При ядерном взрыве образуется сильное электромагнитное излучение в широком диапазоне волн с максимумом плотности в области 15-30 кГц.
Ввиду кратковременности действия - десятки микросекунд, - это излучение называют электромагнитным импульсом (ЭМИ).
Причиной возникновения ЭМИ является ассиметричное электромагнитное поле, возникающее в результате взаимодействия гамма-квантов с окружающей средой.
Основными параметрами ЭМИ, как поражающего фактора, являются напряженности электрического и магнитного полей. При воздушном и наземном взрывах плотная атмосфера ограничивает область распространения гамма-квантов, и размеры источника ЭМИ примерно совпадают с районом действия проникающей радиации. В космосе ЭМИ может приобретать качество одного из основных поражающих факторов.
На человека ЭМИ не оказывает непосредственного влияния.
Действие ЭМИ проявляется прежде всего на проводящих электрический ток телах: воздушных и подземных линиях связи и электроснабжения, системах сигнализации и управления, металлических опорах, трубопроводах и т.п. В момент взрыва в них возникает импульс тока и наводится высокий электрический потенциал относительно земли.
В результате этого может произойти пробой изоляции кабелей, повреждение входных устройств радио- и электроаппаратуры, сгорание разрядников и плавких вставок, повреждение трансформаторов, выход из строя полупроводниковых приборов.
Сильные электромагнитные поля могут вывести из строя аппаратуру на пунктах управления, узлах связи и создать опасность поражения обслуживающего персонала.
Защита от ЭМИ достигается экранированием отдельных блоков и узлов радио- и электроаппаратуры.
Химическое оружие.
Химическим оружием называют отравляющие вещества и средства их применения. К средствам применения относятся авиационные бомбы, кассеты, боевые части ракет, артиллерийские снаряды, химические мины, выливные авиационные приборы, генераторы аэрозолей и т.п.
Основу химического оружия составляют отравляющие вещества (ОВ) - токсичные химические соединения, поражающие людей и животных, заражающие воздух, местность, водоемы, продовольствие и различные предметы на местности. Некоторые ОВ предназначены для поражения растений.
В химических боеприпасах и приборах ОВ находятся в жидком или твердом состоянии. В момент применения химического оружия ОВ переходят в боевое состояние - пар, аэрозоль или капли и поражают людей через органы дыхания или - при попадании на тело человека - через кожу.
Характеристикой заражения воздуха парами и тонкодисперсными аэрозолями является концентрация С=m/v, г/м3 - количество «m» ОВ в единице объема «v» зараженного воздуха.
Количественной характеристикой степени заражения различных поверхностей является плотность заражения: d=m/s, г/м2 - т.е. количество «m» ОВ, находящееся на единице площади «s» зараженной поверхности.
ОВ классифицируется по физиологическому воздействию на человека, тактическому назначению, быстроте наступления и длительности поражающего действия, токсикологическим свойствам и пр.
По физиологическому воздействию на организм человека ОВ делятся на следующие группы:
1) ОВ нервно-паралитического действия - зарин, зоман,Vx (ВИ-икс). Они вызывают расстройства функций нервной системы, мышечные судороги, паралич и смерть.
2) ОВ кожно-нарывного действия - иприт. Поражает кожу, глаза, органы дыхания и пищеварения - при попадании внутрь.
3) ОВ общеядовитого действия - синильная кислота и хлорциан. При отравлении появляется тяжелая отдышка, чувство страха, судороги, паралич.
4) ОВ удушающего действия - фосген. Поражает легкие, вызывает их отек, удушье.
5) ОВ психо-химического действия - BZ (Би-зет). Поражает через органы дыхания. Нарушает координацию движений, вызывает галлюцинации и психические расстройства.
6) ОВ раздражающего действия - хлорацетофенон, адамсит, CS (Cи-Эс) и CR (Си-Эр). Эти ОВ вызывают раздражение органов дыхания и зрения.
Нервно-паралитические, кожно-нарывные, общеядовитые и удушающие ОВ являются ОВ смертельного действия. ОВ психо-химического и раздражающего действия - временно выводят из строя людей.
По быстроте наступления поражающего действия различают быстродействующие ОВ (зарин, зоман, синильная кислота, Си-Эс, Си-Эр) и медленнодействующие (Ви-икс, иприт, фосген, Би-зет).
По длительности ОВ делятся на стойкие и нестойкие. Стойкие сохраняют поражающее действие несколько часов или суток. Нестойкие - несколько десятков минут.
Токсодоза - количество ОВ, необходимое для получения определенного эффекта поражения: T=c*t (г*мин)/м3 , где: с - концентрация ОВ в воздухе, г/м3; t - время пребывания человека в зараженном воздухе, мин.
При применении химического боеприпаса образуется первичное облако ОВ. Под действием движущихся масс воздуха ОВ распространяется в некотором пространстве, образуя зону химического заражения.
Зоной химического заражения называют район, подвергшийся непосредственному воздействию химического оружия, и территорию, над которой распространилось облако, зараженное ОВ с поражающими концентрациями.
В зоне химического заражения могут возникать очаги химического поражения.
Очаг химического поражения - это территория, в пределах котрой в результате воздействия химического оружия произошли массовые поражения людей, сельскохозяйственных животных и растений.
Защита от отравляющих веществ достигается использованием индивидуальных средств защиты органов дыхания и кожи, а также коллективные средства.
К особым группам химического оружия можно отнести бинарные химические боеприпасы, представляющие собой две емкости с различными газами - не ядовитыми в чистом виде, но при их смещении во время взрыва получается ядовитая смесь.
Ударная волна
Ударная волна (УВ) - область резко сжатого воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью.
Раскаленные пары и газы, стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до больших давлений и плотности и нагревают до высокой температуры (несколько десятков тысяч градусов). Этот слой сжатого воздуха представляет ударную волну. Передняя граница сжатого слоя воздуха называется фронтом ударной волны. За фронтом УВ следует область разряжения, где давление ниже атмосферного. Вблизи центра взрыва скорость распространения УВ в несколько раз превышает скорость звука. С увеличением расстояния от места взрыва скорость распространения волны быстро падает. На больших расстояниях ее скорость приближается к скорости распространения звука в воздухе.
Ударная волна боеприпаса средней мощности проходит: первый километр за 1,4 с; второй - за 4 с; пятый - за 12 с.
Поражающее воздействие УВ на людей, технику, здания и сооружения характеризуется: скоростным напором; избыточным давлением во фронте движения УВ и временем ее воздействия на объект (фаза сжатия).
Воздействие УВ на людей может быть непосредственным и косвенным. При непосредственном воздействии причиной травм является мгновенное повышение давления воздуха, что воспринимается как резкий удар, ведущий к переломам, повреждению внутренних органов, разрыву кровеносных сосудов. При косвенном воздействии люди поражаются летящими обломками зданий и сооружений, камнями, деревьями, битым стеклом и другими предметами. Косвенное воздействие достигает 80 % от всех поражений.
При избыточном давлении 20-40 кПа (0,2-0,4 кгс/см 2) незащищенные люди могут получить легкие поражения (легкие ушибы и контузии). Воздействие УВ с избыточным давлением 40-60 кПа приводит к поражениям средней тяжести: потеря сознания, повреждение органов слуха, сильные вывихи конечностей, поражения внутренних органов. Крайне тяжелые поражения, нередко со смертельным исходом, наблюдаются при избыточном давлении свыше 100 кПа.
Степень поражения ударной волной различных объектов зависит от мощности и вида взрыва, механической прочности (устойчивости объекта), а также от расстояния, на котором произошел взрыв, рельефа местности и положения объектов на местности.
Для защиты от воздействия УВ следует использовать: траншеи, щели и окопы, снижающие се действие в 1,5-2 раза; блиндажи - в 2-3 раза; убежища - в 3-5 раз; подвалы домов (зданий); рельеф местности (лес, овраги, лощины и т. д.).
Электромагнитный импульс (ЭМИ) - это совокупность электрических и магнитных полей, возникающих в результате ионизации атомов среды под воздействием гамма-излучения. Продолжительность его действия составляет несколько миллисекунд.
Основными параметрами ЭМИ являются наводимые в проводах и кабельных линиях токи и напряжения, которые могут приводить к повреждению и выводу из строя радиоэлектронной аппаратуры, а иногда и к повреждению работающих с аппаратурой людей.
При наземном и воздушном взрывах поражающее действие электромагнитного импульса наблюдается на расстоянии нескольких километров от центра ядерного взрыва.
Наиболее эффективной защитой от электромагнитного импульса является экранирование линий энергоснабжения и управления, а также радио- и электроаппаратуры.
Обстановка, складывающаяся при применении ядерного оружия в очагах поражения.
Очаг ядерного поражения - это территория, в пределах которой в результате применения ядерного оружия произошли массовые поражения и гибель людей, сельскохозяйственных животных и растений, разрушения и повреждения зданий и сооружений, коммунально-энергетических и технологических сетей и линий, транспортных коммуникаций и других объектов.
// 1 Комментарий
Мощный электромагнитный импульс (ЭМИ) появляется вследствие всплеска энергии, которая излучается или проводится таким источником как солнце или взрывное устройство. Если в вашем арсенале выживальщика присутствуют электротехнические или электронные устройства, необходимо предусмотреть их защиту от ЭМИ, чтобы они смогли продолжать работать после начала боевых действий, природной или техногенной катастрофы.
Что такое электромагнитный импульс
Всякий раз, когда проходит через провода, он производит электрическое и магнитное поля, которые исходят перпендикулярно движению тока. Размер этих полей пропорционален силе тока. Длина провода напрямую влияет на силу тока индуцированного электромагнитного импульса. Кроме того, даже обычное включение питания производит короткий всплеск электрической и магнитной энергии.
При этом всплеск настолько мал, что едва заметен. Например, коммутационные действия в электрической схеме, двигателях и системах зажигания для газовых двигателей так же производят к небольшим ЭМИ импульсам, которые могут вызвать помехи на соседнем радио или телевидении. Для их поглощения используются фильтры, удаляющие незначительные всплески энергии и помехи от них.
Большой выброс энергии производится, когда некий заряд электричества быстро разряжается. Данный электростатический разряд (ESD) может шокировать человека или вызвать опасные искры вокруг паров топлива. Так же многие помнят, что в детстве мы бы протирали ноги об ковер, а затем касались друзей, создавая разряд ESD. Это тоже одна из форм ESD.
Чем сильнее энергия импульса, тем больше он может повредить здания и воздействовать людей. Например, молния является мощной формой ЭМИ. может быть очень опасным и стать причиной катастрофы. К счастью, большинство молнии замкнуто на землю, где электрический заряд поглощается. Громоотвод изобрел Бенджамин Франклин, благодаря чему сегодня сохраняются многие здания и сооружения.
Такие события, как ядерные взрывы, высотные неядерные взрывы и солнечные бури могут создать мощный ЭМИ, который наносит ущерб электрическому и электронному оборудованию, расположенному недалеко от источника события. Все это угрожает электросетям и функционированию большинства электрических и электронных устройств в нашей жизни.
Поражающие факторы электромагнитного импульса
Опасность ЭМИ заключается в том, что он поражает системы жизнеобеспечения и транспорта. Поэтому, например, при мощном воздействии электромагнитного импульса современная незащищенная автотехника выходит из строя. Особенно это касается автомобилей, произведенных после 1980 года. Поэтому в случае техногенной катастрофы, начала боевых действий или всплеска солнечной активности оптимально использовать автомашины старого образца.
Кроме того, электромагнитный импульс поражает:
Компьютеры.
Дисплеи.
Принтеры.
Маршрутизаторы.
Трансформаторы.
Генераторы.
Источники питания.
Стационарные телефоны.
Любые электронные схемы.
Телевизоры.
Радио, DVD плееры.
Игровые устройства.
Медиа центры
Усилители.
Системы связи (передатчики, приемники)
Кабели (передачи данных, телефонные, коаксиальные, USB и т.д.)
Провода (особенно большой длины).
Антенны (внешние и внутренние).
Электрические шнуры питания.
Системы зажигания (авто и самолетов).
Электрические схемы СВЧ.
Кондиционеры.
Аккумуляторы (все виды).
Фонарики.
Реле.
Системы сигнализации.
Контроллеры заряда.
Преобразователи.
Калькуляторы.
Электроинструменты.
Электронные запчасти.
Зарядные устройства.
Устройства контроля (CO2, детекторы дыма и т.д.).
Кардиостимуляторы.
Слуховые аппараты.
Устройства медицинского мониторинга и т.п.
Факторы, которые определяют урон от ЭМИ
Сила входящего электромагнитного импульса.
Расстояние до источника импульса.
Угол линии удара от источника к вашему положению на вращающейся Земле.
Размер и форма объектов, которые получают и собирают ЭМИ.
Степень изоляции приборов и устройств от вещей, которые могут собирать и передавать энергию ЭМИ.
Защита или экранирование приборов и устройств.
Как защититься от ЭМИ: первые действия
С большой долей вероятности небольшие системы не будут затронуты ЭМИ (англ. EMP), если они изолированы от сети питания. Поэтому при поступлении предупреждения о грядущем EMP отключите все подключенные к электрической розетке приборы и устройства. Не забудьте вентиляцию и термостаты. Отключите солнечные панели и весь дом от общей сети, откройте запорные переключатели между солнечными панелями и инвертором, и между преобразователем и распределительной панелью питания. При слаженных действиях это займет несколько минут.
Общая защита от электромагнитного излучения
Предлагаемые защитные действия:
Отключайте электронные устройства, когда они не используется.
Отключайте электроприборы, когда они не используются.
Не оставляйте компоненты, такие как принтеры и сканеры, в режиме ожидания.
Используйте короткие кабели для работы.
Установите защитную индукцию вокруг компонентов.
Используйте компоненты с автономными батареями.
Используйте рамочные антенны.
Подключите все провода заземления к одной общей точке заземления.
По возможности используйте небольшие устройства, которые менее чувствительны к ЭМИ.
Установите MOV (металл-оксид-варистор) переходные протекторы на портативные генераторы.
Используйте ИБП для защиты электроники от всплеска EMP.
Используйте блокирования устройства.
Используйте гибридную защиту (например, полосовой фильтр с последующим молниеотводом).
Держите чувствительные приборы и устройства подальше от длинных трасс кабеля или электропроводки, антенн, растяжек, металлических башен, гофрированного металла, стальных ограждений, железнодорожных путей.
Устанавливайте кабель под землей, в экранированных кабельных каналах.
Постройте одну или несколько клеток Фарадея.
Следует заранее продумать защитную систему. Например, резервный генератор, вероятно, не будет поврежден солнечной бурей, но ЭМИ может повредить чувствительные электронные контроллеры, так что экранирование является целесообразным. И наоборот, такой прибор, как источник бесперебойного питания (ИБП) может быть полезным сам по себе в качестве компонента защиты. Если EMP происходит, резкий рост может уничтожить ИБП, но это, скорее всего, защитит от разрушения подключенные устройства и компоненты.
Как построить клетку Фарадея
Клетку Фарадея можно смастерить в домашних условиях из металлических емкостей и контейнеров, таких как мусорный бак или ведро, шкаф, сейф, старая микроволновка. Подойдет любой объемный предмет, который имеет непрерывную поверхность без зазоров или больших отверстий. Необходимо наличие плотно облегающей крышки.
Установите непроводящий материал (картон, дерево, бумага, листы пены или пластика) на всех внутренних сторонах клетки Фарадея, чтобы сохранить содержимое от прикосновения металла. Кроме того, можно обернуть каждый элемент в пузырчатую пленку или пластик. Все приборы, которые находятся внутри, должны быть изолированы от всего остального и особенно от металлического контейнера.
Что поместить в клетку Фарадея
Поместите внутрь клетки весь электронный и электротехнический арсенал, который входит в НЗ, и те компоненты, которые закуплены «впрок». Так же там необходимо расположить все, что может быть чувствительно к ЭМИ, в случае получения предупредительного сигнала. В том числе:
Батарейки для радио.
Портативные рации.
Портативные телевизоры.
Светодиодные фонарики.
Солнечное зарядное устройство.
Компьютер (ноутбук или планшет).
Сотовые телефоны и смартфоны.
Различные лампочки.
Зарядные шнуры для мобильных телефонов, планшетов и т.п.
Как защитить важную информацию от ЭМИ
Имейте в виду, что электромагнитный импульс может нарушить инфраструктуру на длительное время, а в случае – навсегда. Поэтому стоит заранее подготовиться, и произвести резервное копирование важных файлов с помещением их на разных носителях в разные клетки Фарадея.
Вместо послесловия
Если предупреждение об ЭМИ небыло получено, но вы видите яркую вспышку с последующим отключением энергосистем, действуйте по своему усмотрению. Ведь нельзя знать заранее, насколько тяжелым и опасным будет электромагнитный импульс, дальность которого при некоторых видах взрывов достигает 1000 км. Но благодаря подготовке и предварительному планированию можно определить, насколько реально мы сможем выжить в мире после ЭМИ.
И будете в безопасности!
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.
Проникающая радиация ядерного взрыва сильно ионизирует воздушную среду, что приводит к возникновению мощных электромагнитных полей, которые ввиду их кратковременного существования принято называть электромагнитным импульсом.
Электромагнитный импульс
образуется в основном в результате комптоновского механизма, сущность которого заключается в следующем. Гамма-кванты взрыва, взаимодействуя с атомами окружающей среды, образуют медленные положительные ионы и быстрые электроны, которые движутся по направлению порождающих их гамма-квантов. В результате этого в окружающем пространстве возникают свободные электрические заряды, токи и поля. В свою очередь быстрые электроны также ионизируют среду, создавая медленные электроны и положительно заряженные ионы. В результате этого среда становится электропроводящей. Под действием электрического поля, созданного быстрыми электронами, медленные электроны начинают двигаться навстречу быстрым электронам, образуя ток проводимости.
При асимметричном выходе и распространении гамма-квантов, вызванном, например, границей раздела воздух-грунт при наземном ядерном взрыве, токи проводимости в ближней зоне (на расстоянии до нескольких километров от центра взрыва) замыкаются через грунт и порождают магнитное поле. При воздушных взрывах асимметрия в распределении гамма-квантов и соответственно порождаемых ими токов возникает в результате неоднородной плотности атмосферы по высоте, конструкции ядерного боеприпаса и ряда других причин. Изменяющиеся во времени электромагнитные поля способны распространяться за пределы источника, образуя поле излучения на больших расстояниях от центра взрыва.
Основными параметрами электромагнитного импульса, характеризующими его поражающее действие, являются изменения напряженностей электрического и магнитного полей во времени (форма импульса) и их ориентация в пространстве, а также величина максимальной напряженности поля (амплитуда импульса).
Электромагнитный импульс наземного ядерного взрыва в ближней зоне представляет собой одиночный импульсный сигнал с крутым фронтом и обладает длительностью до десятков миллисекунд. Длительность фронта импульса, характеризующая время, за которое поле нарастает до своего максимального значения, близка к времени протекания ядерных процессов, т. е. в типичных случаях она может иметь величину примерно 10-8 с. Амплитуда электрического поля в ближней зоне может быть до сотен киловольт на метр. Распространение электромагнитного поля в проводящей среде приводит к его сравнительно быстрому затуханию. Амплитуда импульса убывает пропорционально расстоянию от центра взрыва.
Для низких воздушных взрывов параметры электромагнитного импульса остаются примерно такими же, как и для наземных, но с увеличением высоты взрыва их амплитуды уменьшаются. Амплитуды электромагнитного импульса подземного и надводного ядерных взрывов значительно меньше амплитуд электромагнитного импульса взрывов в атмосфере, поэтому поражающее действие его при этих взрывах.практически не проявляется.
Поражающее действие электромагнитного импульса ядерного взрыва
Поражающее действие электромагнитного импульса ядерного взрыва на вооружение и военную технику проявляется в нарушении работоспособности радиоэлектронной аппаратуры и электротехнического оборудования. Степень поражающего действия зависит от параметров электромагнитного импульса, стойкости аппаратуры и характера взаимодействия ее с электромагнитными полями ядерного взрыва. На практике обычно различают непосредственное действие электромагнитного импульса на аппаратуру и воздействие на нее через коммуникационные линии. Наводимые на коммуникационных линиях токи и напряжения могут представлять опасность для аппаратуры и личного состава, находящихся на безопасных удалениях от воздействия других поражающих факторов ядерного взрыва
Уязвимыми к непосредственному воздействию электромагнитного импульса являются наиболее чувствительные элементы радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры (магнитные сердечники, пьезоэлементы, электровакуумные и газоразрядные приборы и др.). В результате непосредственного воздействия электромагнитного импульса и в зависимости от типа элемента, а также особенностей его конструкции одни из них могут временно или полностью потерять работоспособность, другие - вносить существенные помехи в работу аппаратуры.
Так, для некоторых магнитных сердечников, изготовленных из марганцово-цинковых ферритов и работающих в слабых полях, характерно сравнительно длительное время восстановления магнитной проницаемости, достигающее 30 мин после воздействия импульсного магнитного поля. Изменение магнитной проницаемости сердечников влияет на величину индуктивности дросселей и катушек и, следовательно, на работоспособность аппаратуры в целом
В пьезоэлементах на длительное время изменяется частота кварцевого резонатора в результате поглощения энергии электромагнитного поля. Работоспособность электровакуумных и газоразрядных приборов может быть нарушена в результате возникновения на выводах напряжений и токов от воздействия электромагнитного импульса.
В общем случае нарушение нормальной работы радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры в результате непосредственного воздействия электромагнитного импульса можно отнести к довольно редким явлениям, поскольку металлические кожухи самой аппаратуры, ограждающие конструкции сооружений, корпуса летательных аппаратов и т. п., в которых она размещается, значительно ослабляют поражающее действие электромагнитного импульса. Личный состав не поражается от непосредственного действия электромагнитного импульса. В наибольшей степени поражающее действие электромагнитного импульса на личный состав, радиоэлектронную и электротехническую аппаратуру проявляется от наведенных токов и напряжений в кабельных линиях и антенно-фидерных устройствах.
Особенно высокие напряжения и значительные токи наводятся в кабельных линиях и антенно-фидерных устройствах, расположенных за пределами экранированных объектов. Так, например, амплитудные значения напряжения на жилах кабельной линии относительно их металлопокрова при условии, если линия оказывается вблизи центра наземного взрыва, могут достигать десятков киловольт, а тока в металлопокрове кабеля - десятков килоампер.
Наведенные токи и напряжения могут превысить допустимые уровни для аппаратуры, подключенной к кабельным линиям и антенно-фидерным устройствам. В результате чего такая аппаратура, расположенная вне зоны действия других поражающих факторов, получит повреждения. Наведенные токи и напряжения могут приводить также к появлению ложных сигналов и к сбоям в работе радиоэлектронных систем.
На практике стойкость приборов к действию импульсных напряжений и токов обычно характеризуют пороговой энергией повреждения, предельной величиной и скоростью нарастания (крутизной) импульса напряжения (тока).
В общем случае различают необратимые и обратимые нарушения работоспособности аппаратуры от воздействия электромагнитного импульса. Необратимые нарушения могут быть следствием либо тепловой перегрузки, либо электрического перенапряжения.
В результате тепловой перегрузки могут наблюдаться следующие повреждения элементов аппаратуры:
- перегорание предохранительных вставок, резисторов;
- разрушение обкладок керамических конденсаторов и электродов маломощных разрядников;
- спекание контактов слаботочных реле;
- обрыв проводов в местах пайки (сварки);
- расплавление токоведущих и резистивных слоев полупроводниковых приборов.
Следствием электрического перенапряжения могут быть электрические пробои, которые характерны для конденсаторов, переходных штепсельных разъемов, контактных групп реле, изоляции кабельных изделий. Нередки случаи, когда эффекты электрического пробоя и тепловой перегрузки происходят вместе, взаимно влияют друг на друга.
К обратимым изменениям относятся временные сбои в работе аппаратуры. Обратимые изменения, как правило, имеют место при коротких импульсных напряжениях, энергия которых недостаточна для появления необратимых изменений.
Стойкость изделий радиоэлектронной техники и электротехники к воздействию импульсных напряжений (токов) в значительной степени отличается друг от друга. Так, например, для повреждения транзисторов и диодов требуется энергия от 10^-1 до 10^-8 Дж, для реле различных типов от 10^-1 до 10^-3 Дж, для электродвигателей и трансформаторов - более 10 Дж. В целом стойкость аппаратуры к воздействию импульсных (напряжений) зависит от стойкости комплектующих ее изделий.
По степени подверженности воздействию наведенных токов и напряжений радиоэлектронную и электротехническую аппаратуру условно разделяют на три группы:
- высокочувствительную (устройства и приборы на микромодулях и микросхемах);
- средней чувствительности (аппаратура, в состав которой входят слаботочные реле, электровакуумные приборы, транзисторы средней и большой мощности);
- низкочувствительную (аппаратура электросилового оборудования, электродвигатели и трансформаторы, автоматы, контакторы, реле и другие коммутационные и защитные аппараты силовых распределительных сетей).
В общем случае воздействие на аппаратуру и ее отказы зависят от параметров электромагнитного импульса, стойкости самой аппаратуры, электрофизических характеристик грунта (проводимость, диэлектрическая и магнитная проницаемость, пробивное напряжение), характеристик кабельных изделий и антенно-фидерных устройств, подключенных к аппаратуре. Однозначно оценить роль каждого из этих факторов, как правило, не представляется возможным, так как они сложным образом связаны между собой. Поэтому оценивать воздействие электромагнитного импульса на радиоэлектронные и электротехнические системы объектов необходимо отдельно для каждого конкретного случая с комплексным учетом действия всех этих факторов.
Эффективным способом защиты радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры является применение металлических экранов, которые в значительной мере снижают параметры электромагнитного импульса в экранированной полости. Электромагнитные поля могут появиться внутри экрана из-за диффузии внешних полей через стенки экрана, проникновения через неоднородности в экране (отверстия, щели и т. п.), а также за счет токов, заносимых внутрь экрана по металлопокровам внешних кабельных линий и с антенно-фидерных устройств.
В целях повышения эффективности защиты аппаратуры, расположенной внутри реальных экранов, применяют следующие меры:
- отдельные части экрана соединяют сваркой, выполненной сплошным непрерывным швом;
- металлические покрытия дверей в сооружениях электрически соединяют с основным экраном;
- применяют специальные трубы (патрубки) для ввода кабельных линий в сооружения; при этом трубы приваривают к основному экрану;
- металлопокровы кабельных линий и антенно-фидерных устройств соединяют с внешним контуром заземления сооружения или экраном сооружения с внешней его стороны;
- высокочувствительную аппаратуру размещают в центральной части экранированной полости;
- вентиляционные отверстия в экране оборудуют электромагнитной защитой в виде металлических коробов (волноводов) или металлической сетки, устанавливаемой на входе в отверстия.
Для защиты аппаратуры, подключенной к внешним кабельным линиям и антенно-фидерным устройствам, устанавливают разрядники, дренажные катушки; применяют полупроводниковые стабилитроны (опорные диоды) для защиты высокочувствительной радиоэлектронной аппаратуры. Используют кабели с малым сопротивлением металлопокровов, прокладывают параллельно с кабельными линиями защитные тросы и другие способы защиты.
Наведенные токи и напряжения могут представлять опасность для личного состава, находящегося в соприкосновении с электропроводящими коммуникациями.
Для защиты личного состава от поражающего действия наведенных токов и напряжений наряду с общими мероприятиями по обеспечению электробезопасности необходимо принимать следующие дополнительные меры: покрывать полы рабочих помещений изоляционным материалом; применять рациональное заземление, обеспечивающее выравнивание потенциалов между частями электроустановок, металлоконструкций, стоек с аппаратурой, щитов, блоков и т. д., которых одновременно может касаться личный состав; строго соблюдать требования техники безопасности по эксплуатации импульсных электроразрядных установок при проведении работ, связанных с выполнением профилактических мероприятий и ремонтом аппаратуры и кабельных линий
