Sähkömagneettinen pulssi

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

EMP (engl. electromagnetic pulse), eli sähkömagneettinen pulssi, on erittäin lyhytkestoinen ja korkeatehoinen sähkömagneettinen aalto, joka vaurioittaa elektroniikkaa ja sähkölaitteita. Myös elektromagneettisena pulssina tunnettu purkaus syntyy korkealla ilmakehässä (30-300 km) tapahtuvan ydinräjähdyksen seurauksena. Ydinräjähdyksen gammasäteily törmää ilmakehän atomeihin ja irrottaa niistä elektroneja. Koska sähkövirta on elektronien tai muiden varausten liikettä, syntyy Maan magneettikentän kanssa vuorovaikuttava sähkövirta, jolloin muodostuu voimakas sähkömagneettisen säteilyn pulssi.

Myös lähellä maanpintaa tapahtuvassa räjähdyksessä syntyy voimakas, paikallinen ja suhteellisen pitkäkestoinen sähkömagneettinen sykäys. Erityisen herkkiä EMP:lle ovat antennimaiset rakennelmat, kuten pitkät lanka-antennit, puhelinlinjat ja sähkölinjat. Tällaiset rakenteet myös johtavat EMP-pulssin niihin kiinnitettyihin laitteisiin tuhoisin seurauksin. Teoriassa sähkö- ja puhelinlinjoja pitkin johtuva pulssi voisi edetä mantereelta toiselle tuhoten kaikki sähkö- tai puhelinverkkoon kytketyt sähkölaitteet matkaltaan. Pieniin, eristettyihin järjestelmiin EMP ei vaikuta niin tehokkaasti.

Sähkömagneettisella pulssilla voi lamauttaa sähköön ja elektroniikkaan perustuvat yhteiskunnan toiminnot äkillisesti suurelta alueelta. Koska ydinaseen käyttökynnys on hyvin suuri, EMP:n synnyttämiseksi on pyritty kehittämään pieniä tavanomaisiin räjähteisiin pohjautuvia aseita, jotka tuottavat vastaavan ilmiön. Voimakkaan paikallisen EMP:n tuottavaa pommia, jolla voidaan katkaista sähköt tietyltä alueelta polttamalla voimalinjojen sulakkeita kutsutaan nimellä E-pommi (engl. E-Bomb).

Sähkömagneettisen pulssin ominaisuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ydinräjähdys vaikuttaa 20–40 kilometrin korkeudessa sijaitseviin ilmakehän atomeihin sähköistäen ne. EMP tapahtuu kolmessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa ydinräjähdyksen säteily tuottaa atomeista irronneita ns. Comptonin elektroneja noin mikrosekunnin ajan. Seuraavassa vaiheessa räjähdyksen neutronisäteilyn synnyttämä siroava gammasäteily tuottaa pulssin jonka kesto on mikrosekunnista sekuntiin. Räjähdyksen korkeaenergiaiset jäänteet kohoavat ionosfäärin E-kerrokseen aiheuttaen siellä kuumenemista ja ionisaatioita, mikä synnyttää sähkövirtoja, jotka vuorovaikuttavat maan magneettikentän kanssa. Viimeinen vaihe tunnetaan nimellä magnetohydrodynaaminen EMP (MHD-EMP), sillä sen vaikutukset muistuttavat auringon synnyttämiä magneettisia häiriöitä. MHD-EMP voi kestää useiden minuuttien ajan.

Sähkömagneettisen pulssin tehosta pääosa (~88 %) on alle 10 MHz:n eli radioalueella. Pulssin sähkökentän voimakkuus on suuruusluokkaa 50 kilovolttia per metri. Pulssi ulottuu korkearäjähdyksen pisteestä horisonttiin. Pulssin nousuaika on noin viisi nanosekuntia ja kesto 20–600 nanosekuntia lähteestä riippuen.

SREMP (engl. Source Region EMP) vaikuttaa 38 kilometrin alueella, eli yhden megatonnin räjähdyksessä kahden PSI:n painealueella. SREMP:in syntyminen johtuu Maan ilmakehän ja maan erilaisesta ionisoitumisesta. Lähdealueelle syntyy hyvin voimakas pulssi, jonka sähkö- ja magneettikentän voimakkuudet ovat jopa 105 V/m ja 4000 A/m. Pulssi kestää pitkään, noin 0,1 sekuntia.

EMP tuhoaa suojaamattoman herkän elektroniikan koko kohdealueella. Erityisen herkkiä ovat mikropiirit, esimerkiksi tietokoneiden prosessorit. Uudet laitteet ovat pienemmästä viivanleveydestä johtuen vanhoja herkempiä. Vanha putkitekniikka sietää pulsseja paremmin, koska kohdelaitteeseen siirtyvä energia on pieni. Käytännössä EMP on maanosa-ase. Sadan kilometrin korkeudessa horisontti on räjähdyspisteestä noin tuhannen kilometrin päässä.

Tuhoamalla kohdealueella olevien ydinvoimaloiden jäähdytyslaitteet pulssi voisi aiheuttaa suuren radioaktiivisen laskeuman.

Suojautuminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

EMP:ia vastaan suojaudutaan Faradayn häkillä ja erityissuodattimilla niiden johtimien osalta, jotka kulkevat suojan seinän läpi.

Kaapeleita pitkin johtuvalta pulssilta voidaan suojautua myös käyttämällä kuparikaapelin sijaan valokuitua.

Eristetyillä systeemeillä, jotka eivät ole kiinni verkossa, on paremmat todennäköisyydet selvitä sähkömagneettiselta pulssilta. Tämä pätee erityisesti silloin, jos sähkölaite on kaukana suurista metalliesineistä ja kaapeleista. Syynä tähän on, että sähkömagneettinen pulssi etenee helposti kaapeleita pitkin ja vaurioittaa laitteita, jotka ovat kytkettynä verkkoon. Toisaalta jos sähkömagneettinen pulssi on teholtaan riittävän suuri, myös eristetyt systeemit ovat vaarassa.[1] Verkossa kiinni olevien sähkölaitteiden suojausta voidaan parantaa käyttämällä mahdollisimman lyhyitä kaapeleita. Kaapelit voivat toimia antennina ja siksi niiden on siis parempi olla pituudeltaan lyhyitä. UPS (Uninterruptible Power Supply) eli keskeytymätön virransyöttö on laite jonka avulla voidaan myös parantaa suojautumista EMP:tä vastaan. Ylijännitesuoja toimii myös suojana äkillisiä jännitteen muutoksia vastaan, mikä onkin jo yleinen suojauskeino salaman iskuja vastaan ja voi auttaa myös EMP:tä vastaan. [2]

Testisimulointi[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

EMP:n vaikutusta laitteisiin tai järjestelmiin voidaan testata simuloimalla. EMP:n vaikutusta pienempiin laitteisiin voidaan testata kädessä pidettävällä ESD-simulaattorilla. Simulaattori voi myös olla huoneen kokoinen, jolloin voidaan testata EMP:n vaikutuksia suurempiin laitteisiin tai järjestelmiin. Suurimmat simulaattorit ovat suuria laitoksia, jotka sisällyttävät suuritehoisia sähkömagneettisia pulsseja tuottavia laitteita. Nämä laitokset voivat testata EMP:n vaikutusta esim. laivoihin tai lentokoneisiin. Melkein kaikki tällaiset simulaattorit käyttävät Marxin generaattoria luomaan sähkömagneettisia pulsseja.[3][4] Esimerkkejä EMP simulointi laitoksista ovat mm. Sandia National Labsin ATLAS-I simulaattori, tai Yhdysvaltain laivaston EMPRESS I simulaattori laivoille.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • J Kosola & T Solante: "Digitaalinen taistelukenttä - Informaatioajan sotakoneen tekniikka" Maanpuolustuskorkeakoulu, Tekniikan laitos Julkaisusarja 1, n:o 13, Edita Prima 2003, toinen painos, s. 429–430
  1. http://www.empcover.com/how-to-protect-electronics-from-emp-attack.html
  2. http://www.survivopedia.com/protecting-devices-from-emp/
  3. Baum, Carl E., IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. Vol. 49, No. 2. pp. 211–218. May 2007. Reminiscences of High-Power Electromagnetics
  4. Baum, Carl E., Proceedings of the IEEE, Vol.80, No. 6, pp. 789–817. June 1992 From the Electromagnetic Pulse to High-Power Electromagnetics


Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]