2.2.4. Электромагнитный импульс ядерного взрыва

Термин “электромагнитный импульс ядерного взрыва” включает в себя множество категорий электромагнитных импульсов (ЭМИ), 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 ЭМИ высотного ядерного взрыва;

• второй ЭМИ высотного ядерного взрыва;

• третий магнитогидродинамический ЭМИ высотного ядерного взрыва.

Возникновение первого ЭМИ связано с отражением электронов Комптона, создаваемых Х-излучением, Y-излучением и нейтронами при их взаимодействии с молекулами воздуха при ядерных взрывах на больших высотах (см. рис. 2.4). 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 кВ/м), малой длительностью фронта (порядка нc), небольшой общей длительностью импульса (до 100 нc).

Рис. 2.4. Первый ЭМИ от высотного ядерного взрыва

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 1 до десятков мс.

Последний импульс, обычно называемый магнитогидродинамическим (МГД-ЭМИ), генерируется самим ядерным взрывом и характеризуется электрическим полем низкой амплитуды (порядка десятков мВ/м), длительным фронтом (порядка секунд) и длительным импульсом (сотни секунд).

Воздействие описанных выше ЭМИ может представлять угрозу работе электроустановок при двух условиях:

• ЛЭП имеют достаточную длину для образования больших разностей потенциалов на их концах;

• на обоих концах ЛЭП 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 ЛЭП 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 (земляные токи), причиной появления которых являются магнитные бури, довольно часто случающиеся в северных странах.

ЭМИ характеризуется длительностью до 200 нс (при молнии до 350 мс). Фронт нарастания импульса до 5 нс (при молнии до 10 мс). Напряженность электромагнитного поля от взрыва на высоте 100 км достигает 50 В/м.

Контрольные вопросы:

1. Чем объясняется образование грозовых облаков?

2. Какой процесс называется ударной ионизацией?

3. Охарактеризуйте канал стримера.

4.  Назовите среднюю скорость продвижения лидерного разряда

5. Чем объясняется разница между амплитудными значениями токов молнии в горных и в равнинных местностях?

6. Чем опасны высотные ядерные взрывы для объектов электроэнергетики?