現今人為的強力電磁脈沖方法——高空核爆!
核爆炸除了產生人們所熟悉的沖擊波、光輻射、早期核輻射和放射性污染效應以外,還產生電磁脈沖效應。這種電磁脈沖對人體沒有傷害作用,但是它能使兵器電子元件遭受嚴重損壞。對此,開始人們對它的破壞性重視不夠。直到60年代初期,美、蘇相繼在高空進行核試驗時,才對它有了真正的認識。
1962年7月,美國在太平洋約翰斯頓島上空400公里處,爆炸了一顆140萬噸梯恩梯當量的氫彈。爆後,在遠離爆心14000公里的夏威夷瓦胡島上,300多條大小馬路上的路燈突然全部熄滅,數百具防盜報警器同時響了起來。人們經過近20年的研究。才徹底揭開了上述奇怪現象的奧秘。原來使路燈失明和使防盜報警器報警的「作案者」都是核電磁脈沖.
所謂電磁脈沖就是瞬間變化的電場和磁場。形象地說,電磁脈沖猶如雷雨時閃電所產生的電磁信號。核爆炸時產生的強電磁脈沖稱為核電磁脈沖。
核電磁脈沖的物理成因是核爆炸時釋放的射線以光速與空氣分子相踫時,能量很高的射線將電子從空氣分子中踫撞出來,並使電子迅速向外擴散
根據相對論中的動量守恆與能量守恆定律。帶正電的母體粒子(空氣分子)的運動速度較小,運動方向也發生了改變。在物理學中,這種正、負電荷的分離屬于康普頓效應。由于這種正、負電荷的分離是大規模發生的,所以在爆心周圍形成了一個電離化的區域。這個區域稱為源區,在源區內產生的強烈電場稱為源場。帶負電的電子質量較小,它們以近似光速的速度飛離爆心;而那些失去電子的母體粒子比電子質量大、速度小,因而仍然聚集在爆心周圍。正、負電荷的急劇分離,致使爆心處為正電荷,遠處為負電荷。所以源場的場強方向由爆心向外。
當核爆炸發生在3—25公里高度時,由于射線在所有方向上都是均勻發射的,因此由電荷分離形成的電場將是徑向的。從爆心向外的一切方向上都有著相同的強度。即源區成球對稱性,而且由于射線被低空稠密大氣層快速吸收,源區半徑只有2∼8公里,因而向外,輻射的能量很小。理論上講,在半徑以外的區域,由于對稱的相反方向的分量產生的作用完全抵消,這對地面的電子設備沒有什麼破壞作用。實際上,由于各種情況,會不可避免地出現源區的不對稱性,因而還會有一定的康普頓電子從爆心處飛馳,產生一個淨電子電流,進而產生磁場,磁場的變化又引起電場的變化。這種電磁場的變化就形成電磁脈沖,而會對地面的電子設備產生一定的影響。
當核爆炸發生在地面或靠近地面時。源區與地面接觸而呈現明顯的不對稱形狀,因而形成了較強的輻射電磁場,大約在15公里範圍內都具有破壞作用,這個作用距離約等于核爆炸時產生的其他作用的最大距離。
當核爆炸在30公里以上空氣稀薄的高空發生時,由于射線衰減較慢,因而能透過的距離較長;以致核電磁脈沖的破壞作用可達數千公里。
核電磁脈沖與我們熟悉的雷電、無線電波、雷達波相比,雖然都是電場和磁場交替變化而產生電磁波,但核電磁脈沖具有以下幾個特點
(1)幅度大。核電磁脈沖的電場強度在幾公里範圍內可達1—10萬伏/米,是無線電波電磁場的幾百萬倍。是大功率雷達波的上千倍。
(2)作用時間短。核電磁脈沖的電場變化迅速,在0.01---0.03微秒的時間內即可上升到最大值,從發生到結束也只有幾十微秒的時間,比閃電快50倍。
(3)頻譜寬。核電磁脈沖的頻率範圍寬(頻率從幾赫到100兆赫),幾乎包含了現代軍用電子設備所使用的頻段,因此對軍用電子設備的影響較大。
(4)作用範圍廣。低空核爆炸產生的電磁脈沖源區場雖然只有幾公里的範圍,但輻射出來的電磁脈沖信號可以傳到很遠的地方。高空核爆炸產生的電磁脈沖作用範圍更廣。有人估計,如果在美國內布拉斯加州太空320公里處爆炸一顆5000萬噸級的核彈頭,將產生50000伏/米的場強,輻射出來的電磁脈沖會使全美國變成一片「漆黑」。
隨著電子技術的發展。各種武器系統越來越普遍地應用半導體器件和集成電路。所以核電磁脈沖對現代兵器有著不可低估的破壞作用。核爆炸產生的電磁脈沖能通過天線、電纜連接處、金屬管道等進入電子設備的內部,產生感應電流,使電子設備遭到嚴重的破壞。核電磁脈沖對電子設備的破壞作用一般可分為兩類︰功能損壞和工作干擾。功能損壞是指電纜的絕緣材料被擊穿或者是電子設備的某些元器件受核電磁脈沖的作用而造成永久性損傷。核電磁脈沖對半導體器件有更大的破壞性。因為只要有千分之一到百分之幾焦耳的能量就可以把晶體管燒壞。核電磁脈沖雖然是短暫的,然而它對電子設備線路和電子元件的功能損壞卻是永久的。如果電纜的絕緣材料被擊穿造成短路,大量的電話、電報等郵政通訊系統及軍事通訊系統就會中斷。特別是主控設備如果遭受破壞,將引起整個控制系統的混亂。釀成嚴重後果。飛機、導彈、艦艇、防空武器等軍事系統中的電子設備如受到核電磁脈沖的破壞,將會造成重大的損失。工作干擾是指核電磁脈沖雖然沒有使系統或器件受到破壞,但引進的附加信號使某些器件的工作狀態改變,導致電子設備的功能紊亂,發出錯誤信號,或消除和改變貯存器中的內容。例如,一次百萬噸級核彈空中爆炸後,處于待命狀態的導彈,由于彈上計算機內存貯的信息被清洗,便不能再按指令發射了。因此,有些軍事專家把核電磁脈沖稱為「兵器電子元件的克星」、「電子對抗的終極手段」。
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