什么是内电磁脉冲?

[拼音]：neidianci maichong

[外文]：internal electromagnetic pulse

核爆炸(或模拟设备)释放出来的γ射线具有很强的穿透性，当它们穿透各种车、船、飞行体、建筑物等系统外壁时，在其内部激励的瞬发电磁辐射称为内电磁脉冲。内电磁脉冲可对系统内部的电子设备构成威胁，破坏某些元件、器件，或对其正常工作造成干扰。

内电磁脉冲研究的主要问题是：

（1）由于γ或X射线与物质相互作用产生的初级电子及其形成的初级电流；

（2）初级电子与物质相互作用产生的次级电子，以及这些电子在电场作用下形成的次级电流；

（3）电磁场的产生和变化；

（4）抗内电磁脉冲加固原理和措施。

能量为E


＝0.1～1兆电子伏的γ光子与物质的相互作用，主要是通过康普顿散射现象产生康普顿电子。在距离爆心R公里处，单位时间、单位面积上通过的光子数F


可用下式表达：

式中Y为爆炸当量(万吨TNT当量);η为以瞬发γ形式释放能量的百分数;λ为当地γ光子的能量吸收自由程；G(t)为d体释放能量的时间归一化函数。

在γ光子进入系统外壁内部前的最后一个电子射程内产生的康普顿电子，可以进入系统内部。这些电子连同在系统内部介质中产生的康普顿电子一起，在系统内部形成瞬时初级电流，激励电磁场。

描述初级电流源有自洽和非自洽两种方法。

（1）非自洽方法：不考虑产生场对初级电子运动的影响。它适用于初级电子能量高、电磁场强度不很高的情况。此时，初级电流密度

式中e是电子电荷量;re是康普顿电子在系统内部物质中的射程;λm是γ光子在腔体物质中的吸收自由程；墹L为腔体厚度。

（2）自洽方法：考虑产生场对初级电子运动的影响，必须解电子运动满足的方程组

式中Ne、V和P分别表示初级电子数的密度、速度和动量。F是洛伦兹力与电子在介质中运动所受的阻滞力之和。可用质点网格法、质点法、拉格朗日法和欧拉法求解方程组(3)，求得Ne和V后就得到初级电流

Jp＝－eNeV

初级电子在运动中与系统内部的空气或其他介质相互作用，形成次级电子，使它们有一定的电导率，在电场作用下形成次级电流。次级电流与初级电流方向相反。因此，它减弱产生场。

电导率


是次级电子密度和负离子密度的函数，求解它们满足的速率方程组后，可得到


。因此，次级电流密度

Js=


E

Jp和Js就是麦克斯韦方程组的源项。在适当的定解条件下，用数值计算方法可以解出电场和磁场随时间和空间的变化规律。

内电磁脉冲的实验研究，可以在核试验条件下和在模拟设备上进行。

强流脉冲电子束加速能提供剂量率1010伦琴/秒以上的γ光子源。在这种条件下，垂直照射长1米、直径1米的铝制圆筒端面时，在圆筒内部产生的平均电流密度为几十至几百毫安每平方厘米，磁感应强度为零点几高斯，轴向和径向电场强度可达几千至几万伏每米。

抗内电磁脉冲加固有以下一些措施可供采用。

（1）减少内电磁脉冲环境：用屏蔽的办法减少到达系统内部的光子数；在系统的内部表面涂低原子序数材料层，系统内部组件尽可能选用低原子序数材料，以减少电子发射；系统内部的多余空间，可用低原子序数材料填充；尽量减小系统内部尺寸。

（2）减小电磁耦合系统：对系统内部电路尽量采用光缆、加固电缆，对易受干扰的电路采用局部或全屏蔽。此外，合理布线，低阻抗接地等措施能降低耦合系数。

（3）采用抗干扰能力强的电路以及把电磁能量分路。