核电磁脉冲的频谱分析和空间场分布研究

为了研究核电磁脉冲的空间频谱和电场分布规律，以1976年学术出版社制定的双指数函数波形模拟核电磁脉冲，对核电磁脉冲波形的时域参数、频谱、能流谱进行分析，分析得出核电磁脉冲的频谱范围在100 MHz，在0.001~10 MHz能流占比为96%，在100 MHz能流占比为99.8%。并根据频谱分析结果在多物理仿真软件COMSOL中建立模型，进行空间电场分布仿真计算。得出结论：在100 MHz的频率下，电场的空间分布呈中间大四周小分布，随着核电磁脉冲传播距离的逐渐增加，电场强度值逐渐减小，同一平面中间电场值的衰减速度要快于四周的电场值衰减速度，其空间的电场分布越来越趋于均匀分布。在相同距离下，随着核电磁脉冲频率的增加，其电场分布值逐渐减小，且越趋向于均匀分布。

核电磁脉冲是高空核爆炸的重要现象之一，高空核爆炸产生的γ 射线和X 射线以光速由爆点向四周辐射，当γ 射线和X 射线进入大气层后，与空气中的原子撞击产生康普顿电子，康普顿电子会做径向运动，进而引起空气分子电离产生二次电子–离子对，从而形成电子流，在地磁场的作用下，电子流做加速运动，产生强烈的电磁辐射，从而形成脉冲[1]。

HEMP 可分为早期(E1)、中期(E2)和晚期(E3)，其中，早期的场强最强，频谱最丰富，其电场强度高达数万伏每米，上升时间纳秒级，持续时间在1 微秒内，频率在0.03~100 MHz 范围内。中期电场强度幅值为百伏每米，要远远低于早期的电场强度， 此阶段持续时间在1 秒以内。

晚期(衰末期)其电场强度已经衰减到毫伏每米，时间也从中期的1 秒持续到上百秒，此时，频率也降低到了1 Hz 内[2]。因此，最先引起研究者关注的是E1 阶段的电磁脉冲，对核电磁脉冲的研究主要是E1 阶段的电磁脉冲，核电磁脉冲也一般即是指的E1 阶段。

近年来，许多学者对核电磁脉冲的特性展开了研究，文献[3]对不同标准的核电磁脉冲波形进行了特性分析， 比较了不同标准的异同点。

文献[4]和[5]对核电磁脉冲在不同环境下的电磁特性进行了研究分析。

文献[6]分析了不同高度以及不同当量的核爆炸向外层空间传播的电磁脉冲源的特征。而对核电磁脉冲在空间中传播的电场分布研究较少。随着学者对核电磁脉冲的研究，各实验室和国家对电磁脉冲建模和计算制定了核电磁脉冲的标准[7]。其中，学术出版社制定的电磁脉冲带宽较宽，相当于100 t-TNT 当量核爆产生的核电磁脉冲[8]。本文将展开对100 t-TNT 当量的核电磁脉冲波形进行频谱分析，并根据频谱分析，对其空间电场分布进行研究。通过对空间电场分布的研究，可以为核电磁脉冲的空间防护提出理论依据。