростях за человеком, совершившим противоправное действие, например, угонщиком или пьяным водителем. Секрет заключается в генерации обладающего достаточной энергией импульса для сжигания электронных управляющих процессорных модулей автомобиля. Это гораздо проще выполнить, когда автомобиль покрыт пластиком или оптоволокном, чем когда он покрыт металлом. Экранирование металлом создает дополнительные проблемы исследователю, разрабатывающему практически применимую систему. Можно построить устройство и для этого тяжелого случая, но оно может быть дорогостоящим и оказать вредное воздействие на дружественные устройства, заодно выводя их из строя. Поэтому исследователи находятся в поиске оптимальных решений для мирных и военных целей применения электромагнитных импульсов (ЕМР).

Цель проекта

Цель проекта заключается в генерации пикового импульса энергии для тестирования на прочность электронного оборудования. В частности, данный проект исследует использование подобных устройств для выведения из строя транспортных средств за счет разрушения микросхем компьютера. Мы проведем эксперименты по разрушению цепей электронных устройств с помощью направленной ударной волны.

Внимание! Донный проект использует смертельно опасную электрическую энергию, которая при неправильном контакте может убить человека мгновенно.

Система высокой энергии, которая будет собрана, использует взрывающийся провод, который может создать эффекты, подобные шрапнели. Разряд системы может серьезно повредить электронику близко расположенных компьютеров и другого аналогичного оборудования.

Конденсатор С заряжается от источника тока до напряжения источника питания в течение определенного периода времени. Когда он достигает напряжения, соответствующего определенному уровню запасенной энергии, ему дается возможность быстро разрядиться через индуктивность резонансного LC-конту- ра. Генерируется мощная, недемпфированная волна на собственной частоте резонансного контура и на ее гармониках. Индуктивность L резонансной цепи может состоять из катушки и индуктивности связанного с ней провода, а также собственной индуктивности конденсатора, которая составляет около 20 нГн. Конденсатор цепи является накопителем энергии и также оказывает влияние на резонансную частоту системы.

Излучение энергетического импульса может быть достигнуто посредством проводящей конической секции или металлической структуры в форме рупора. Некоторые экспериментаторы могут использовать полуволновые элементы с питанием, подаваемым на центр катушкой, связанной с катушкой резонансной цепи. Эта полуволновая антенна состоит из двух четвертьволновых секций, настроенных на частоту резонансной схемы. Они представляют собой катушки, намотка которых имеет примерно одинаковую длину с длиной четверти волны. Антенна имеет две радиально направленные части, параллельные длине или ширине антенны. Минимальное излучение происходит в точках, расположенных по оси или на концах, но мы не проверяли на практике этот подход. Например, газоразрядная лампа будет вспыхивать ярче на расстоянии от источника, индицируя мощный направленный импульс электромагнитной энергии.

Наша тестовая импульсная система вырабатывает электромагнитные импульсы в несколько мегаватт (1 МВт широкополосной энергии), которые распространяются с помощью конической секционной антенны, состоящей из параболического рефлектора диаметром 100-800 мм. Расширяющийся металлический рупор 25×25 см также обеспечивает определенную степень воздействия. Специальный

Рис. 25.2. Функциональная схема импульсного электромагнитного генератора Примечание:

Базовая теория работы устройства:

Резонансная схема LCR состоит из указанных на рисунке компонентов. Конденсатор С1 заряжается от зарядного устройства постоянного тока током l c . Напряжение V на С1 опг*а’ ouivwrcs. соотношением:

Искровой разрядник GAP установлен на запуск при напряжении V чуть ниже50000 В. При запуске пиковый ток достигает значения:

di/dt-V/L.

Период отклика схемы является функцией от 0,16 х (LC) 5 . Kj jhj />»–гп ц > затем i ьтэрное гея в индуктивность схемы за VaX, причем пиковое значение тока приводит к взрыву провода и прерывает этотток йог» с{№лстшнно перед тем, как он достигнет пикового значения. Иц’ .^сп*»*»^ энергия (LP) виа*/» – «сдается в виде вчрьва и в jftpcxa цл^хтигггуктосго электромагнитного излучения. Пиковая мощность ипрмоьл*тз1 описанным ниже образом и щ»«**и*гг многие мегаватты!

1. Цикл заряд а: dv=ldt/C.

(Выражает напряжение заряда на конденсаторе в функции времени, где I – постоянный ток.)

2. Накопленная энергия в С как функция от напряжения: £=0,5CV

(Выражает энергию в джоулях при увеличении напряжения.)

3. Время отклика V* цикла пикового тока: 1,57 (LC) 0 – 5 . (Выражает время для первого пика резонансного тока при запуске искрового разрядника.)

4. Пиковый ток вточке V* цикла: V(C/ Ц 05 (Выражает пиковый ток.)

5. Исходный отклик в функции от времени:

Ldi/dt+iR+ 1/С+ 1/CioLidt=0.

(Выражает напряжение как функцию от времени.)

6. Энергия катушки индуктивности в д жоулях: E=0,5U 2 .

7. Отклик, когда схема разомкнута при максимальном токе через L: LcPi/dt 2 +Rdi/dt+it/С=dv/dt.

Из этого выражения видно, что энергия катушки должна направляться куда-либо в течение очень короткого времени, результатом чего является взрывное поле высвобождения энергии Е х В.

Мощный импульс в много мегаватт вд иапазонеулырвныилс<*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 >чг>;*ттеля. i-M. < г п1гч электромагнитная волна будетзависетъотгеометрии конструкции. Большая длина г* Х’бодз обеспечит лучшие характеристики магнитного поля В, а короткие приесда в большей степени образуют поле электрическое поле Е. Эти параметры войдут в уравнения взаимодействия эффективности излучения антенны. Наилучшим подходом здесь является экспериментирование с конструкцией антенны для достижения оптимальных результатов с использованием ваших математических знаний для улучшения основных параметров. Повреждения схемы обычно являются результатом очень высокого di/dt (поле «В») импульса. Это предмет для обсуждения!

конденсатор 0,5 мкФ с малой индуктивностью заряжается за 20 с с помощью устройства ионного заряда, описанного в главе 1 «Антигравитационный проект», и дорабатывается, как показано. Можно достичь более высокой скорости заряда с помощью систем с более высоким током, которые можно получить по специальному заказу для более серьезных исследований через сайт www.amasingl.com.

Радиочастотный импульс высокой энергии можно генерировать также и в случае, где выход импульсного генератора взаимодействует с полноразмерной полуволновой антенной с центральным питанием, настроенной на частоты в диапазоне 1-1,5 МГц. Реальная дальность действия при частоте 1 МГц – более 150 м. Такая дальность действия может быть избыточна для многих экспериментов. Однако это нормально для коэффициента излучения, равного 1, во всех других схемах этот коэффициент меньше 1. Можно уменьшить длину реальных элементов с помощью настроенной четвертьволновой секции, состоящей из 75 м провода, намотанных через интервалы или с использованием двух-трех- метровых трубок из поливинилхлорида PVC. Эта схема вырабатывает импульс низкочастотной энергии.

Пожалуйста, имейте в виду, как это уже указывалось ранее, что импульсный выход этой системы может причинить вред компьютерам и любым приборам с микропроцессорами и другими аналогичными схемами на значительном расстоянии. Всегда будьте осторожны при тестировании и использовании этой системы, она может повредить устройства, которые просто находятся рядом. Описание основных частей, использованных в нашей лабораторной системе, дает рис. 25.2.

Конденсатор

Конденсатор С, используемый для подобных случаев, должен обладать очень низкой собственной индуктивностью и сопротивлением разряда. В то же время этот компонент должен обладать способностью к накоплению достаточной энергии для генерации необходимого импульса высокой энергии заданной частоты. К сожалению, два этих требования вступают в противоречие друг с другом, их трудно выполнить одновременно. Конденсаторы высокой энергии всегда будут обладать большей индуктивностью, чем конденсаторы низкой энергии. Другим важным фактором является использование сравнительного высокого напряжения для генерации сильных токов разряда. Эти значения необходимы для преодоления собственного комплексного импеданса последовательно соединенных индуктивного и резистивного сопротивлений на пути разряда.

В данной системе используется конденсатор 5 мкФ при 50000 В с индуктивностью 0,03 мкГн. Необходимая нам основная частота для схемы низкой энергии составляет 1 МГц. Энергия системы составляет 400 Дж при 40 кВ, что определяется соотношением:

Е = 1/2 CV 2 .

Катушка индуктивности

Вы можете использовать катушку из нескольких витков для экспериментов с низкими частотами с двойной антенной. Размеры определяются формулой индуктивности воздуха:

Рис. 25.7. Установка искрового разрядника для соединения с антенной при работе с низкой частотой

Применение устройство

Данная система предназначена для исследования чувствительности электронного оборудования к электромагнитным импульсам. Систему можно видоизменить для использования в полевых условиях и работы от перезаряжаемых аккумуляторных батарей. Ее энергию можно увеличить до уровня импульсов электромагнитной энергии в несколько килоджоулей, на собственный страх и риск пользователя. Нельзя предпринимать попыток изготовления своих вариантов устройства или использовать данное устройство, если вы не имеете достаточного опыта в использовании импульсных систем высокой энергии.

Импульсы электромагнитной энергии можно сфокусировать или запускать параллельно с помощью параболического отражателя. Экспериментальной мишенью может служить любое электронное оборудование и даже газоразрядная лампа. Вспышка акустической энергии может вызвать звуковую ударную волну или высокое звуковое давление на фокусном расстоянии параболической антенны.

Источники приобретении компонентов и деталей

Устройства заряда высокого напряжения, трансформаторы, конденсаторы, газовые искровые разрядники или радиоизотопные разрядники, импульсные генераторы MARX до 2 MB, генераторы ЕМР можно приобрести через сайт www.amasingl.com .

И т. д.). Поражающее действие электромагнитного импульса (ЭМИ) обусловлено возникновением наведённых напряжений и токов в различных проводниках. Действие ЭМИ проявляется, прежде всего, по отношению к электрической и радиоэлектронной аппаратуре. Наиболее уязвимы линии связи, сигнализации и управления. При этом может произойти пробой изоляции, повреждение трансформаторов , порча полупроводниковых приборов и т. п. Высотный взрыв способен создать помехи в этих линиях на очень больших площадях. Защита от ЭМИ достигается экранированием линий энергоснабжения и аппаратуры.

См. также

Литература

  • В. М. Лобарев, Б. В. Замышлаев, Е. П. Маслин, Б. А. Шилобреев. Физика ядерного взрыва: Действие взрыва. - М .: Наука. Физматлит., 1997. - Т. 2. - 256 с. - ISBN 5-02-015125-4
  • Коллектив авторов. Ядерный взрыв в космосе, на земле и под землей. - Воениздат, 1974. - 235 с. - 12 000 экз.
  • Рикетс Л.У., Бриджес Дж.Э. Майлетта Дж. Электромагнитный импульс и методы защиты / Пер. с анг. - Атомиздат, 1979. - 328 с.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Электромагнитный импульс" в других словарях:

    См. Импульс электромагнитный. EdwART. Словарь терминов МЧС, 2010 … Словарь черезвычайных ситуаций

    электромагнитный импульс - ЭМИ Изменение уровня электромагнитной помехи в течение времени, соизмеримого со временем установления переходного процесса в техническом средстве, на которое это изменение воздействует. [ГОСТ 30372—95 ] Тематики электромагнитная… …

    электромагнитный импульс - elektromagnetinis impulsas statusas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis Galingi trumpalaikiai elektromagnetiniai laukai, kurie atsiranda orinių ir aukštybinių branduolinių sprogimų metu; branduolinio sprogimo naikinamasis veiksnys … Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas

    электромагнитный импульс - elektromagnetinis impulsas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Trumpalaikis elektromagnetinis laukas. atitikmenys: angl. electromagnetic impulse vok. elektromagnetischer Impuls, m rus. электромагнитный импульс, m pranc.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

    электромагнитный импульс - elektromagnetinis impulsas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electromagnetic impulse vok. elektromagnetischer Impuls, m rus. электромагнитный импульс, m pranc. impulsion électromagnétique, f … Fizikos terminų žodynas

    Электромагнитный импульс - кратковременное электромагнитное поле, возникающее при взрыве ядерного боеприпаса в результате взаимодействия гамма излучения и нейтронов, испускаемых при ядерном взрыве, с атомами окружающей среды. Является поражающим фактором ядерного оружия;… … Словарь военных терминов

    Электромагнитный импульс - 1. Изменение уровня электромагнитной помехи в течение времени, соизмеримого со временем установления переходного процесса в техническом средстве, на которое это изменение воздействует Употребляется в документе: ГОСТ 30372 95 Совместимость… … Телекоммуникационный словарь

    Электромагнитный импульс (ЭМИ) поражающий фактор ядерного оружия, а также любых других источников ЭМИ (например молнии, специального электромагнитного оружия, короткого замыкания в электрооборудовании высокой мощности, или близкой вспышки… … Википедия

    Кратковременное электромагнитное поле, возникающее при взрыве ядерного боеприпаса в результате взаимодействия гамма излучения и нейтронов, испускаемых при ядерном взрыве, с атомами окружающей среды. Спектр частот электромагнитного импульса… … Морской словарь

    электромагнитный импульс от электростатических разрядов - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electrostatic discharge electromagnetic pulse … Справочник технического переводчика

Книги

  • , Гуревич Владимир Игоревич. Рассмотрена история развития военных ядерных программ в СССР и США, роли разведки в создании ядерного оружия в СССР, обнаружении электромагнитного импульса при ядерном взрыве (ЭМИ ЯВ),…
  • Электромагнитный импульс высотного ядерного взрыва и защита электрооборудования от него , Гуревич Владимир Игоревич. Рассказывается об истории развития военных ядерных программ в СССР и США, роли разведки в создании ядерного оружия в СССР, обнаружении электромагнитного импульсапри ядерном взрыве (ЭМИ ЯВ),…
Похожие статьи