付梅艳, 张茂钰

(1. 北京大学 数学科学院, 北京 100871; 2. 西北核技术研究所， 西安 710024)

早期高空核电磁脉冲(early-time high altitude electromagnetic pulse, E1-HEMP)是一种强度大、频率高、频谱宽的电磁脉冲，危害性很大[1]。20世纪60年代，Karzas和Latter讨论了其产生机理[2-3]，认为在其产生过程中有一小部分核爆炸能量，经过几个中间步骤转换为射频电磁能。转换的第1步是核爆炸释放出γ射线；第2步是γ射线与大气或其他物质相互作用。事实上，高空核爆时，释放大量的瞬发γ光子(简称γ光子)。γ光子在向外辐射的过程中与周围稀薄的大气相互作用散射出康普顿电子。散射出的康普顿电子以接近光速的速度径向向外运动，形成康普顿电流。康普顿电子在向外运动的过程中，受到地磁场的作用，运动轨迹发生偏转。因此，所形成的康普顿电流除了径向分量外，还有明显的横向分量，从而激励出强电磁脉冲。同时，康普顿电子在大气中迁移时，会不断与空气发生碰撞损失能量，使空气发生电离产生次级电子-离子对。康普顿电子受到电磁脉冲场的洛伦兹力的作用，形成新的康普顿电流；次级电子-离子对受到电磁脉冲场中电场力的作用发生漂移，形成漂移电流，它将抑制场强的增长，与电磁场方程中的电导率相对应。这些电流源作为源项，激发新的电磁脉冲场。可见，E1-HEMP的产生是电磁脉冲场与康普顿电子相互作用的自洽过程。

对E1-HEMP产生过程的数值模拟，过去常采用非自洽的处理方法[4-5]，即仅考虑地磁场对康普顿电子的作用，不考虑E1-HEMP对康普顿电子的影响。……