Un impuls electromagnetic nuclear (EMP) , cunoscut și sub numele de NEMP (din engleză pulsul electromagnetic nuclear ) este o emisie scurtă, de amplitudine foarte mare a undelor electromagnetice care poate distruge multe dispozitive electrice și electronice (conectate la curent și neprotejate) și poate interfera cu telecomunicațiile . Consecințele unui astfel de impuls asupra unei zone locuite ar putea fi devastatoare, în special în țările dezvoltate .
Acest tip de impuls a fost descoperit în 1945 , în timpul testelor nucleare americane, ca efect secundar al unei bombe atomice . De atunci, a devenit o armă în sine.
Există două tipuri de bombe care creează IEM . Cel mai simplu este Ultra Wideband UWB care profită de un exploziv care generează un câmp magnetic , de obicei o bombă H , al doilea este HPM care folosește un generator de microunde de mare putere. Efectele unui EMP depind de mulți factori, inclusiv altitudinea la care va exploda bomba și puterea acesteia. O bombă care explodează la mare altitudine ( IEM-HA sau HEMP în engleză) provoacă un EMP mult mai mare decât o explozie în apropierea solului.
Există, de asemenea, impulsuri electromagnetice de origine naturală, cauzate de Soare sau de fulgere , care sunt asimilate EMP de origine nucleară, dar care nu au exact aceleași caracteristici și nici exact aceleași efecte.
Aplicațiile EMP sunt în principal militare, dar au fost descoperite și câteva utilizări industriale.
EMP nu este un nou tip de armă. Este cunoscută din 1945. Caracteristicile unice ale EMP-urilor nucleare la mare altitudine sunt cunoscute din 1962, dar diseminarea datelor este restricționată. Franța, în urma unei erori de evaluare științifică de către CEA în anii 1960, nu a luat-o în realitate în calcul la protecția sistemelor sale de arme până la sfârșitul anilor 1970. Oamenii de știință francezi, spre deosebire de omologii lor ruși și americani, au ajuns la concluzia că radiația de la EMP anulată dincolo de 20 km altitudine.
Faptul că o explozie nucleară produce un impuls electromagnetic a fost cunoscut de la primele teste ale armelor nucleare. Cu toate acestea, amploarea acestui impuls și semnificația efectelor sale nu au fost înțelese decât mult mai târziu.
În timpul primului test nuclear al Statelor Unite pe16 iulie 1945, echipamentul electronic a fost protejat datorită prezicerii lui Enrico Fermi a unui impuls electromagnetic din cauza detonării. Potrivit poveștii oficiale, „Toate liniile de semnal au fost complet protejate, în multe cazuri dublu ecranate. Cu toate acestea, multe înregistrări s-au pierdut din cauza preluării parazite în momentul exploziei, care a paralizat echipamentul de înregistrare. " În timpul testelor nucleare britanice din 1952 - 1953 , au existat eșecuri care au fost atribuite unui „radioflash”, care era atunci termenul britanic pentru IEM.
Testele nucleare la mare altitudine din 1962 , așa cum este descris mai jos, au aprofundat înțelegerea EMP și au sensibilizat comunitatea științifică asupra importanței problemei, în special printr-o serie de trei articole publicate despre impulsurile electromagnetice nucleare în 1981 de William J. Broad. în jurnalul săptămânal Science .
În iulie 1962 , testele nucleare ale Statelor Unite în spațiu (1,44 megatoni sau 6,0 PJ ), la 400 km deasupra mijlocului Oceanului Pacific , au fost numite Starfish Prime . Ei au demonstrat că magnitudinea și efectele unei explozii nucleare la mare altitudine au fost mult mai mari decât cele calculate anterior. Studiile Starfish Prime sunt, de asemenea, cunoscute publicului larg pentru a fi cauzat pagube electrice în Hawaii , la 1.445 km de punctul de detonare, stingând aproximativ 300 de lumini stradale, declanșând alarme antiefracție și deteriorând comunicațiile cu microunde ale unei companii.
Starfish Prime a fost primul test de succes din seria de teste nucleare la mare altitudine efectuate de Statele Unite în anul 1962 sub numele de Operațiunea Fishbowl . Studiile ulterioare, Bluegill Triple Prime și Kingfish , au furnizat în cele din urmă suficiente date despre EMP pentru a permite fizicienilor să identifice cu precizie mecanismele fizice din spatele acestor impulsuri.
Deteriorările EMP ale Starfish Prime au fost reparate rapid din cauza rezistenței (față de astăzi) a infrastructurii electrice și electronice din Hawaii în 1962 .
Magnitudinea relativ mică a EMP-ului Starfish Prime din Hawaii (în jur de 5600 volți / metru ) și cantitatea relativ mică de daune cauzate (de exemplu, doar 1 până la 3% din luminile stradale stinse) a determinat unii oameni de știință să subestimeze amploarea problema. Noile calcule au arătat că, dacă focosul Starfish Prime ar fi explodat peste nordul Statelor Unite, magnitudinea EMP ar fi fost mult mai mare (22 până la 30 kilovolți pe metru) din cauza forței mai mari a câmpului magnetic al Pământului asupra Statelor Unite, ca precum și orientarea sa diferită în latitudini mari .
În 1962 , Uniunea Sovietică a efectuat , de asemenea , o serie de trei teste nucleare în spațiul de deasupra Kazahstan , care a fost ultima din seria numit Project K . Deși aceste focoase erau mult mai mici (300 kilotone, sau 1,3 PJ ) decât cele ale Starfish Prime , având în vedere că aceste teste au fost efectuate pe o masă mare de pământ populat (și, de asemenea, într-un loc în care câmpul magnetic Pământ era mai mare), daunele cauzate de EMP rezultate trebuie să fi fost mult mai mari. Pulsul E3, care acționează ca o furtună magnetică , a indus chiar o creștere a curentului electric într-o mare linie electrică subterană care a provocat un incendiu în centrala electrică din orașul Karaganda . După prăbușirea Uniunii Sovietice , nivelul acestor daune a fost comunicat informal oamenilor de știință din Statele Unite.
9 septembrie 2012, potrivit Sunday Times raportat de alte surse, Israelul ar lua în considerare lansarea unei greve IEM împotriva Iranului pentru a paraliza toate rețelele sale de transport și comunicații și, astfel, a pune capăt programului său nuclear . O astfel de grevă ar putea trimite Iranul înapoi la „Epoca de piatră”, potrivit experților din apărarea SUA.
Un EMP de origine nucleară, spre deosebire de alte impulsuri electromagnetice, este alcătuit din trei impulsuri diferite definite de Comisia Electrotehnică Internațională .
Cele trei componente ale unui EMP nuclear se numesc E1 , E2 și E3 .
E1Pulsul E1 este cel mai rapid în EMP nuclear. Este un câmp electromagnetic foarte scurt, dar foarte intens, care poate provoca tensiuni foarte mari în componentele electrice care apoi depășesc tensiunea de avarie și se ard. Poate distruge calculatoare și echipamente de comunicații și se schimbă prea repede pentru ca descărcătoarele de supratensiune obișnuite să ofere o protecție eficientă împotriva acestuia.
E1 se produce atunci când razele gamma dintr-o explozie nucleară evacuează electroni din atomii din atmosfera superioară. Electronii încep de obicei să călătorească în jos cu o viteză relativistă (peste 90% din viteza luminii ). În absența unui câmp magnetic , ar exista un impuls vertical mare pe întreaga zonă afectată. Dar câmpul magnetic al Pământului acționează asupra fluxului de electroni pentru a-și schimba direcția perpendicular, provocând un impuls electromagnetic foarte mare, dar foarte scurt, pe zona afectată.
E2E2 este produs de raze gamma împrăștiate și raze gamma inelastice produse de neutronii de armă. E2 este un „timp împărțit ” al impulsului care durează de la 1 microsecundă la 1 secundă. Are multe asemănări cu fulgerul , deși pulsul electromagnetic indus de un fulger este considerabil mai puternic decât pulsul E2 al unui EMP nuclear. Datorită utilizării pe scară largă a tehnologiilor de protecție împotriva trăsnetului, E2 este considerat în general cel mai ușor de protejat împotriva.
Potrivit Comisiei SUA pentru EMP, principala problemă potențială cu E2 este faptul că acesta urmează imediat E1 , care ar putea fi deteriorat dispozitivele care în mod normal protejează împotriva E2 .
E3E3 este foarte diferit de celelalte două impulsuri majore ale unui EMP nuclear. Este un impuls foarte lent, care poate dura zeci sau chiar sute de secunde. Este cauzată de deplasarea câmpului magnetic al Pământului din locația sa obișnuită, cauzată de explozia nucleară și apoi de revenirea sa la normal. E3 are similitudini cu o furtună geomagnetică cauzată de un val solar puternic. La fel ca o furtună geomagnetică, E3 poate produce curenți geomagnetici induși în conductori electrici mari, care pot deteriora apoi componente precum transformatoarele de putere în linie.
Câțiva factori importanți influențează eficacitatea unei arme EMP:
Potrivit unui anunț pe internet publicat de Federația oamenilor de știință americani :
O detonare nucleară la altitudine mare produce un flux imediat de raze gamma din reacțiile nucleare din dispozitiv. La rândul lor, acești fotoni produc electroni fără energie ridicată prin împrăștierea Compton la altitudini cuprinse între (aproximativ) 20 și 40 km . Acești electroni sunt apoi prinși în câmpul magnetic al Pământului, dând naștere unui curent electric oscilant. Acest curent este asimetric în general și dă naștere unui câmp electromagnetic radiat în creștere rapidă numit impuls electromagnetic (EMP). Deoarece electronii sunt prinși în esență simultan, o sursă electromagnetică foarte mare radiază coerent.
Pulsul poate acoperi cu ușurință zone de dimensiuni continentale, iar această radiație poate afecta sistemele de pe uscat, mare și aer. Primul incident EMP înregistrat a însoțit un test nuclear la mare altitudine peste Pacificul de Sud și a dus la eșecuri ale sistemului de energie până la Hawaii. Un dispozitiv mare detonat la 400-500 km (250-322 mile) peste Kansas ar afecta toate SUA continentale. Semnalul unui astfel de eveniment se extinde până la orizontul vizual, așa cum se vede din punctul de explozie.
Astfel, pentru ca echipamentul să fie afectat, arma trebuie să fie deasupra orizontului vizual .
Altitudinea indicată mai sus este mai mare decât cea a Stației Spațiale Internaționale (între 350 și 400 km ) și a multor sateliți pe orbită joasă . Armele mari ar putea avea un impact dramatic asupra funcționării sateliților și comunicațiilor, ca în testele din 1962 . Efectele adverse asupra sateliților care orbitează se datorează de obicei altor factori decât EMP. În testul nuclear al Starfish Prime , majoritatea pagubelor aduse sateliților s-au datorat deteriorării panourilor solare, precum și a centurilor de radiații create de explozia nucleară de mare altitudine.
În funcție de înălțimea la care explodează o bombă electromagnetică, efectele pot fi foarte diferite:
O explozie nucleară în spațiul adânc și nu într-un câmp magnetic planetar puternic ar fi ineficientă în producerea EMP.
Dincolo de o anumită altitudine, o armă nucleară nu va produce niciun EMP, deoarece razele gamma vor fi avut suficientă distanță pentru a se dispersa. În spațiul adânc sau pe planete care nu au câmp magnetic (pe Lună sau pe Marte , de exemplu), va fi puțin sau deloc EMP. Acest lucru are implicații pentru anumite tipuri de motoare rachete nucleare, cum ar fi Project Orion .
RandamentTipic Randamentul armelor nucleare utilizate în planificarea atacurilor EMP în timpul războiului rece a fost în intervalul de la 1 la 10 megatone (4.2-42 PJ ). Aceasta este de aproximativ 50 până la 500 de ori mai mare decât armele folosite în Hiroshima și Nagasaki . Cu toate acestea, fizicienii au depus mărturie la audierile din Congresul SUA că armele cu producție de 10 kilotone (42 TJ ) sau mai puțin pot produce EMP semnificative.
Pulsul E3 al unui EMP nuclear, care produce curenți geomagnetici induși în conductori electrici foarte lungi, este aproximativ proporțional cu producția totală de energie a armei; celelalte impulsuri sunt mai puțin susceptibile să fie dependente de eficiența energetică a acestuia. E1, în special, este proporțională cu producția de raze gamma, dar puterea EMP poate fi foarte mult afectată dacă apare mai mult de o explozie de raze gamma într-o perioadă scurtă de timp. Armele termonucleare mari produc randamente energetice de anvergură printr-un proces cu mai multe etape. Acest proces durează o fracțiune de secundă, dar necesită totuși o perioadă de timp finită. Prima reacție de fisiune are de obicei un randament relativ scăzut, iar razele gamma produse de acest prim pas vor preioniza moleculele atmosferice din stratosferă , împiedicând arma termonucleară să producă un impuls E1 puternic.
Distanța față de țintăUn aspect important al EMP nuclear este că toate componentele pulsului electromagnetic sunt produse în afara armei.
Pentru o explozie nucleară de mare altitudine, aceasta înseamnă că o mare parte din EMP este produsă la o distanță mare de detonație (unde radiația gamma emisă de explozie lovește atmosfera superioară). Câmpul electric al EMP este, prin urmare, remarcabil de uniform pe întreaga regiune afectată.
Începând cu anii 1980, EMP-urile au avut o prezență semnificativă în ficțiune
Mass-media populare descriu deseori efectele EMP în mod incorect, provocând neînțelegeri în rândul publicului și chiar în rândul profesioniștilor. S-au făcut eforturi oficiale în Statele Unite pentru a respinge aceste concepții greșite.
Statele Unite Space Command Air Force a cerut profesor de Bill Nye pentru a face un Air Force video numit Hollywood vs EMP , astfel încât oamenii se confruntă cu PMM reale nu ar fi deranjat de cinema ficțiune. Acest videoclip nu este disponibil publicului larg.