電磁脈衝

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電磁脈衝英文Electromagnetic Pulse縮寫EMP)是一種物理現象,有以下兩種意思:

  1. 爆炸(特別是核爆炸)、閃電、太陽黑子、導管效應或者電器火花等狀況下產生的電磁輻射、或者由於康普頓散射或光子散射產生與光電子產生的劇烈變化的交變電磁場,作用於電子材料、爆破設備或周圍媒介的電磁衝擊波,即為電磁脈衝。核爆所產生之γ射線會以光速由爆點向四週輻射,和空氣中的氧、氮原子相撞擊,而產生帶負電之電子,產生極強之電磁場(俗稱電磁脈衝)。這個電磁場可能會對用電設備或電子設備發生耦合,並產生具破壞性的電流和浪涌。參見電磁脈衝彈以了解對電器破壞效果的細節。電磁脈衝在衝擊範圍以外幾乎不會被察覺,除非這個設備是核武器或是專門用於產生電磁衝擊波的武器。
  2. 一個寬頻率、高強度而短暫的電磁能噴發。

由一個核爆炸或一個小行星撞擊產生的電磁脈衝,其能量的大部分頻率寬度介於3赫茲到30千赫茲之間。

實際情況[編輯]

電磁脈衝的最長時間通常只會持續一秒鐘。任何沒有受到保護的電器和任何連接到電線的東西,如電力系統、電子設備、微晶片等都將會受到電磁脈衝的影響而導致無法修復的損壞,而且電磁脈衝會造成大氣層電荷密度的劇烈改變,使超高頻以下的各種波段產生干擾,而使通訊暫時阻斷。使用真空管(電子管) 的老式設備則不容易受到電磁脈衝的攻擊;冷戰時期蘇聯美國的飛行器有很多航空電子設備仍使用真空管。也有一些網站探討相關的方法來防止家中或企業中的電器被電磁脈衝波所攻擊。

此效應最早是由空投的核爆被發現的。而在廣島長崎丟擲原子彈飛機未受到因電磁脈衝影響而造成電子系統的損傷,是因為當核爆炸的高度在10公里以下時,因伽馬射線而從空氣粒子中噴出電子迅速被其周圍的空氣粒子阻擋而停止,所以這些電子不會被地球的磁場影響(在高空的核武器試爆中,地球磁場造成的偏轉會讓電磁脈衝變得可見)。事實證明低空核爆只會造成有限的電磁效應。

如果當時載運轟炸廣島長崎的原子彈的 B-29,在炸彈於都市上空爆炸時飛行在強烈的核輻射區域之內,那麼他們將會遭受(輻形)電磁脈衝作用導致的光致電荷分離(Photoinduced charge separation)。但這只有在他們待在核爆的暴風半徑內,並且是個爆炸高度低於10公里的核爆時才會發生。

在1962年的核彈測試期間,負責攝影的KC-135飛機遭受了電磁脈衝影響,來自300公里外的41萬噸級 Bluegill Triple Prime 和41萬噸王魚(Kingfish)核彈引爆(兩者的引爆高度分別是48和95公里)[1]。但是該架飛機的重要電子儀器不如今日的複雜,因此它得以順利的返回了基地。

一般而言電磁脈衝對生物體沒有任何影響,但在電磁脈衝發生時靠近電力及電器設備等足以大量聚集電磁脈衝波物品的生物體可能因瞬間超高電壓而灼傷、休克甚至造成死亡。

電磁脈衝是一種突發的、寬頻電磁輻射的高強度脈衝。所在電磁頻段取決於EMP源。核武器高空爆炸產生一種強電磁脈衝。由於爆炸持續相當長一段時間,所以它含有強的低頻分量(<100MHz)。常規EMP裝置是用炸藥驅動的高功率微波技術來製造的,它產生一個次強、超短(奈秒)脈衝,主要微波頻段為100MHz-100GHz。EMP作用範圍取決於源的強度,正像電磁衝擊波從源發出以連續遞減強度的方式傳播一樣。

伽瑪輻射通過裂變彈或聚變彈與大氣的相互作用來產生。通過它撞擊大氣中的電子建立一個正、負電荷的大區域。這些電荷的運動產生電磁脈衝。脈衝進入該區間所有未屏蔽的電路,造成從電路故障、存貯數據丟失、直到過熱與熔化的破壞。

用小型脈衝功率源(吉瓦量級)、電能變換器和高功率微波器件(例如,虛陰極振蕩器)加以配套來產生軍用電磁脈衝。常規電磁脈衝裝置的優點是觸發時間極短、輸出能量集中在較高的微波頻率上(>100MHz)。因為現代電子設備主要工作於這些微波頻段,所以常規電磁脈衝關閉電子設備極為有效、潛力很大。爆炸泵激的電磁脈衝裝置(例如虛陰極振蕩器)還有另一個優點:可將其設計成使它們的電磁脈衝聚束在一個特定的方向。甚至,常規裝置產生的聚束電磁脈衝效應有一個致命半徑,量級約為幾百米到幾千米,取決於功率源的強度和大氣吸收,特別是當頻率大於20GHz時。

美國空軍菲利普實驗室已製造出小型電漿螺旋管(toroids)。它有約10千焦耳的能量。電漿螺旋管對準固態靶,在靶表面上迅速感應加熱,產生極大的機械與熱衝擊以及X光脈衝。這個X光脈衝也能用來產生電磁脈衝。儘管理論上預測螺旋管產生的高能電漿會因大氣而迅速耗散,但是,可能有一種好方法將高能電漿送到近區靶,不包括空氣中的長路徑。

武器應用[編輯]

現在,電磁脈衝武器主要被分為核爆電磁脈衝武器與非核電磁脈衝武器兩種。空間核爆炸的幾次試驗已揭示出:核電磁脈衝效應的大小,炸彈當量的影響比核空爆高度的影響要小。在高度60英里處產生100千噸空爆時,造成電磁脈衝破壞區可以遍及半個美國。在高度300英里處同樣當量的爆炸,則EMP破壞區可以遍及整個美國另加上墨西哥與加拿大的大部分地區。由一種(純理論)微當量核裝置產生的伽瑪脈衝用來產生可控制的EMP效應。

被電磁脈衝打擊的電器件經受從外沿上的暫時電子破壞直到近中心的過壓摧毀。現代半導體器件,特別是基於MOS技術的那些器件(例如商用計算機)由於瞬變高壓而最易損壞。地面長線路(例如電傳輸線)充當電磁脈衝的巨大天線。因此,電源傳輸網路與通訊網路是極易損壞的。它們很可能被電磁脈衝所摧毀。任何含半導體的電子設備包括機載平台的系統都可能被電磁脈衝關閉或燒毀,除非該系統採用笨重而昂貴的電磁屏蔽、良好設計的濾波器和仔細接地等措施來加以完全保護。核武器空爆產生的電磁脈衝是一種極有效的區域武器。毫無疑問,它將破壞城市基礎設施。

更靈活類型的EMP武器系統既可用微當量核武器(當量低於2千噸)、常規爆炸驅動的電磁脈衝裝置,又可用電漿技術來產生EMP。微當量核武器或常規電磁脈衝裝置可作為炸彈可能裝到太空梭(TAV)上]或作為飛彈彈頭投到目標近處。但是,電磁脈衝對電、電子設備的破壞效應是不可預見的,這些電磁脈衝打擊力量最好用來對付依靠複雜電子設備的敵方平台與設施,特別是敵方的指揮、控制與通訊系統(戰略目標)和敵方的空防系統(作戰目標)。配備EMP彈頭的飛彈也是戰鬥中獲取空中優勢的有效武器,因為現代高性能的戰鬥機緊緊依靠複雜而易損的電子設備。

核爆產生的電磁脈衝效應的主要麻煩是它會破壞有效範圍的所有電子設備。脈衝以無方向性的方式傳送並覆蓋行星區,它可能破壞友軍的設備,也可能對敵軍造成影響。使用核驅動EMP武器的另一個障礙是世界都厭惡核武器,特別是軌道上的核武器。一旦核彈在太空爆炸,它所產生的帶電微粒容易被地球的范愛倫輻射帶俘獲。凡經過輻射帶附近的衛星都會受到強烈的輻射照射,從而瓦解或摧毀屏蔽薄弱的衛星。帶電粒子會在輻射帶中停留很長一段時間,敵友都同樣不能利用該空域。

大眾文化[編輯]

和電磁脈衝有關的場景常出現在小說電影中,一些能夠產生強大的電磁波武器經常用以進行攻擊,不過效果通常為了戲劇效果常被誇大。一個有名的例子是美國電視連續劇24小時反恐任務第八季的第12集中,恐怖分子利用以電磁脈衝原理製成的炸彈,破壞了美國反恐局的設備及運作機制。
美商藝電的《極速快感:超熱力追緝》以及《戰地風雲4》中也有出現類似武器。
電子遊戲決勝時刻:現代戰爭2中以空爆核彈達到電磁脈衝的效果。
日本動畫「學園默示錄」,中國、俄羅斯向日本發射核彈,儘管海上自衛隊的金剛級驅逐艦全力擊落,但仍然有一發漏網之魚,進而造成電磁脈衝攻擊的完成。
韓劇Three Days中,也曾出現EMP武器攻擊導致所有電子設備、手錶等無法使用的情形。

參考資料[編輯]

參見[編輯]

外部連結[編輯]