核电磁脉冲对电子系统的影响

[拼音]：hedianci maichong dui dianzi xitong de yingxiang

[外文]：nuclear electromagnetic pulse effects on electronic system

高空核爆炸产生的核电磁脉冲对电子系统会产生很大的影响。大气层核试验表明，核电磁脉冲的场强比最强雷达的场强大1000倍，比大城市的电磁干扰大1000万倍。300公里以上的高空核爆炸，对地面电磁破坏范围的半径约为2000公里。高空核爆炸所产生的电磁脉冲，会破坏输电和通信线路，改变电子设备内元件、器件的性能或使其失效，造成通信障碍和电子系统失灵。

电磁脉冲在不接地的电子设备外壳上引起的电流，会耦合到壳内敏感的电路上，或通过电缆感应传输到内部电路，引起瞬时性效应或永久性效应。这样就会改变电路的工作状态，使其功能暂时或永久失效。快速数字电路对电流瞬变过程非常敏感，逻辑状态可能发生翻转而产生错误。半导体结或固体电路可能被击穿而造成永久性的破坏。其他元件、器件的失效模式，可能与热或飞弧有关。因此对电子系统必须采取防护措施，以避免或减轻核电磁脉冲所造成的影响。

对核电磁脉冲的防护虽然类似于对射频干扰的抑制，或可采取电磁兼容性措施等，但由于其场强高（可高达10⁵伏/米）、频谱宽（从直流到数百兆赫以上）、作用范围大等特点，对核电磁脉冲的防护仍有不同的特点。

核电磁脉冲可分为空气中的电磁脉冲和系统产生的电磁脉冲两类。两者产生机理不同，防护方法也不完全一样。共同的防护方法一般是：

（1）限幅技术：电火花隙等介质击穿限幅器件虽能承受核电磁波的强大能量，但对上升时间很快的前沿却无能为力。齐纳稳压二极管等半导体击穿限幅器件的反应速度虽然比较快，但却承受不了大的能量，容易烧坏。压敏电阻器之类的非线性电阻限幅器体体积和重量很大，而且有毫安级的漏电流。因此，限幅器件必须同滤波器等器件联合使用，才能发挥作用。

（2）滤波技术：由于截止频率低于10千赫的大电流滤波器难以制作，最好把滤波器紧接在限幅器之后成对地使用，这样能有效地抑制核电磁脉冲。

（3）接地技术：重点是高频分量接地良好，接地线宜短而直。

（4）回避技术：采用高灵敏、快速反应的核电磁脉冲探测电路。一旦感应到核电磁脉冲便关闭工作的电路，如断电、断开输入端等。

（5）使用为抗电磁脉冲加固过的电缆，采用平衡馈电、差动信号等技术，或用光缆代替电缆。

（6）选用抗电磁脉冲能力强的元件、器件，但在半导体器件中，这往往与抗中子和γ辐照是互相矛盾的。普通的晶体管或集成电路如抗电磁脉冲能力强，往往抗中子和γ射线的能力弱。

电磁屏蔽只对在大气中传播的电磁脉冲有效，对系统感生电磁脉冲无效。系统感生电磁脉冲是系统中的材料受γ射线辐照后辐射出电子而产生的。在空腔内产生的称为内电磁脉冲，在电缆内产生的称为注入电流，在一般系统中就称为位移电流。因此，为减弱系统电磁脉冲，就须设法降低γ射线通量和材料的电子发射率。这些方法有：

（1）利用铅或钢筋混凝土等比重大的物质屏蔽光子。

（2）采用原子序数低的材料制作系统构件或在系统构件的表面上涂覆一层足够厚的低原子序数物质（0.02厘米即可），以降低电子发射率。

（3）减小系统内部的自由空间体积，如采用高密度线路封装、减小机壳容积和内部充填等办法。

（4）采用抗辐照电缆，如电缆材料选用低原子序数的材料。

为避免核电磁脉冲产生的干扰，关键性的地面通信系统趋向于采用光缆传输以代替导线传输。

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