Nukleární elektromagnetický impuls (EMP) , také známý jako NEMP (z angličtiny jaderného elektromagnetického impulzu ) je krátký, velmi vysoká amplituda vyzařování elektromagnetických vln , které mohou zničit mnoho elektrických a elektronických zařízení (připojen k proudu a bez ochrany) a interferovat s telekomunikací . Důsledky takového impulsu na obydlenou oblast mohou být zničující, zejména v rozvinutých zemích .
Tento typ pulsu byl objeven v roce 1945 během amerických jaderných testů jako vedlejší účinek atomové bomby . Od té doby se stala zbraní sama o sobě.
Existují dva typy bomb, které vytvářejí IEM . Nejjednodušší je ultraširokopásmový UWB, který využívá výbušniny generující magnetické pole , obvykle H bombu , druhým je HPM, který využívá vysoce výkonný mikrovlnný generátor . Účinky EMP závisí na mnoha faktorech, včetně výšky, ve které bomba vybuchne, a její síly. Bomba, která exploduje ve vysoké nadmořské výšce ( v angličtině IEM-HA nebo HEMP ), způsobí mnohem větší EMP než exploze blízko země.
Existují také elektromagnetické pulsy přírodního původu způsobené Sluncem nebo bleskem , které jsou asimilovány s EMP jaderného původu, ale které nemají úplně stejné vlastnosti ani úplně stejné účinky.
Aplikace EMP jsou hlavně vojenské, ale bylo objeveno také několik průmyslových využití.
EMP není nový druh zbraně. Je známo od roku 1945. Unikátní vlastnosti vysokoenergetických jaderných EMP jsou známy od roku 1962, ale šíření údajů je omezené. Francie po chybě vědeckého hodnocení ze strany CEA v 60. letech ji ve skutečnosti nezohlednila při ochraně svých zbraňových systémů až do konce 70. let. Francouzští vědci na rozdíl od svých ruských a amerických protějšků dospěli k závěru, že záření z EMP bylo zrušeno nad 20 km nadmořské výšky.
Skutečnost, že jaderný výbuch produkuje elektromagnetický puls, byla známa z prvních testů jaderných zbraní. Velikost tohoto impulsu a význam jeho účinků však byly pochopeny až mnohem později.
Během prvního jaderného testu Spojených států dne16. července 1945bylo elektronické zařízení chráněno předpovědí elektromagnetického impulsu Enrica Fermiho v důsledku detonace. Podle oficiálního příběhu „Všechny signální linky byly zcela stíněné, v mnoha případech dvojitě stíněné. Mnoho záznamů však bylo ztraceno kvůli parazitickému vyzvednutí v době výbuchu, který paralyzoval záznamové zařízení. “ Během britských jaderných testů v letech 1952 - 1953 došlo k poruchám, které byly přičítány „radioflash“, což byl tehdy britský výraz pro IEM.
Níže popsané jaderné testy ve vysoké nadmořské výšce z roku 1962 prohloubily porozumění EMP a zvýšily povědomí vědecké komunity o důležitosti problému, zejména prostřednictvím řady tří článků publikovaných o jaderných elektromagnetických pulsech v roce 1981 William J. Broad v týdeníku Science .
V červenci 1962 se americké jaderné testy ve vesmíru (1,44 megatonů nebo 6,0 PJ ), 400 km nad středem Tichého oceánu , nazývaly Starfish Prime . Ukázali, že velikost a účinky jaderného výbuchu ve velké výšce byly mnohem větší, než se dříve počítalo. Zkoušky Starfish Prime jsou rovněž známy široké veřejnosti, že způsobily elektrické škody na Havaji , 1445 km od místa detonace, hašení přibližně 300 pouličních světel, spuštění poplachů proti vloupání a poškození mikrovlnné komunikace společnosti.
Starfish Prime byl první úspěšný test v sérii vysokohorských jaderných testů provedených Spojenými státy v roce 1962 pod názvem Operation Fishbowl . Následné pokusy, Bluegill Triple Prime a Kingfish , nakonec poskytly dostatek údajů o EMP, aby fyzici mohli přesně identifikovat fyzikální mechanismy za těmito pulsy.
Poškození EMP společnosti Starfish Prime bylo rychle opraveno kvůli robustnosti (ve srovnání s dneškem) havajské elektrické a elektronické infrastruktury v roce 1962 .
Relativně malá velikost EMP Starfish Prime na Havaji (kolem 5600 voltů / metr ) a relativně malé množství způsobených škod (například vypnuto pouhé 1 až 3% pouličních lamp) vedlo některé vědce k podhodnocení rozsahu problém. Nové výpočty ukázaly, že kdyby explodovala hlavice Starfish Prime nad severem USA, velikost EMP by byla mnohem větší (22 až 30 kilovoltů na metr) kvůli větší síle magnetického pole Země nad USA, protože stejně jako jeho odlišná orientace ve vysokých zeměpisných šířkách .
V roce 1962 , Sovětský svaz také řídil sérii tří jaderných zkoušek v prostoru nad Kazachstánem , který byl poslední ze série s názvem Project K . Ačkoli tyto hlavice byly mnohem menší (300 kilotun nebo 1,3 PJ ) než u Starfish Prime , vzhledem k tomu, že tyto testy byly prováděny na velké hromadě obydlené Země (a také na místě, kde bylo magnetické pole Země větší), poškození z výsledného EMP muselo být mnohem větší. Impuls E3, který působí jako magnetická bouře , dokonce vyvolal nárůst elektrického proudu ve velkém podzemním elektrickém vedení, který způsobil požár v elektrárně ve městě Karaganda . Po rozpadu Sovětského svazu byla úroveň tohoto poškození neformálně sdělena vědcům ve Spojených státech.
The September 9 , 2012, podle Sunday Times uváděných jinými zdroji by Izrael zvážil zahájení stávky IEM proti Íránu s cílem paralyzovat všechny jeho dopravní a komunikační sítě a ukončit tak jeho jaderný program . Podle amerických obranných expertů by taková stávka mohla poslat Írán zpět do doby kamenné.
EMP jaderného původu, na rozdíl od jiných elektromagnetických pulzů, se skládá ze tří různých pulzů definovaných Mezinárodní elektrotechnickou komisí .
Tři složky jaderného EMP se nazývají E1 , E2 a E3 .
E1Impuls E1 je nejrychlejší v jaderném EMP. Jedná se o velmi krátké, ale velmi intenzivní elektromagnetické pole, které může způsobit velmi vysoké napětí v elektrických součástech, které poté překročí své průrazné napětí a vyhoří. Může zničit počítače a komunikační zařízení a pro běžné bleskojistky se mění příliš rychle, aby proti nim poskytoval účinnou ochranu.
E1 vzniká, když paprsky gama z jaderného výbuchu vysunou elektrony z atomů v horní atmosféře . Elektrony obvykle začínají cestovat dolů relativistickou rychlostí (přes 90% rychlosti světla ). Při absenci magnetického pole by došlo k velkému vertikálnímu pulzu po celé postižené oblasti. Ale magnetické pole Země působí na tok elektronů, aby změnily směr kolmo, což způsobí velmi velký, ale velmi krátký elektromagnetický puls na postiženou oblast.
E2E2 je produkován rozptýlenými paprsky gama a nepružnými paprsky gama produkovanými neutrony zbraní. E2 je „ mezičas “ pulzu, který trvá od 1 mikrosekundy do 1 sekundy. Má mnoho podob s bleskem , ačkoli elektromagnetický puls indukovaný bleskem je podstatně silnější než E2 puls jaderného EMP. Vzhledem k širokému používání technologií ochrany před bleskem je E2 obecně považován za nejsnadnější ochranu proti.
Podle americké komise pro EMP je hlavním potenciálním problémem E2 skutečnost, že bezprostředně následuje E1 , což mohlo poškodit zařízení, která běžně chrání před E2 .
E3E3 se velmi liší od ostatních dvou hlavních impulsů jaderného EMP. Je to velmi pomalý puls, který může trvat desítky nebo dokonce stovky sekund. Je to způsobeno přemístěním magnetického pole Země z obvyklého místa způsobeným jaderným výbuchem a poté jeho návratem do normálu. E3 má podobnosti s geomagnetickou bouří způsobenou silným slunečním nárazem. Stejně jako geomagnetická bouře může E3 produkovat indukované geomagnetické proudy ve velkých elektrických vodičích, které pak mohou poškodit součásti, jako jsou napájecí transformátory .
Účinnost zbraně EMP ovlivňuje několik důležitých faktorů:
Podle internetové reklamy zveřejněné Federací amerických vědců :
Jaderná detonace ve velké výšce produkuje okamžitý tok gama paprsků z jaderných reakcí v zařízení. Tyto fotony zase produkují vysokoenergetické volné elektrony rozptylem Comptona ve výškách mezi (zhruba) 20 a 40 km . Tyto elektrony jsou poté zachyceny v magnetickém poli Země, což vede k oscilačnímu elektrickému proudu. Tento proud je obecně asymetrický a vede k rychle rostoucímu vyzařovanému elektromagnetickému poli nazývanému elektromagnetický puls (EMP). Jelikož jsou elektrony zachyceny v podstatě současně, vyzařuje koherentně velmi velký elektromagnetický zdroj.
Pulz může snadno překlenout oblasti o velikosti kontinentu a toto záření může ovlivnit systémy na souši, na moři i ve vzduchu. První zaznamenaný incident EMP provázel vysokohorský jaderný test nad jižním Pacifikem a vedl k poruchám energetického systému až na Havaj. Velké zařízení odpálené ve vzdálenosti 400–500 km (250 až 312 mil) nad Kansasem by zasáhlo všechny kontinentální USA. Signál z takové události sahá až k vizuálnímu horizontu, jak je patrné z bodu prasknutí.
Aby mohlo být ovlivněno vybavení, musí být zbraň nad vizuálním horizontem .
Výše uvedená výška je vyšší než nadmořská výška Mezinárodní vesmírné stanice (mezi 350 a 400 km ) a mnoha satelitů na nízké oběžné dráze . Velké zbraně by mohly mít dramatický dopad na provoz satelitů a komunikace, jako v testech z roku 1962 . Nepříznivé účinky na obíhající satelity jsou obvykle způsobeny jinými faktory než EMP. V jaderném testu společnosti Starfish Prime byla většina poškození satelitů způsobena poškozením solárních panelů a radiačních pásů vytvořených jaderným výbuchem ve velké výšce.
V závislosti na výšce, ve které elektromagnetická bomba exploduje, mohou být účinky velmi odlišné:
Jaderný výbuch v hlubokém vesmíru a ne v silném planetárním magnetickém poli by byl neúčinný při výrobě EMP.
Po určité výšce nebude jaderná zbraň produkovat žádný EMP, protože gama paprsky budou mít dostatečnou vzdálenost k rozptýlení. V hlubokém vesmíru nebo na planetách, které nemají magnetické pole (například na Měsíci nebo Marsu ), bude EMP malý nebo žádný. To má důsledky pro určité typy jaderných raketových motorů, jako je Project Orion .
VýtěžekTypický výtěžek jaderných zbraní v oblasti plánování EMP útoků během studené válce byla v rozmezí od 1 do 10 megatons (4,2 až 42 PJ ). To je asi 50 až 500krát větší velikost zbraní používaných v Hirošimě a Nagasaki . Fyzici na slyšení v Kongresu USA svědčili , že zbraně s výkonem 10 kilotun (42 TJ ) nebo méně mohou produkovat významné EMP.
Impuls E3 jaderného EMP, který produkuje geomagnetické proudy indukované ve velmi dlouhých elektrických vodičích, je zhruba úměrný celkové produkci energie zbraně; u ostatních pulzů je méně pravděpodobné, že budou záviset na energetické účinnosti tohoto pulzu. Zejména E1 je úměrný produkci gama paprsků, ale síla EMP může být výrazně ovlivněna, pokud dojde v krátkém časovém období k více než jednomu záblesku gama paprsků. Velké termonukleární zbraně produkují dalekosáhlé energetické výnosy vícestupňovým procesem. Tento proces trvá zlomek sekundy, ale přesto vyžaduje konečnou dobu. První štěpná reakce má obvykle relativně nízkou účinnost a gama paprsky produkované tímto prvním krokem preionizují atmosférické molekuly ve stratosféře a zabrání termonukleární zbrani produkovat silný puls E1.
Vzdálenost k cíliDůležitým aspektem jaderného EMP je, že všechny komponenty elektromagnetického pulzu jsou vytvářeny mimo zbraň.
U jaderného výbuchu ve velké výšce to znamená, že velká část EMP je produkována ve velké vzdálenosti od detonace (kde gama záření emitované výbuchem zasáhne horní atmosféru). Elektrické pole EMP je proto pozoruhodně rovnoměrné v celé postižené oblasti.
Od 80. let 20. století mají EMPs významnou přítomnost v beletrii
Populární média často vykreslují účinky EMP nesprávně, což způsobuje nedorozumění mezi veřejností a dokonce i mezi odborníky. Ve Spojených státech bylo vyvinuto oficiální úsilí o vyvrácení těchto mylných představ.
United States Air Force Space Command zeptal profesora vědy Bill Nye provést Air Force videa s názvem Hollywood vs EMP , takže lidé se setkaly skutečné eMPS by neměl být narušen-fi filmu. Toto video není k dispozici široké veřejnosti.