2.4.7. Электромагнитный импульс ядерного взрыва

Мгновенное освобождение ядерной энергии при ядерном взрыве сопровождается интенсивным импульсом излучения γ-квантов (высокоэнергетическое рентгеновское излучение с энергией порядка МэВ, которое распространяется по всем на­правлениям со скоростью света). При взрыве на большой высоте над поверхностью Земли (например, 400 км) эти кванты в слоях атмосферы вследствие эффекта Комптона освобождают электро­ны, большая часть которых сохраняет первоначальное направле­ние движения γ-кванта и на своем дальнейшем пути к Земле за счет ударной ионизации образуют многочисленные вторичные электроны. Летящие к Земле электроны создают вместе с мало­подвижными положительными ионами воздуха электрический диполь. За счет отклонения электронов в магнитном поле Земли создается магнитный диполь. Изменя­ющиеся во времени и в пространстве распределение заряда и тока обусловливает изменяющееся электромагнитное поле, на­зываемое электромагнитным импульсом ядерного взрыва. Соглас­но доступной литературе, этот импульс имеет вид, близкий к двойной экспоненте (качественно аналогичный нормированному грозовому импульсу) с длительностью фронта примерно 5 нс и временем спада примерно 200 нс (рис. 2.9.).

Рис. 2.9. Временная характеристика напряженности электрического поля ядер­ного электромагнитного импульса

Максимальное нормированное значение напряженности элек­трического поля равно 50 кВ/м. В дальнем поле максимальное значение напряженности внешнего магнитного поля рассчиты­вается по формуле Н_тах= Е_тах/377 и равно 133 А/м.

Аналогичные эффекты возникают при взрывах вблизи Земли, поэтому различают высотные и поверхностные электромагнит­ные импульсы. При взрыве у поверхности Земли доминируют термические и механические эффекты. Кроме того, имеется магнитодинамический электромагнитный импульс, протекающий очень медленно в течение секунд и минут в виде переходно­го процесса, вызванного взаимодействием между магнитным по­лем Земли и расширяющимися ионизованными массами газа в атмосфере. Специфика электромагнитного импульса ядерного взрыва состоит в том, что его действие распространяется на зна­чительные площади. Особенно опасны воздействия импульса на протяженные системы (сети электроснабжения, телефонные сети) в которых вследствие распределенного наведения и образования волн может аккумулироваться значительная энергия. При магнитодинамическом электромагнитном импульсе появляются низко­частотные, наведенные индуктивным путем токи в сетях элект­роснабжения, которые могут вызвать насыщение стали в силовых трансформаторах. Масштаб возможных электромагнитных влия­ний ядерных взрывов является в настоящее время предметом исследований и по нему ведутся дискуссии.