1.6. Электромагнитный импульс ядерного взрыва
Термин электромагнитный импульс (ЭМИ) ядерного взрыва включает в себя множество категорий импульсов, в том числе вызванных взрывами на поверхности Земли или в космическом пространстве. Высотные (выше 30 км) ядерные взрывы особенно опасны для объектов электроэнергетики. Они вызывают появление трех типов электромагнитных импульсов, которые могут проявить себя на поверхности Земли:
первый и второй ЭМИ;
третий (магнитогидродинамический) ЭМИ.
Возникновение
первого ЭМИ связано с отражением
электронов Комптона, создаваемых
- излучением,
- излучением и нейтронами при их
взаимодействии с молекулами
воздуха при ядерных взрывах на больших
высотах (рис. 1.21).
Эти электроны когерентно отражаются магнитным полем Земли, так что поперечный поток электронов создает поперечное электрическое поле, распространяющееся по направлению к поверхности Земли.
Первый импульс характеризуется значительными пиковыми напряженностями электрического поля (десятки киловольт на метр), малой длительностью фронта (порядка единиц наносекунд), небольшой общей длительностью импульса (до сотен наносекунд).
Рис. 1.21. Первый ЭМИ высотного ядерного взрыва
Рис 1.22. Форма ЭМИ высотного ядерного взрыва:
-
напряженность первого ЭМИ;
- напряженность второго ЭМИ;
- напряженность МГД ЭМИ
Непосредственно за быстрым первоначальным переходным процессом излучаемое нейтронами рассеянное и жесткое гамма-излучение создает дополнительную ионизацию, приводящую к появлению второго ЭМИ.
Напряженность электрического поля этого импульса составляет от 10 до 100 В/м и может длиться от единиц до десятков миллисекунд.
Последний импульс, обычно называемый магнитогидродинамическим (МГД ЭМИ), генерируется самим ядерным взрывом и характеризуется электрическим полем низкой амплитуды (порядка десятков милливольт на метр), длительным фронтом (порядка секунд) и длительным импульсом (сотни секунд).
На рис. 1.22 (публикация МЭК 1000-2-9 за 1996 г.) показаны три рассмотренные составляющие высотного ядерного взрыва ЭМИ. Общая напряженность электрического поля определяется как
,
где
- напряженность первого ЭМИвысотного
ядерного импульса;
- напряженность
второго ЭМИ;
- напряженность
МГД ЭМИ.
Воздействие описанных выше ЭМИ может представлять угрозу работе электроустановок при совпадении двух условий:
ВЛ имеют достаточную длину для образования больших разностей потенциалов на их концах;
на обоих концах ВЛ сопротивление заземлителя постоянному току небольшое, что создает возможность протекания по линии постоянных токов (при этом токи в несколько сотен ампер могут вызвать эффект насыщения сердечника трансформатора).
Благодаря своим свойствам МГД ЭМИ могут взаимодействовать с ВЛ очень большой длины и наводить в них токи, вызывающие появление гармонических составляющих тока и дисбаланса фаз, которые, в свою очередь, могут серьезно повредить некоторые компоненты энергосистемы (например, силовые трансформаторы). Поля, создаваемые МГД ЭМИ, вызывают появление наведенных токов, подобных токам в телефонных сетях (земляным токам), причиной появления которых являются магнитные бури, довольно часто случающиеся в северных странах.