环形缝隙与支柱结构对重入腔系统电磁脉冲场耦合影响的计算
2021-03-12陈剑楠张俊杰
陈剑楠,张俊杰
(西北核技术研究所,西安710024)
当能注量较高的X射线与γ射线作用于导弹或卫星等航天器时,光子将在系统的内外表面激励出大量光电子和康普顿电子,形成出射电流,同时引起系统表面的电荷运动,形成面电流。出射电流和面电流将激励强电磁脉冲,即系统电磁脉冲(system-generated electromagnetic pulse, SGEMP),是核电磁脉冲研究的重点内容之一[1]。根据电子的出射位置,将系统外表面出射电子(以光电子为主)所激励的电磁脉冲称为外电磁脉冲,将系统内表面出射电子(以康普顿电子为主)所激励的电磁脉冲称为内电磁脉冲(internal EMP, IEMP)[2],二者统称为系统电磁脉冲。在空气较稀薄的超高空环境中,X射线与γ射线传播较远,射线能在航天器附近产生电流密度约为106A·m-2的大电流及电场强度幅值为104~105V·m-1的强电场,会对航天器电子系统造成干扰,甚至毁坏[3-4]。由于高能射线能在系统内部激励电磁脉冲[5-8],仅通过传统电磁屏蔽的方式难以进行有效防护,因此,需深入研究航天器在强射线辐射环境中的防护加固问题。
目前,国内外多家研究单位已对SGEMP展开了大量研究。20世纪60~70年代,美国空军研究实验室及三大核武器国家实验室就已经完成了早期的SGEMP数值模拟程序研发[9]、环境模拟计算[10]、耦合效应研究[11]及防护加固设计[12]等方面的研究工作。20世纪90年代,我国开始对SGEMP进行研究(主要研究机构包括西北核技术研究所、中国工程物理研究院和清华大学等),通过解析计算、数值模拟及实验室环境下的模拟实验等方式,对SGEMP电磁场环境[13-15]、参数特性[5,7,16]及线缆耦合[17]等开展了大量研究分析。……
