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 секунды), 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 США 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 асимметричности 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.

Поражающее действие электромагнитного импульса обусловлено возникновением напряжений и токов в проводниках различной проницаемости, расположенных в воздухе, земле, на военной технике и других объектах.

ЭМИ непосредственного действия на человека не оказывает. Приемниками ЭМИ являются проводящие ток тела: все воздушные и подземные лини связи, металлические мачты и опоры, антенные устройства, металлические крыши и пр. В момент взрыва в них на доли секунды возникает импульс электрического тока и появляется разность потенциала относительно земли. Под действием этих напряжений может происходить: пробой изоляции кабелей, порча полупроводниковых приборов, а также выгорание плавких вставок, включенных в линии для защиты аппаратуры. Это все может представлять опасность для лиц, обслуживающих аппаратуру.

Линии электропередачи и их оборудование, рассчитанные на напряжение десятков-сотен киловольт, являются устойчивыми к воздействию электромагнитного импульса.

На кабельных и воздушных линиях, попавших в зону мощных импульсов электромагнитного излучения, возникают (наводятся) высокие электрические напряжения, что может вызвать повреждения полупроводниковых приборов и входных цепей аппаратуры на удаленных участках этих цепей.

Таким образом мы рассмотрели поражающие факторы и их воздействие на объекты и человека во время ядерного взрыва. Но и в мирное время существует опасность ЧС на ядерных объектах.

Вопрос 2. Последствия радиационных аварий и катастроф на потенциально опасных объектах и допустимые дозы облучения

В мирное время крупные аварии на радиационно-опасных объектах могут привести к катастрофическим последствиям.

Основным последствием радиационных аварий является облучение людей, животных, окружающей среды. У людей и животных это вызывает лучевую болезнь разной степени.

Основными поражающими факторами радиационной аварии является радиационное воздействие и радиоактивное загрязнение. Аварии могут начинаться и сопровождаться взрывами и пожарами. Последствия радиационных аварий в основном оценивается масштабами и степенью воздействия радиоактивного загрязнения, а также составом радионуклидов и количеством радиоактивных веществ в выбросе.

Радиационному воздействию подвергаются люди сельскохозяйственные животные, растения и приборы, чувствительные к загрязнению.

Радиоактивному загрязнению подвергаются сооружения, коммуникации, транспортные средства, имущество, продовольствие, природная среда.

Радиационное воздействие на человека состоит в ионизации тканей его тела и возникновении лучевой болезни различных степеней.

Радиационное воздействие на персонал и население характеризуется величинами доз внешнего и внутреннего облучения. Радионуклиды в организм человека поступают вместе с атмосферным воздухом, водой, пищей.

Радиоактивное загрязнение среды характеризуется количеством радионуклидов, приходящимся на единицу площади (объема).

В результате радиоактивного загрязнения выводятся из хозяйственного оборота сельскохозяйственные, промышленные предприятия, жилье, объекты соцкультбыта, сельскохозяйственные и лесные угодья, водоемы, подземные источники воды.

Тяжелые социально-экономические последствия вызываются эвакуацией населения из загрязненных территорий и необходимостью проведения мероприятий по жизнеобеспечению людей, проживающих в загрязненной местности.

Поражающее действие источников радиоактивного загрязнения (заражения) определяется в большинстве случаев действием гамма-излучения.

Ядерные излучения, ионизируя молекулы живых тканей, оказывают вредное биологическое воздействие на организм человека и животных, нарушая жизненно важные процессы в организме. В результате такого воздействия у пораженных развивается лучевая болезнь.

Остановимся более подробно на этапах развития лучевой болезни.

Дата добавления: 2014-01-06