EMP چیست؟

EMP (پالس الکترومغناطیسی) یک انفجار ناگهانی از انرژی الکترومغناطیسی است که می‌تواند به وسایل الکترونیکی آسیب برساند. این پدیده می‌تواند در اثر رویدادهایی مانند رعد و برق، تخلیه‌های الکترواستاتیکی یا انفجارهای هسته‌ای ایجاد شود. EMP با القای جریان‌های قوی در سامانه‌هایی که محافظت نشده‌اند، باعث اختلال در عملکرد آن‌ها می‌شود.

یک EMP (پالس الکترومغناطیسی) به تابش الکترومغناطیسی باند وسیع و کوتاه‌مدتی اشاره دارد که در یک فرآیند جبرانی پرانرژی و یک‌باره ساطع می‌شود. فرآیند جبرانی به این معناست که یک سامانه‌ی پرانرژی و بسیار برانگیخته با انتشار یک پالس الکترومغناطیسی به حالت پایه (ground state) فرو می‌ریزد. علت چنین پدیده‌هایی معمولاً فرآیندهای بارگیری الکترواستاتیکی مانند طوفان‌های رعد و برق یا انفجارهای سلاح‌های هسته‌ای است، اما این پدیده می‌تواند در مدارهای الکتریکی خاص نیز رخ دهد. این فرآیند می‌تواند به‌صورت یک درخشش نور در طیف مرئی دیده شود.

EMP (پالس الکترومغناطیسی) یک پدیده‌ی تناوبی (یعنی ضربانی) نیست، بلکه یک فرآیند گذراست که ویژگی اصلی آن این است که در مدت‌زمان بسیار کوتاهی به یک مقدار بیشینه‌ی مشخص می‌رسد و سپس به‌طور نسبتاً آهسته‌ای به مقدار پایدار خود کاهش می‌یابد.

آیا پالس‌های الکترومغناطیسی (EMP) خطرناک هستند؟ بله، EMPها برای دستگاه‌های الکترونیکی خطرناک هستند. تعامل بخش‌های فرکانس پایین تابش الکترومغناطیسی با حامل‌های بار آزاد در فلزات و نیمه‌هادی‌ها، جریان‌هایی قوی و ناپایدار به‌صورت موقت ایجاد می‌کند. در دستگاه‌های الکترونیکی‌ای که به‌طور کافی محافظت نشده‌اند، این پدیده می‌تواند باعث اختلال در عملکرد، از کار افتادن کامل، یا حتی نابودی برخی از اجزای الکترونیکی شود.

پالس الکترومغناطیسی (EMP) چگونه کار می‌کند؟ برای درک EMP، ابتدا باید مفهوم الکترومغناطیس را بفهمیم. الکترومغناطیس به ایجاد اثرات مغناطیسی در نتیجه جریان‌های الکتریکی گفته می‌شود. بارهای الکتریکی متحرک توسط میدان‌های مغناطیسی احاطه می‌شوند، مانند تصویری که در زیر نشان داده شده است. جریان الکتریکی که از یک سیم‌پیچ عبور می‌کند و میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند. جریان الکتریکی از داخل سیم‌پیچ عبور کرده و میدان مغناطیسی به وجود می‌آورد. بارهای الکتریکی (مانند الکترون‌ها) منابع میدان‌های الکتریکی هستند. از سوی دیگر، میدان‌های مغناطیسی می‌توانند به دو روش ایجاد شوند: میدان‌های مغناطیسی توسط بارهای الکتریکی متحرک (جریان الکتریکی) ایجاد می‌شوند. میدان‌های مغناطیسی توسط تغییر میدان‌های الکتریکی در گذر زمان تولید می‌شوند. همزمان، میدان‌های مغناطیسی که در گذر زمان تغییر می‌کنند، میدان‌های الکتریکی ایجاد می‌کنند. بنابراین، این دو میدان به‌طور جدایی‌ناپذیری به هم مرتبط هستند.

چه چیزی باعث ایجاد EMP می‌شود؟ تخلیه الکترواستاتیکی: هنگام جرقه تخلیه بارهای الکترواستاتیکی، ولتاژها و جریان‌هایی به وجود می‌آیند که با میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ترکیب می‌شوند. این ترکیب یک پالس الکترومغناطیسی تولید می‌کند. چنین تخلیه‌هایی می‌توانند به قطعات الکترونیکی آسیب زده یا آن‌ها را نابود کنند.

رعد و برق (LEMP) رعد و برق یک تخلیه طبیعی در جو زمین است. پالس الکترومغناطیسی ایجاد شده توسط این تخلیه و میدان مغناطیسی، LEMP (پالس الکترومغناطیسی رعد و برق) نامیده می‌شود.

پالس الکترومغناطیسی هسته‌ای (NEMP) پالس الکترومغناطیسی هسته‌ای (NEMP) با افزایش سریع شدت مشخص می‌شود و در عرض تنها چهار نانوثانیه به ۹۰ درصد از مقدار حداکثر خود می‌رسد، که بسیار سریع‌تر از LEMP است. NEMP به طور غیرمستقیم در نتیجه تابش شدید گاما در صدها کیلومتر بالای جو زمین و در ارتباط با میدان مغناطیسی جو زمین، توسط پدیده‌ای به نام اثر کامپتون ایجاد می‌شود. اثر کامپتون توصیف پخش فوتون توسط یک ذره باردار است که منجر به کاهش انرژی (افزایش طول موج) فوتون و عقب‌نشینی ذره پخش‌کننده می‌شود. به دلیل تابش گاما با انرژی بالا در محدوده چند MeV (انرژی جنبشی چند میلیون الکترون متحرک)، یونیزاسیون ناگهانی روی مولکول‌های بالاترین لایه‌های جو زمین اتفاق می‌افتد. الکترون‌ها از مولکول‌ها جدا می‌شوند (که الکترون‌های اولیه نامیده می‌شوند) و بخش زیادی از آن‌ها جهت اصلی فوتون‌های گاما را حفظ می‌کنند. این مولکول‌ها در لایه‌های چگال‌تر جو تغییر جهت می‌دهند. به دلیل انرژی بالا، برخی از این الکترون‌های آزاد باعث یونیزاسیون بیشتر می‌شوند و الکترون‌های ثانویه بیشتری آزاد می‌کنند. الکترون‌های منفی به سمت زمین پرواز می‌کنند و یون‌های مثبت باقی‌مانده یک دو قطبی الکتریکی ایجاد می‌کنند. انحراف حامل‌های بار متحرک در میدان مغناطیسی زمین، یک دو قطبی مغناطیسی ایجاد می‌کند. توزیع بار و جریان این دو قطبی‌ها در لایه‌های بالایی جو به سرعت، هم از نظر زمانی و هم مکانی، تغییر می‌کند. این موضوع یک میدان موجی گسترده و گذرا ایجاد می‌کند. پالس الکترومغناطیسی واقعی ناشی از این میدان موجی باعث آسیب به دستگاه‌ها و سیستم‌های الکترونیکی می‌شود.