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第1章 核武器的爆炸效应与电磁脉冲1

1.1 引言1

1.2 核武器3

1.2.1 核武器与常规武器比较3

1.2.2 裂变核武器与聚变核武器4

1.2.3 新一代核武器与电磁脉冲弹6

1.3 核电磁脉冲的产生机理7

1.3.1 核爆炸γ辐射源7

1.3.2 γ辐射与物质的相互作用9

1.3.3 康普顿电流模型10

1.3.4 地面核爆炸电磁脉冲13

1.3.5 中等高度空中核爆炸电磁脉冲14

1.3.6 高空核爆炸电磁脉冲14

1.3.7 地下核爆炸电磁脉冲17

1.3.8 内电磁脉冲(IEMP)17

1.3.9 系统电磁脉冲(SGEMP)18

1.4 核电磁脉冲的特点18

1.4.1 地面核爆炸和近地核爆炸电磁脉冲的主要特点19

1.4.2 高空核爆炸电磁脉冲的主要特点21

1.4.3 核电磁脉冲的一般特点23

参考文献24

2.1 引言25

第2章 核电磁脉冲环境25

2.2 地面核爆炸电磁脉冲环境问题的物理基础26

2.2.1 物理模型与场方程26

2.2.2 初始条件与边界条件31

2.2.3 康普顿电流33

2.2.4 空气电导率35

2.2.5 大地电导率36

2.3 地面核爆炸电磁脉冲环境的数值分析37

2.3.1 差分方程的建立37

2.3.2 网格选取39

2.3.3 场方程与电离方程的差分解41

2.3.4 计算步骤45

2.3.5 部分计算结果46

2.4 高空核爆炸电磁脉冲环境研究58

2.4.1 高空核爆炸电磁脉冲的理论分析58

2.4.2 高空核爆炸电磁脉冲的数值计算62

2.4.3 高空核爆炸电磁脉冲在地面上的覆盖范围及场分布66

2.4.4 高空核爆炸电磁脉冲辐射环境的描述68

参考文献74

第3章 核电磁脉冲耦合77

3.1 引言77

3.2.1 单极子天线与偶极子天线78

3.2 电磁脉冲对电小尺寸柱状导体与环状导体的耦合78

3.2.2 磁偶极子天线80

3.3 电磁脉冲对电缆等长导体的耦合81

3.3.1 架空电缆81

3.3.2 埋地长电缆86

3.4 HEMP作用下近地有限长电缆外导体感应电流计算87

3.4.1 采用FDTD法87

3.4.2 采用传输线(TL)理论的近似算法93

3.4.3 与有关试验结果的比较98

3.5.1 架空电力线HEMP感应过电压计算99

3.5 电力线HEMP感应过电压及其在供电系统中的传输99

3.5.2 在HEMP作用下有载架空电力线能量耦合分析102

3.5.3 埋地电力电缆HEMP耦合分析105

3.5.4 架空电力线终端接变压器时的HEMP感应过电压及其在供电系统中的传输108

3.6 电磁脉冲对孔缝的耦合115

3.6.1 实壁金属屏蔽壳体上孔缝对HEMP的耦合及其对电磁脉冲屏蔽效能的影响115

3.6.2 屏蔽机箱上贯通导线对HEMP的耦合分析121

参考文献127

第4章 电磁脉冲对微电子设备的效应129

4.1 引言129

4.2 电磁脉冲对微型计算机和微型计算机测控设备的干扰与损伤效应130

4.3.1 微型计算机接口电路实验模型134

4.3 电磁脉冲对微型计算机接口电路实验模型的干扰与损伤效应134

4.3.2 电磁脉冲模拟实验136

4.3.3 实验结果及其分析136

4.4 脉冲磁场对微电子设备的干扰与损伤效应140

4.5 电磁脉冲对微电子设备的干扰与损伤机理142

参考文献143

第5章 电磁脉冲模拟技术145

5.1 引言145

5.2 电磁脉冲模拟器概述148

5.2.1 有界波电磁脉冲模拟器148

5.2.2 偶极子模拟器152

5.2.3 静态模拟器157

5.2.4 混合型模拟器158

5.2.5 定向辐射模拟器162

5.2.6 源区电磁脉冲环境的模拟164

5.2.7 内电磁脉冲和系统电磁脉冲模拟167

5.3 脉冲源167

5.3.1 电容放电式脉冲源168

5.3.2 Marx发生器172

5.3.3 Marx发生器输出波形陡化技术176

5.3.4 双极性Marx发生器脉冲源182

5.4 多用途电磁脉冲模拟器183

5.4.1 模拟器组成及各部分特点184

5.4.2 脉冲分压器测量系统187

5.4.3 可移动EMP模拟器电场分布的数值模拟189

参考文献198

第6章 电磁脉冲的测量与信号处理199

6.1 引言199

6.2 脉冲电场的测量200

6.2.1 D传感器202

6.2.2 E传感器206

6.3 脉冲磁场的测量208

6.3.1 B传感器210

6.3.2 H传感器214

6.4 脉冲电流的测量216

6.4.1 电流钳217

6.4.2 测量电缆电流的插入单元217

6.4.3 内Moebius互感(Inner Moebius Mutual Inductance，IMM)探头218

6.4.4 嵌入式Moebius互感(Flush Moebius Mutual Inductance，FMM)探头219

6.5 信号调理与传输、记录220

6.5.1 信号调理221

6.5.2 信号传输226

6.5.3 信号采集229

6.5.4 抗干扰措施232

6.6.1 电磁脉冲时域标定系统233

6.6 测量系统的标定233

6.6.2 标定数据的处理236

6.6.3 标定实例238

6.6.4 系统线性的检查241

6.7 测量结果的校正与复原242

6.7.1 采用数字滤波器的信号恢复方法242

6.7.2 系统离散传递函数模型的辨识244

参考文献249

第7章 电磁脉冲的工程防护251

7.1 引言251

7.2.1 SREMP场在地面以下岩土介质中的衰减253

7.2 电磁脉冲在岩土介质中的衰减253

7.2.2 HEMP辐射场在岩土介质中的衰减254

7.2.3 HEMP对无限大有耗介质板的穿透260

7.2.4 岩土介质的色散效应对电磁脉冲传播的影响266

7.3 电磁脉冲屏蔽技术275

7.3.1 屏蔽的基本概念275

7.3.2 对连续波的屏蔽效能分析及提高屏蔽性能的常用措施278

7.3.3 对电磁脉冲的屏蔽288

7.3.4 钢筋混凝土层对电磁脉冲的屏蔽效能299

7.3.5 不同屏蔽材料对平面波型电磁脉冲的屏蔽效能313

7.4.1 概述318

7.4 电磁脉冲防护中的接地技术318

7.4.2 电磁脉冲感应电流在接地体中的散流特性319

7.4.3 冲击接地电阻 冲击阻抗 冲击系数320

7.4.4 冲击阻抗的时间特性321

7.4.5 单根接地体的冲击接地电阻的估算322

7.4.6 多根并联接地体冲击电阻的估算325

7.4.7 辐射式水平接地体325

7.4.8 接地方面的其他问题327

7.5 典型市电供电系统对核电磁脉冲的防护措施328

7.5.1 HEMP过电压的特点与危害329

7.5.3 避雷器及其对HEMP过电压的响应特性330

7.5.2 10kV架空线HEMP过电压与10kV埋地电缆HEMP感应电压比较330

7.5.4 串联电抗线圈和并联电容器对HEMP过电压的防护作用336

7.5.5 10/0.4kV配电变压器HEMP过电压防护338

7.5.6 供电系统二次设备的核电磁脉冲防护340

7.6 电磁脉冲工程防护中的其他问题341

7.6.1 地下工程口部的电磁脉冲防护341

7.6.2 与金属管道有关的电磁脉冲防护措施344

参考文献345

第8章 γ与电磁脉冲同时作用的环境模拟347

8.1 引言347

8.2.1 金属圆柱腔体IEMP数值分析349

8.2 γ与电磁脉冲同时作用的环境模拟349

8.2.2 γ与EMP同时存在的综合核环境生成356

8.2.3 IEMP及细长导体表面电流的三维数值计算363

8.2.4 EMP平面波单独作用下细长导体表面电流的计算373

8.3 电缆受γ和EMP同时作用及分别作用的实验375

8.3.1 实验目的和实验内容375

8.3.2 实验结果及其分析375

参考文献376

第9章 高功率电磁环境377

9.1 引言377

9.2.1 雷电的形成机理及其特性378

9.2 雷电与雷电电磁脉冲378

9.2.2 雷电电磁脉冲393

9.2.3 有关雷电效应的电磁环境标准401

9.2.4 球状闪电之谜405

9.3 现代电磁武器的发展与高功率超宽带电磁环境410

9.3.1 HPM，UWB和HEMP410

9.3.2 FREMP(Fast Risetime Electromagnetic Pulse)413

9.3.3 超宽带短脉冲电磁学(Ultra-Wideband Short-Pulse Electromagnetics)415

9.3.4 对防护工程的影响417

9.3.5 用于产生高功率电磁脉冲的磁通压缩发生器(MFCG)418

参考文献423