是什么让电子炸弹或电磁脉冲 (EMP) 具有破坏性?

电器工程 脉冲 电磁 辐射 电子炸弹
2022-01-16 15:18:55

维基百科说电磁脉冲与任何电磁信号一样,EMP 能量可以以四种形式中的任何一种形式传输:

  • 电场

  • 磁场

  • 电磁辐射

  • 导电

https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_pulse

我知道四种形式的能量就在我们身边,我们在日常生活中使用它们,例如:变压器使用导电,我们使用电磁辐射来收听广播电台和电视节目。它们对电子设备没有破坏性。所以:

是什么让电子炸弹具有破坏性?

我相信它可能会在短时间内影响信号,然后所有电子设备都会再次正常工作。

至于我的第二个问题:

它如何实现对损坏的电子设备的范围非常广泛(大型无线电)?它如何损坏城镇或大区域的所有设备?

注意:我问这个问题是因为我很好奇并且只是为了学习,我不想破坏和事情:)

4个回答

这种脉冲之所以具有如此大的破坏性,是因为它的频率范围很广,因此可以影响物理尺寸范围很广的事物,并且脉冲幅度很大。

每一点导电材料都像天线一样。在地球上的正常经验中,环境射频辐射非常低,以至于这些导电材料中产生的电流和电压非常低,不会造成伤害。事实上,它们是如此之低,以至于有意接收这些信号的无线电必须放大它们才能达到有用的水平。

产生的电压和电流与产生它们的场强成正比。一定程度的电压和电流会损坏某些东西,因此一定程度的场强会造成损坏。这比我们通常在这里所经历的要高出几个数量级,但这正是正确类型的核弹可以产生的结果。

如果一个电路打算与来自天线的微安信号一起工作,那么想象安培会损坏某些东西应该是不言而喻的。

这并不像看起来那么牵强。来自太阳的大型日冕物质抛射之前已经摧毁了部分电网。在这种情况下,电源线实际上是很长的天线,由如此多的带电粒子运动产生的电场会产生足够的过量电流来触发系统中的断路器。

有两件事使 EMP 武器具有破坏性:

  • 释放的巨大能量
  • 它发布的非常短的持续时间

另一个较小但类似的例子是闪电。一次雷击可能会在几毫秒内释放 500 兆焦耳的能量。相比之下,50 kW AM 广播电台每 2.8 小时释放相同数量的能量。但是雷击你的房子可能会造成一些损坏,而在 AM 发射器附近 2.8 小时则不会。

通过查看电感的定义,您可能会直观地了解为什么短脉冲更具破坏性:

$$ v(t)= L\frac{\mathrm di}{\mathrm dt} $$

在哪里:

  • \$v(t)\$ 是时间 \$t\$ 时的电压,单位为伏特
  • \$L\$ 是电感,单位为亨利,
  • \$\frac{\mathrm di}{\mathrm dt}\$ 是电流随时间的变化率,单位为安培/秒

EMP 武器会在磁场中产生非常快速的变化,这将在任何导体中感应出非常快速变化的电流因此 \$\frac{\mathrm di}{\mathrm dt}\$ 将非常大,即使在电感很小的情况下,这也会导致电压高到足以损坏电子设备,尤其是MOSFET等敏感器件(现代数字电子产品),其中许多可能会因向其栅极施加低至 10 伏的电压而损坏。

电容的定义类似,是电感的对偶:

$$ i(t) = C \frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}t} $$

这意味着电压的快速变化会导致破坏性电流。

当然,EMP 武器很可能会同时产生磁场和电场,但是从这两个方程可以看出为什么电磁脉冲的脉冲部分是其破坏力的关键。粗略地说,在一半时间内释放相同数量的能量会使可能产生的电流和电压翻倍,从而增加破坏力。

核弹的 EMP 脉冲可以影响如此大的区域,因为炸弹包含如此大量的能量。

参考https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_electromagnetic_pulse#Starfish_Primehttps://en.wikipedia.org/wiki/TNT_equivalent,在夏威夷造成电气损坏的高海拔“海星 Prime”,约 1,445 公里(距离起爆点 898 英里),炸毁了大约 300 个路灯,使用了 1.44 兆吨的炸弹:这相当于一次爆炸中二战中使用的所有常规炸药的一半。6拍焦的能量。

这相当于运行 Phil Frost 回答中的 50kW AM 广播电台 3800 年。

1962 年的 Starfish Prime 高空(太空)H 炸弹试验,其结果在这里(在新西兰)可见数日,据称对 EMP 影响造成了一些损害,取得了以下成果:

  • “ .... 1962 年 7 月,Starfish Prime 测试损坏了檀香山和新西兰(约 1,300 公里外)的电子设备,融合了瓦胡岛(夏威夷)的 300 盏路灯,引发了大约 100 次防盗警报,并导致微波炉发生故障考艾岛的中继站,将坚固的电话系统与其他夏威夷岛屿隔绝了......”来自:

维基百科 EMP

高空爆炸

机制和后果:

快核电磁脉冲对全国电网的影响:不同的观点,
写作 ~= 1987。

  • 摘要:本文主要考虑单次高空核爆炸对美国电网的潜在影响。将 EMP 与闪电等自然现象进行了比较。本文的结论是,EMP 对电网的危害并不比自然界中的对应物大。极快、高振幅 EMP 的电场上限源自第一原理。
    结果值明显低于通常显示的值。额外的计算表明,核爆产生的电离严重削弱了 EMP。

东西是如何工作的 - ebomb


70 多页 - 反战重点,但大量关于 emp。

核武器试验效果:揭穿鼓励扩散的流行夸张说法


40 页 + 编译 - 包括很多关于 emp 的内容。

核武器的影响:根据解密报告汇编的事实真相