什么是核爆炸对电离层的影响?

什么是核爆炸对电离层的影响?

[拼音]：hebaozha dui dianliceng de yingxiang

[外文]：effect of nuclear detonation on the ionosphere

地面以上不同高度的核爆炸使电离层等离子体的正常形态产生扰动，因而影响无线电波在其中的传播和空间电子设备的功能。核爆炸产生的各种瞬发辐射，如中子、γ射线和热X射线、碎片云的延迟β和γ辐射，以及冲击波等，都对电离层产生影响。但是，爆炸高度和爆炸当量不同时，这些因素所携带的能量及其对电离层影响的程度也各不相同。

高空核爆炸

爆炸辐射产生的瞬发中子、瞬发γ光子和热X射线在广大范围内使大气电离，造成电离层E区和 D区的等离子体浓度急剧增加，形成附加等离子体层，其极强的瞬时浓度可达1012/厘米3。这个层虽然在1秒钟后迅速衰减，使浓度值降到105～106/厘米3，但随后衰减缓慢，并且波及的范围仅受爆心到地面最大视线夹角的限制。若在200公里高空发生核爆炸，影响圈在地面上的直径约为3200公里。

高温高压等离子体火球由爆心向外膨胀时会压缩地磁场，而地磁场约束这种等离子体运动就产生振荡，激发磁流体力学波。这种膨胀压缩过程在等离子体的压强与磁压强和大气压强平衡时才终止，所波及的范围达数百到数千公里。等离子体膨胀过程和激发的磁流体力学波将扰动电离层和磁层，并把所携带的核爆炸能量耗散在广阔的空域中。

火球膨胀终止以后，其下部的等离子体碎片物质沉积在100公里左右的高度上，大部分复合成中性物质。上部碎片物质一部分向下沉降，几十分钟后也到达100公里左右高度；一部分则和蜕变的β粒子沿磁力线被导引到南、北两个 100公里左右高度处的磁共轭区。到达这三个区域的放射性物质将长期发射延迟 β粒子和 γ光子，电离周围的大气，在电离层D区形成三个范围为数百到数千公里的附加电离区。β粒子并在这三个区域附近激发出极光。这种附加电离是由连续源所产生，故维持时间可达数小时至数十小时，其浓度比自然电离层D区高100倍左右。另外，一部分较轻的碎片云中的带电粒子和一部分延迟β粒子，为高空地磁场捕获并在那里形成附加的高能粒子辐射带。这个辐射带可存在数月之久，加在等离子体层顶附近，构成对磁层的一个新的扰动源和对空间电子设备的威胁。

高空核爆炸造成的等离子体环境复杂，范围较大，因而对电波传播的影响比较严重，会造成长波、超长波的突然相位异常和幅度异常，使中波、短波被异常吸收，超短波发生异常衰落等。但是对于在电离层以下传播的电波则不产生影响。

低空核爆炸

各种瞬发辐射为爆心周围的稠密大气所吸收，不能达到电离层；火球本身的运动也触及不到电离层。因此，这两方面对电离层并不产生影响。爆炸后，放射性碎片云在大气动力因子的控制下，可以上升到十几公里以上的高度，所发射的γ光子可以穿入电离层，并使那里的中性粒子发生电离，在D区形成一个附加电离区。这个电离区的等离子体浓度比自然D区高100倍左右，最大值可达104～105/厘米3，处在 60～70公里上。电离区的水平范围为数百公里，维持时间约数小时。因放射性碎片云电离源随风飘动，这个电离区不断改变形态，使电离层下边缘不断发生变化。新电离区能强烈地吸收中波、短波段电磁波。它还破坏了地－电离层波导的均匀性和特定性，对长波和超长波的传播也产生一些影响。

核爆炸冲击波向上传播时，可以转化为声重波进入电离层，并引起电离层的扰动。其特征是原来电离层的自然层结构遭到破坏，电子浓度激烈起伏，层内出现不均匀结构对电波传播产生一定的影响。这种扰动在 F层表现得最为突出，可以持续几个小时，并能传播千公里以上的距离，直到能量全部耗尽为止。

地面核爆炸

较大当量的地面核爆炸的冲击波能转化为声重波而影响电离层，其情形和低空核爆炸相似，只是影响的程度小一些。其他形式的爆炸能量不会到达电离层，因此对电离层不产生影响。地面核爆炸的火球能卷起地面的尘土、泥沙等物，并使之汽化，成为一个近地面的扰动源，改变局部区域的介质条件，使通过这一区域的电波受到影响，但时间较短。