بمب الکترومغناطیسی چیست؟ – ساختار و عملکرد

در خانه نشسته‌اید و مشغول تماشای فیلم موردعلاقه خود هستید. ناگهان، در یک چشم به هم زدن، برق قطع می‌شود و در تاریکی مطلق فرو می‌رود. به سختی، تلفن‌ همراه خود را پیدا می‌کنید تا فضای اطراف را با استفاده از چراغ قوه آن کمی روشن کنید. اما، تلفن همراه نیز خاموش است و هیچ صدایی از اطراف شنیده نمی‌شود، سکوت مطلق. این حالت، بخشی از سکانس فیلم علمی تخیلی نیست، بلکه گوشه‌ای از زندگی انسان است که شاید در آینده‌ای نه چندان دور با آن مواجه شود. این شرایط می‌تواند توسط بمب الکترومغناطیسی ایجاد شود، بمبی که هیچ کشتاری به دنبال ندارد. اما با ایجاد پالس الکترومغناطیسی بسیار قوی می‌تواند تمام دستگاه‌های الکتریکی را از کار بیندازد و زندگی مدرن امروزی را به زندگی قبل از الکتریسیته برگرداند. این پالس می‌تواند در عرض چند ثانیه به زیرساخت‌های حیاتی مانند شبکه‌های برق، سیستم‌های ارتباطی و تجهیزات نظامی در فاصله‌های نزدیک و دور آسیب برساند. در این مطلب از مجله فرادرس، ابتدا بمب الکترومغناطیسی را تعریف می‌کنیم. سپس، بخش‌های اصلی این بمب را توضیح می‌دهیم و با تاثیرات مخرب این بمب آشنا می‌شویم. در پایان به چند پرسش جالب در رابطه با بمب الکترومغناطیسی و راه‌های محافظت از وسایل الکترونیکی در برابر پالس الکترومغناطیسی صحبت می‌کنیم.

بمب الکترومغناطیسی چیست؟

«بمب الکترومغناطیسی» (Electromagnetic Bomb | E-bomb) سلاحی است که با ایجاد پالس الکترومغناطیسی بسیار قوی، بر مدارهای جریان الکتریکی تاثیر می‌گذارد و هرگونه سیستم و مدار الکتریکی را از کار می‌اندازد. پالس‌ الکترومغناطیسی از دو طریق می‌تواند ایجاد شود:

• پالس الکترومغناطیسی هسته‌ای: پالس الکترومغناطیسی هسته‌ای از طریق انفجار هسته‌ای ایجاد می‌شود.
• پالس الکترومغناطیسی غیرهسته‌ای: این پالس‌ از طریق بمب‌ الکترومغناطیسی ایجاد می‌شود که در این مطلب در مورد آن توضیح می‌دهیم.

برای یادگیری بیشتر در مورد پالس الکترومغناطیسی و چگونگی ایجاد آن می‌توانید فیلم آموزش الکترومغناطیس ۱ مرور و حل تمرین فرادرس که لینک آن در ادامه آورده شده است را مشاهده کنید.

فیلم آموزش الکترومغناطیس ۱ – مرور و حل تمرین در فرادرس

کلیک کنید

دانشمندان برای نخستین بار در زمان جنگ جهانی دوم، فناوری سلاح‌های هسته‌ای را گسترش دادند و بمب اتم را ساختند. از این بمب تنها دو بار در جنگ جهانی دوم، علیه کشور ژاپن استفاده شد. اما، خسارت‌های وارد شده از طرف آن پس از سال‌ها هنوز جبران نشده است. آمار دقیق فوتی‌ها به طور دقیق مشخص نیست، اما بر طبق تخمین‌های انجام شده در سال‌های اخیر، تعداد کل فوتی‌ها بین دو تا چهار ماه پس از بمباران اتمی در هیروشیما در حدود ۹۰ تا ۱۶۶ هزار نفر و در ناکازاکی در حدود ۶۰ تا ۸۰ هزار نفر است.

در شبی آرام در نهمین روز از ماه جولای در سال ۱۹۶۲ میلادی، معادل ۱۸ تیر سال ۱۳۴۱ شمسی، در جزیره مرجانی کوچکی از جزایز «مارشال»‌ (Marshall)‌ آسمان صاف بود و تعدادی ابر در افقِ دوردست مشاهده می‌شدند. ناگهان، نور بسیار شدیدی در افق شرقی جزیره مشاهده شد. اما این نور به دلیل طلوع خورشید نبود، زیرا تا طلوع خورشید زمان زیادی باقی مانده بود. ابتدا نوری سفیدرنگ مشاهده شد، ولی با گذشت زمان این نور گسترش یافت و به کره‌ای بسیار بزرگ، نورانی و سفیدرنگ تبدیل شد. این کره پس از چند دقیقه ناپدید شد. اما پس از آن روشنایی به رنگ قرمزِ رنگ در آسمان شرقی ظاهر شد و شروع به بزرگ شدن کرد. این روشنای به مدت ۱٫۵ ساعت در آسمان قابل مشاهده بود.

اگر فردی از قطب شمال در آن لحظه در جزیره حضور داشت، شاید این روشنایی را با شفق قطبی اشتباه می‌گرفت. اما این پدیده هیچ ربطی به شفق قطبی نداشت. روشنایی مشاهده شده در جزیره مرجانی در نزدیکی خطِ استوا، مربوط به انفجار هسته‌ای بود. این انفجار در حدود ۴۰۰ کیلومتر بالاتر از سطح زمین رخ داد و به نام «انفجار استارفیش»‌ (Starfish) شناخته می‌شود. انفجار استارفیش یکی از بزرگ‌ترین آزمایش‌های هسته‌ای است که کشور آمریکا در فضا انجام داد. اثرات مخرب پس از انفجار مانند باران مواد پرتوزا و دیگر اثرات مخربِ محیط‌زیست، به طور معمول چند ساعت تا چندین سال پس از انفجار مشاهده می‌شوند.

در انفجار هسته‌ای استارفیش در حدود $$10^ { 29 } $$ الکترون تولید شدند. این ذرات با چرخش به دور میدان مغناطیسی زمین، پدیده‌‌ای مشابه شفق قطبی ایجاد کردند. همچنین، وجود این تعداد الکترون در اتمسفر زمین سبب پیدایش کمربند تشعشعی جدیدی شد که چندین مرتبه قوی‌تر از کمربند طبیعی زمین بود و به مدت ۵ سال ادامه داشت. شاید از خود بپرسید کمربند تشعشعی زمین که به صورت طبیعی در اطراف آن وجود دارد، چیست. ذرات باردار زیادی در اطراف زمین وجود دارند. منشا این ذرات، خورشید یا پرتوهای کیهانی است. این ذرات به دلیل برهم‌کنش با میدان مغناطیسی زمین، کمربند تشعشعی را به دور آن تشکیل می‌دهند.

پس از انفجار عظیم استارفیش چه اتفاقی رخ داد؟ پس از انفجار، آبشاری از ذرات یونیزه شده، «پالس الکترومغناطیسی» (ٍElectromagnetic Pulse | EMP) ایجاد کردند. به دلیل ایجاد این پالس، بسیاری از دستگاه‌های الکتریکی در فراز اقیانوس آرام از کار افتادند. در فاصله ۹۰۰ کیلومتری از محل انفجار، در شهر «هونولولو» (Honolulu) در ایالت هاوایی، صدها چراغ در خیابان خاموش شدند. قدرت انفجار استارفیش به حدی زیاد بود که در سال ۱۹۶۳ میلادی هر گونه آزمایش هسته‌ای در فضا و زیر اقیانوس ممنوع شد. سوال مهمی که ممکن است مطرح شود آن است که اگر انفجاری مشابه استارفیش اکنون رخ دهد، چه پیامدهایی به دنبال خواهد داشت. انفجار عظیم استارفیش به ما نشان داد که با انجام آزمایش‌های هسته‌‌ای در فضا، پالس الکترومغناطیسی عظیمی ایجاد می‌شود و تاثیر مستقیمی بر زمین می‌گذارد.

برای آن‌که بدانیم پالس الکترومغناطیسی چیست، ابتدا باید با مفهوم الکترومغناطیس آشنا شویم. موج الکترومغناطیسی هنگامی تشکیل می‌شود که میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی با یکدیگر جفت می‌شوند. ذرات باردار شتابداری مانند الکترون یا پروتون، میدان الکترومغناطیسی ایجاد می‌کنند که در فضا حرکت می‌کند. این میدان، نوعی انرژی به نام تشعشع الکترومغناطیسی یا همان نور را از نقطه‌ای به نقطه دیگر منتقل می‌کند. کلمه الکترومغناطیس، همان‌طور که از نام آن مشخص است، از دو کلمه الکتریسیته و مغناطیس در کنار یکدیگر تشکیل شده است. الکتریسیته و مغناطیس می‌توانند ساکن باشند. به طور حتم عکس معروف زیر را مشاهده کرده‌اید. موهای کودک به دلیل الکتریسیته ساکن به حالت ایستاده درآمده است. همچنین، آهن‌ربای متصل به یخچال، مغناطیس ساکن دارد.

میدان مغناطیسی متغیر، میدان الکتریکی و میدان الکتریکی متغیر، میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند. اگر این دو میدان متغیر با یکدیگر جفت شوند، امواج الکترومغناطیسی را ایجاد می‌کنند. این امواج برای انتشار، نیاز به محیط مادی ندارند. این بدان معنا است که امواج الکترومغناطیسی نه‌تنها می‌توانند در هوا و مواد جامد، منتشر شوند، بلکه در فضای خالی یا خلا نیز به راحتی حرکت می‌کنند و از نقطه‌ای به نقطه دیگر می‌روند. در قرن نوزدهم میلادی، دانشمندی اسکاتلندی به نام «کلرک ماکسول» (Clerk Maxwell)‌ برای توضیح امواج الکترومغناطیسی، نظریه‌ جفت شدن میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی و ایجاد امواج الکترومغناطیسی را بیان کرد. او این نظریه را در قالب معادلات معروفی به نام معادلات ماکسول نوشت.

امواج الکترومغناطیسی با سرعت نور حرکت می‌کنند، زیرا همان‌طور که اشاره کردیم نور، موج الکترومغناطیسی است. اگر موج الکترومغناطیسی با ذره بارداری برخورد کند، میدان الکتریکی و مغناطیسی نوسان‌کننده، این ذره را به حرکت درمی‌آورند. طول موجِ موج، مقدار نوسان ذره را مشخص می‌کند. طول‌ موج‌های میکروسکوپی سبب نوسان ذرات در مقیاسی اتمی می‌شوند. به عنوان مثال، الکترون‌ها در نمایشگر کامپیوتر با پرش بین ترازهای انرژی، امواج الکترومغناطیسی با طول موجی در محدوده چند صد نانومتر ایجاد می‌کند. این موج الکترومغناطیسی، الکترون‌های موجود در شبکیه چشم را با طول موجی در مقیاس طول موج نور مرئی، به نوسان در می‌آورد.

حالت دیگری را در نظر بگیرید. آنتن‌های مخابراتی موج الکترومغناطیسی با طول موجی در محدود سانتی‌متر تا متر، تولید می‌کنند. این موج، موج رادیویی نام دارد. امواج رادیویی، الکترون‌های موجود در تلفن‌های همراه را به نوسان درمی‌آورند. تا اینجا فهمیدیم امواج الکترومغناطیسی چیست. همان‌طور که اشاره کردیم، این امواج محدوده وسیعی از طول موج را پوشش می‌دهند. پس از آشنایی با امواج الکترومغناطیسی، می‌توانیم مفهوم پالس الکترومغناطیسی را بهتر درک کنیم. به انفجارهای بسیار کوچک و شدید موج رادیویی از امواج الکترومغناطیسی، پالس الکترومغناطیسی گفته می‌شود. امواج رادیویی، الکترون‌ها را داخل سیم‌ها و وسایل الکتریکی مانند تلفن همراه، به نوسان درمی‌آورند. اما در حالت پالس الکترومغناطیسی، شدت موج به حدی بالا است که تعداد زیادی الکترون‌ به طور همزمان شروع به حرکت و نوسان می‌کنند.

حرکت تعداد زیادی الکترون به صورت همزمان در سیم، منجر به عبور جریان الکتریکی بسیار بالایی از سیم می‌شود. هر وسیله الکتریکی می‌تواند تا مقدار مشخصی جریان را از خود عبور دهد. اگر جریان الکتریکی از حد مشخصی فراتر رود، در بهترین حالت، قطعه الکتریکی از کار می‌افتد. اما نباید فراموش کنیم عبور جریان الکتریکی از سیم‌ها یا وسایل الکتریکی مختلف، مقداری گرما در آن‌ها ایجاد می‌کند. اگر به لامپ کوچکی که در اتاق روشن کرده‌اید، دست بزنید، گرمای ایجاد شده را به طور واضح حس خواهید کرد. اگر مقدار این گرما از حد مشخصی بالاتر رود، سیم‌ها ذوب می‌شوند. پالس الکترومغناطیسی می‌تواند سیم‌ها را ذوب و منجر به آتش گرفتن وسایل الکترونیکی شود.

تا اینجا با پالس الکترومغناطیسی آشنا شدیم. بمب الکترومغناطیسی با ایجاد پالس الکترومغناطیسی، وسایل الکترونیکی را از کار می‌اندازد. اما ابعاد فاجعه استفاده از بمب الکترومغناطیسی بیشتر از آن‌ چیزی است که فکر می‌کنید. در ادامه، در این مورد و چگونگی عملکرد بمب الکترومغناطیسی صحبت می‌کنیم.

بمب الکترومغناطیسی چگونه ساخته می شود؟

تصور عموم از بمب، سلاحی جنگی است که برای کشتار مردم از آن استفاده می‌شود. اما، بمب الکترومغناطیسی، سلاحی است که در آن هیچ فردی به طور مستقیم توسط بمب کشته نمی‌شود، بلکه تمام وسایل الکترونیکی و ارتباط بین مردم از بین می‌رود. به بیان دیگر استفاده از بمب الکترومغناطیسی علیه مردم هر منطقه، زندگی آن‌ها را به عصر قبل از اختراع الکتریسیته برمی‌گرداند.

فیلم آموزش الکترومغناطیس ۲ در فرادرس

کلیک کنید

همان‌طور که در بخش قبل اشاره کردیم بمب الکترومغناطیسی با استفاده از موج ضربه‌ای الکترومغناطیسی، تمام وسایل الکترونیکی را از کار می‌اندازد. این بمب، بمبی است که برای تخریب گسترده الکتریکی استفاده می‌شود. کشورهای روسیه، انگلستان، آمریکا و هند، بمب الکترومغناطیسی دارند. هر بمب الکترومغناطیسی از چهار قسمت اصلی تشکیل شده است:

1. خازن یا باتری: باتری، انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می‌کند. این باتری به قلب بمب الکترومغناطیسی متصل شده است.
2. «مولد فشرده سازی شار انفجاری» (Explosive flux compression generator | EFCG): از EFCG برای تولید میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی در مدت زمانی بسیار کوتاه استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها با فشرده کردن شار مغناطیسی در منطقه‌ای بسیار کوچک، میدان مغناطیسی بسیار قوی را تولید می‌کنند. EFCG با ایجاد میدان مغناطیسی بسیار قوی، پالس الکترومغناطیسی و در ادامه، موج ضربه‌ای تولید خواهد کرد.
3. «دستگاه مایکروویو با توان بالا» (High Power Microwave Device | HPM Device):‌ این قسمت به آنتن متصل می‌شود.
4. آنتن

در ادامه هر یک از این قسمت‌ها را به اختصار توضیح می‌دهیم.

باتری چیست؟

باتری‌های استفاده شده در بمب‌های الکترومغناطیسی به نوع بمب و کاربرد آن بستگی دارد. اما، به طور کلی، این باتری‌ها باید توان بالا و عمری طولانی داشته و بسیار سبک باشند. باتری، وسیله‌ای است که با استفاده از واکنش اکسایش کاهش، انرژی شیمیایی را به طور مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. در واکنش‌های اکسایش کاهش، الکترون‌ها از طریق مدار الکتریکی از ماده‌ای به ماده دیگر منتقل می‌شوند. در حالت کلی، باتری‌ها از سه قسمت به نام‌های آند، کاتد و الکترولیت تشکیل شده‌اند. الکترون‌ها در آند آزاد می‌شوند و به سمت کاتد حرکت می‌کنند. الکترولیت نیز محیطی است که انتقال یون بین آند و کاتد از طریق آن انجام می‌شود.

باتری‌های استفاده شده در بمب‌های الکترومغناطیسی باید علاوه بر توان بسیار بالا، بسیار سبک باشند. در این صورت، بمب به راحتی حمل می‌شود. باتری با توان بالا می‌تواند مقدار بسیار زیادی انرژی را در فضای بسیار کوچک ذخیره و در زمان لازم آن را به شکل انرژی الکتریکی آزاد کند.

مولد فشرده سازی شار انفجاری چیست؟

مولد فشرده‌سازی شار انفجاری، با فشرده کردن شار، پالس الکترومغناطیسی بسیار قوی تولید می‌کند. این مولد، قلبِ بمب‌های الکترومغناطیسی است و تنها می‌تواند یک پالس الکترومغناطیسی تولید کند، زیرا بمب پس از پالس به طور کامل تخریب می‌شود. EFCG برای ایجاد پالس به جریان الکتریکی اولیه نیاز دارد. این جریان از طریق باتری متصل به مولد، تامین خواهد شد. سوال مهمی که ممکن است مطرح شود آن است که این مولد چگونه شار را فشرده می‌کند.

در تصویر زیر خطوط میدان مغناطیسی به رنگ آبی نشان داده شده‌اند. این خطوط از حلقه بسته‌ای از جنس رسانای ایده‌ال با مقاومت صفر، می‌گذرند. شار عبوری کل از این حلقه برابر حاصل‌ضرب میدان مغناطیسی در مساحت حلقه است. در تصویر ۹ خط میدان مغناطیسی از حلقه عبور کرده‌اند.

فرض کنید حلقه، تغییر شکل می‌دهد و سطح مقطع آن کاهش می‌یابد. در این حالت، شار مغناطیسی عبوری از حلقه متناسب با کاهش سطح مقطع آن، کاهش می‌یابد. همان‌طور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید، پس از کاهش سطح مقطع حلقه، تعداد خطوط میدان مغناطیسی عبوری از ۹ خط به ۵ خط کاهش یافته‌اند. شار مغناطیسی تغییر کرده است. تغییرات شار مغناطیسی، جریانی را در حلقه القا می‌کند. برطبق قانون القای فارادی، با تغییر شار مغناطیسی عبوری از حلقه رسانای بسته، نیرویی به نام «نیروی محرکه الکتریکی» (ٍElectromotive Force | EMF) در حلقه القا می‌شود. این نیرو، جریان الکتریکی به صورت نشان داده شده در تصویر زیر در حلقه القا (فلش قرمزرنگ) و جریان الکتریکی القا شده،‌ میدان مغناطیسی جدیدی را در اطراف حلقه ایجاد می‌کند.

میدان مغناطیسی ایجاد شده در جهت مخالف میدان مغناطیسی خارج از حلقه، اما هم‌جهت با میدان مغناطیسی داخل حلقه است. بنابراین، میدان مغناطیس خارج از حلقه کاهش، اما میدان مغناطیسی عبوری از حلقه افزایش می‌یابد. در نتیجه، شار کل عبوری از حلقه حفظ می‌شود. به بیان دیگر، چهار خطِ سبزرنگ میدان مغناطیسی القایی به پنج خط آبی‌رنگ میدان مغناطیسی اولیه اضافه و نه خط اولیه میدان مغناطیسی حفظ می‌شوند. با جمع کردن میدان مغناطیسی خارجی و القا شده، می‌توان نشان داد که خطوط میدان مغناطیسی که در ابتدا از حلقه عبور می‌کردند، داخل آن باقی می‌مانند. بنابراین، شار مغناطیسی حفظ و جریانی در حلقه رسانا ایجاد شده است.

همان‌طور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید، خطوط میدان مغناطیسی داخل حلقه به یکدیگر نزدیک‌تر شده‌اند. در نتیجه، شدت متوسط میدان مغناطیسی داخل حلقه به نسبت مساحت اولیه به مساحت نهایی، افزایش می‌یابد.

فشرده‌سازی شار مغناطیسی کاربردهای بسیاری دارد. در حالت کلی، سه نوع مولد فشرده‌سازی شار مغناطیسی وجود دارند:

• مولد نوع اول (MK-1, 1951): این ژنراتور توسط «رابرت لیودایف» (Robert Lyudaev) ساخته شد. شار مغناطیسی تولید شده توسط سیم‌پیچ، داخل لوله فلزی توخالی، محصور و توسط مواد منفجره احاطه شده است. شار مغناطیسی پس از انفجار مواد منفجره، به شدت فشرده می‌شود. سال‌ها بعد، دستگاه مشابهی در آمریکا ساخته شد.
• مولد نوع دوم (MK-2، 1952): شار مغناطیسی در این مولد، بین سیم‌پیچ‌های رسانای خارجی و لوله رسانای مرکزی که از مواد منفجره پر شده است، محصور و با حرکت مخروطی شکل پیستون، فشرده می‌شود. این حرکت در اثر تغییر شکل لوله مرکزی، هنگام عبور موج انفجاری از دستگاه ایجاد خواهد شد.
• مبدل نوع سوم (DEMG): این مبدل استوانه‌ای توسط «ولادیمیر چرنیشف» (Vladimir Chernyshev) ساخته شد. مبدل نوع سوم از پشته‌ای از دیسک‌های فلزی مقعر که به صورت جفتی روبه‌روی هم قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است.

تا اینجا با اصول کلی فشرده‌سازی شار مغناطیسی و انواع مولدهای فشرده‌سازی شار آشنا شدیم. بمب‌های الکترومغناطیسی به طور معمول طراحی ساده‌ای دارند. بمب از استوانه‌ای فلزی به نام «آرمیچر» (Armature) تشکیل شده که دور آن سیم‌پیچی قرار گرفته است. داخل آرمیچر مواد منفجره قرار دارند. به این نکته توجه داشته باشید که آرمیچر و سیم‌پیچ به طور مستقیم با یکدیگر در تماس نیستند، بلکه با فاصله مشخصی از یکدیگر قرار گرفته‌اند. همچنین، باتری یا خازن متصل به FCG، توان ورودی بمب را تامین می‌کند. بمب الکترومغناطیسی به صورت زیر عمل می‌کند:

• خازن‌ها از طریق سوئیچ به سیم‌پیچ متصل هستند و جریان الکتریکی پس از اتصال سوئیچ به سیم‌پیچ فرستاده می‌شود. جاری شدن جریان الکتریکی در سیم‌پیچ، میدان مغناطیسی قوی را ایجاد می‌کند.
• مواد منفجره با استفاده از مکانیزمی به نام مکانیزم فیوز مشتعل می‌‌شوند. این مکانیزم، حیاتی‌ترین بخش در بمب‌ها و دستگاه‌های انفجاری است که زمان شروع انفجار را کنترل می‌کند. در ادامه، انفجار به صورت موجی از مرکز استوانه آرمیچر عبور می‌کند.

به هنگام عبور موج انفجاری، استوانه و سیم‌پیچ در تماس با یکدیگر قرار می‌گیرند. در اثر این تماس،‌ مدار کوتاهی ایجاد و ارتباط باتری و استوانه و در نتیجه جریان الکتریکی، قطع می‌شود.

مدارِ اتصال کوتاهِ متحرک، میدان مغناطیسی را فشرده و انفجار الکترومغناطیسی پرشدتی ایجاد می‌کند.
پالس الکترومغناطیسی ایجاد شده به کمک آنتن به اطراف پخش می‌شود.

چگونه عملکرد بمب های الکترومغناطیسی را بهتر بشناسیم؟

تا اینجا می‌دانیم بمب الکترومغناطیسی چیست و از چه قسمت‌هایی تشکیل شده است. بمب الکترومغناطیسی با ایجاد پالس الکترومغناطیسی بسیار قوی، تمام وسایل الکترونیکی را از کار می‌اندازد. در مطلب «بمب اتم چیست ؟ — از نحوه ساخت تا طرز کار و قدرت تخریب» از مجله فرادرس، با بمب اتم و چگونگی عملکرد آن آشنا شدیم. پالس الکترومغناطیسی ممکن است از انفجار هسته‌ای یا غیرهسته‌ای ایجاد شود. تمرکز این مطلب بر ایجاد پالس الکترومغناطیسی با استفاده از بمب‌های الکترومغناطیسی است. برای آشنایی با مفهوم موج الکترومغناطیسی و چگونگی تشکیل والس الکترومغناطیسی می‌توانید از فیلم‌های آموزشی فرادرس در رابطه با امواج الکترومغناطیسی استفاده کنید:

• فیلم آموزش آموزش الکترومغناطیس مهندسی فرادرس
• فیلم آموزش الکترومغناطیس ۱ مرور و حل تمرین فرادرس
• فیلم آموزش الکترومغناطیس پیشرفته فرادرس
• فیلم آموزش الکترومغناطیس ۱ فرادرس
• فیلم آموزش الکترومغناطیس ۲ فرادرس
• فیلم آموزش الکترومغناطیس مهندسی مرور و حل تست ارشد فرادرس

برای آن‌که بدانیم پالس الکترومغناطیسی چگونه بر وسایل الکترومغناطیسی تاثیر می‌گذارد، باید با برهم‌کنش تابش الکترومغناطیسی با اتم‌ها و مولکول‌ها آشنا باشیم. بنابراین، تماشای فیلم آموزش تابش الکترومغناطیسی و برهم‌کنش آن‌ها با اتم‌ها و مولکول‌ها فرادرس می‌تواند به درک این موضوع کمک بزرگی کند.

• فیلم آموزش تابش الکترومغناطیسی و برهم‌کنش آن‌ها با اتم‌ها و مولکول‌ها فرادرس

پس از آشنایی با مفهوم موج الکترومغناطیسی و چگونگی برهم‌کنش آن با اتم‌ها و مولکول‌ها، یادگیری شبیه‌سازی امواج الکترومغناطیسی با استفاده از نرم‌افزارهایی مانند COMSOL کمک بزرگی به درک بهتر این برهم‌کنش می‌کند.

• فیلم آموزش کامسول بررسی پدیده‌های الکترومغناطیسی با COMSOL فرادرس

چرا حمله با بمب الکترومغناطیسی مخرب تر از آن چیزی است که فکر می کنید؟

در بخش‌های قبل فهمیدیم بمب الکترومغناطیسی چیست و از چه بخش‌هایی تشکیل شده است. زندگی در دنیای امروز بدون الکتریسیته، هیچ معنایی ندارد. به بیان دیگر، انجام بیشتر کارهایی که انجام می‌دهیم، بدون وجود الکتریسیته، غیرممکن می‌شود. شبکه برق بسیاری از کشورها در برابر حمله بمب الکترومغناطیسی آسیب‌پذیر است. به عنوان مثال، سیاستمداران آمریکایی بر این موضوع باور دارند که تخریب بمب الکترومغناطیسی می‌تواند به اندازه‌ای گسترده باشد که این کشور را به سال ۱۸۸۰ میلادی برگرداند. توجه به این نکته مهم است که تنها، بمب الکترومغناطیسی نمی‌تواند چنین اثرات مخربی بر جا بگذارد، بلکه خورشید نیز چنین توانایی دارد، حتی در حدی بسیار گسترده‌تر.

اما نگرانی‌های مهم‌تری نیز وجود دارند که نمی‌توان آن‌ها را نادیده گرفت. بمب الکترومغناطیسی یا طوفان خورشیدی می‌تواند شبکه برق کشور آمریکا را حداقل به مدت ۱۸ ماه از کار بیندازد، اما این مدت زمان ممکن است طولانی‌تر باشد.

هنگامی‌که بربرها از طریق تخریب قنات‌های رومی‌ها، به آن‌ها حمله کردند، جمعیت روم باستان از یک میلیون به سی هزار نفر کاهش یافت. رومی‌‌ها پس از تخریب قنات‌ها دچار قحطی‌زدگی شدند و جمعیت بسیار زیادی از آن‌ها از بین رفتند. اتفاقی که ممکن است روزی در جهانِ مدرن امروزی با این بمب‌ها رخ دهد. حمله با استفاده از بمب الکترومغناطیسی، حمله تاریکی نام دارد.

در دنیای مدرن امروزی، هر فردی از الکتریسیته استفاده می‌کند. در واقع، الکتریسیته به بخش جدایی‌ناپذیر زندگی افراد تبدیل شده است. با زدن یک دکمه، چراغ روشن می‌شود. همان‌طور که در ابتدای مطلب گفتیم انفجار هسته‌ای قوی در ارتفاع مشخصی از زمین می‌تواند بسیاری از کشورها را به گذشته بفرستد، زمانی که الکتریسیته وجود نداشت. در حدود ۱۴۰ سال قبل، بسیاری از خانواده‌ها غذاهای خود را حتی تا ۶ ماه در مکان‌های خنک نگهداری می‌کردند. اما امروزه به دلیل انتقال بسیار سریع مواد غذایی از نقطه‌ای از جهان به نقطه‌ای دیگر، بیشتر افراد غذای زیادی را در خانه برای مدت طولانی نگهداری نمی‌کنند. اگر شبکه توزیع برق برای مدت زمان طولانی از کار بیفتد، قحطی به طور حتم رخ می‌دهد.

اما غذا تنها مسئله اصلی نیست. بدون شبکه برق، نیروگاه‌های هسته‌ای منفجر می‌شوند. این همان اتفاقی بود که برای سه راکتور هسته‌ای در نیروگاه هسته‌ای فوکوشیما رخ داد. این حادثه پس از سونامی و زلزله ۹ ریشتری معروف سال ۲۰۱۱ میلادی رخ داد. الکتریسیته برای چرخش آب به دور راکتورهای هسته‌ای و خنک‌سازی آن‌ها لازم است. در صورت قطع الکتریسیته، چرخش آب و به دنبال آن خنک‌سازی راکتورهای هسته‌ای متوقف می‌شوند و آنچه نباید، رخ می‌دهد. شاید با خود بگویید نیروگاه‌های هسته‌ای از ژنراتورهای پشتیبان، در صورت قطع برق، استفاده می‌کنند. اما فراموش نکنید در نبود الکتریسیته، هیچ ژنراتوری کار نمی‌کند. بدون الکتریسیته، هیچ چیزی کار نمی‌کند.

تعداد زیادی نیروگاه هسته‌ای در سراسر جهان وجود دارند. بیشتر این نیروگاه‌ها در نزدیکی مراکز پرجمعیت ساخته شده‌اند. در نتیجه، انفجار هر نیروگاه هسته‌ای، خسارات جبران‌ناپذیری به دنبال خواهد داشت، خساراتی بسیار وسیع‌تر از حادثه چرنوبیل. پالس الکترومغناطیسی می‌تواند در اثر بمب الکترومغناطیسی یا پس از انفجار هسته‌ای بسیار قوی در ارتفاع مشخصی از سطح زمین، ایجاد شود. برای آن‌که موج ضربه‌ای ناشی از پالس الکترومغناطیسی وسیع باشد، انفجار هسته‌ای باید حداقل در ارتفاع ۳۲ کیلومتری و حداکثر در ارتفاعی ۴۸۲ کیلومتری از سطح زمین رخ دهد. در حالت کلی، هرچه ارتفاع انفجار بیشتر باشد، اثرات ناشی از آن نیز گسترده‌تر خواهد بود. پالس الکترومغناطیسی همچنین می‌تواند توسط تسهیلات غیرهسته‌ای ایجاد شود، اما اثرات آن از نظر جغرافیایی محدودتر است.

به این نکته توجه داشته باشید که پالس الکترومغناطیسی به طور مستقیم و با احتمال بسیار کوچکی تمام سیستم‌های الکترونیکی را از بین می‌برد. خطر واقعی هنگامی رخ می‌دهد که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی پالس الکترومغناطیسی با شبکه‌های توزیع برق یا دیگر سیستم‌های الکتریکی روی زمین، جفت شوند. در این حالت، جریان‌های مخرب و ولتاژهای بسیار بزرگی ایجاد می‌شوند که می‌تواند امکانات موجود را به صورت گسترده تخریب کنند. پالس الکترومغناطیس به سه نوع کلی تقسیم می‌شود، E1 و E2 و E3. گاهی به E1 و E2 و E3 به ترتیب پالس الکترومغناطیسی کوتاه، متوسط و بلند گفته می‌شود. پالس E3 طول موج بلندی دارد و اثرات مخرب ایجاد شده توسط آن در سطح وسیعی رخ می‌دهد. پالس الکترومغناطیسی با طول موج بلند بر خطوط انتقال برق اثر می‌گذارند. در ادامه، در مورد انواع پالس‌های الکترومغناطیسی و محدوده آن‌ها صحبت می‌کنیم.

در سال‌های بین ۱۹۵۰ تا ۱۹۵۵ میلادی، دو کشور آمریکا و شوروی سابق، پژوهش‌هایی را در رابطه با پالس‌های الکترومغناطیسی غیرهسته‌ای آغاز کردند. سال‌ها بعد کشورهای دیگری نیز در این مورد شروع به انجام پژوهش کردند. در سال‌های اخیر، کشورهای متعددی موفق به ساخت بمب الکترومغناطیسی شده‌اند. این بمب به راحتی می‌تواند داخل چمدانی کوچک جا شود و با ایجاد میدان‌های مغناطیسی، تمام وسایل الکترونیکی را تا چندین کیلومتر از کار بیندازد. سوال مهمی که ممکن است مطرح شود آن است که بمب الکترومغناطیسی تا چه اندازه می‌تواند مخرب باشد؟ اطلاعات متناقض زیادی در مورد بمب‌های الکترومغناطیسی در فضای مجازی وجود دارد. کشورهای دارای دانش بمب الکترومغناطیسی، ممکن است هر زمانی از این بمب استفاده کنند. بنابراین، بدون پیشگیری، اتفاقات بسیار ناخوشایندی رخ خواهند داد.

برطبق پژوهش‌های انجام شده توسط پژوهشگران آمریکایی، پالس‌ الکترومغناطیسی ایجاد شده در اتمسفر زمین منجر به خاموشی طولانی‌مدت در ایالت‌های مختلفی در آمریکا می‌شود، اما این خاموشی در سراسر آمریکا پخش نمی‌شود. در روز نهم جولای سال ۱۹۶۲ میلادی، کشور آمریکا بمب هسته‌ای ۱٫۴ مگاتنی را در ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری از سطح زمین منفجر کرد. در ابتدای مطلب در مورد این انفجار به نام انفجار استارفیش صحبت کردیم. پالس الکترومغناطیسی ایجاد شده در اثر این انفجار، بزرگ‌تر از مقدار موردانتظار بود. به گونه‌ای که شبکه توزیع برق در هاوایی، حدود ۱۴۴۰ کیلومتر دورتر از محل انفجار، دچار اختلال شدیدی شد.

در آن سال، ۲۱ ماهواره به دور زمین در حال گردش بودند که از این تعداد، ۸ ماهواره به صورت جدی آسیب دیدند و نتوانستند ماموریت خود را به پایان برسانند. چه اتفاقی برای ۱۳ ماهواره دیگر رخ داد؟ پاسخ این پرسش به عنوان راز باقی ماند. بنابراین، حمله شدید توسط پالس الکترومغناطیسی می‌تواند استارلینک و ماهواره‌های آب‌وهوایی را دچار آسیب جدی کند. در این حالت، باید با GPS خداحافظی کنید. برخی پژوهشگران اعتقاد دارند پالس الکترومغناطیسی نه‌تنها می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیری به بار آورد، آسان‌ترین راه برای دور شدن از چنین حملاتی است. اگر بمب هسته‌ای بسیار قوی در ارتفاع ۳۲۱ کیلومتری از سطح زمین منفجر می‌شد، پالس الکترومغناطیسی ایجاد شده بیشتر وسایل الکترونیکی را از بین می‌برد و به مبدل‌های ولتاژ بالا آسیب جدی وارد می‌کرد. از بین رفتن مبدل‌های برق مانند ایستادنِ قلب شبکه سراسری توزیعِ برق است.

برای آن‌که به عمق فاجعه پی ببریم، خالی از لطف نیست نگاه کوتاهی به شبکه توزیع برق و قسمت‌های مختلف آن بیندازیم. خطوط انتقال بخش مهمی از شبکه توزیع برق را تشکیل می‌دهند. این خطوط، الکتریسیته را از نیروگاه‌های برقی به شهرها و خانه‌ها منتقل می‌کنند. برای انتقال بهینه الکتریسیته، الکتریسیته باید در ولتاژهای بالا منتقل شود. این کار به کمک مبدل‌های افزاینده انجام می‌شود. قبل از آن‌که الکتریسیته به مصرف خانگی و شهری برسد، ولتاژ آن توسط مبدل‌های کاهنده، کاهش می‌یابد. آمریکا در حدود ۲۱۰۰ مبدل ولتاژ بالای بسیار بزرگ دارد. این مبدل‌ها بیش از ۳۲۱۹۰۰ کیلومتر خط انتقال زا پشتیبانی می‌کنند. اگر شبکه توزیع برق این مبدل‌ها را به یکباره از دست بدهد، فاجعه‌ای بزرگ رخ خواهد داد.

همچنین، این مبدل‌ها هزینه ساخت بسیار بالایی دارند. زمان ساخت هر مبدل بین یک تا سه سال به طول می‌انجامد و حمل‌ونقل آن‌ها به دلیل اندازه بزرگ و وزن بالا، به سختی انجام می‌شود. بنابراین، آسیب دیدن هر مبدل یا کارخانه سازنده آن، خسارات جبران‌ناپذیری به دنبال دارد. اکنون تصور کنید اگر صدها یا هزاران مبدل به یکباره توسط پالس الکترومغناطیسی از بین برود، چه فاجعه‌ای رخ خواهد داد. تصور این فاجعه به‌تنهایی نیز بسیار ترسناک است.

انواع پالس های الکترومغناطیسی و مهم ترین ویژگی های آن ها

قبل از توضیح پالس الکترومغناطیسی و انواع و ویژگی‌های آن، ابتدا پالس را در فیزیک تعریف می‌کنیم. پالس، اختلالی است که در محیط حرکت می‌کند و از نقطه‌ای به نقطه دیگر می‌رود. به عنوان مثال، اگر شخصی طنابی را محکم در دست گرفته باشد و پالسی در طناب ایجاد شود، این پالس به انتهای ثابت نزدیک می‌شود. در مقابل، اگر طناب از طریق حلقه متحرکی به میله‌ای وصل شده باشد  و حلقه بتواند به بالا و پایین حرکت کند، پالس ایجاد شده به انتهای آزاد نزدیک خواهد شد. پالس الکترومغناطیسی مشابه تشعشع الکترومغناطیسی است، اما طول عمر بسیار کوتاهی دارد. بنابراین، انرژی آن می‌تواند روی طیف وسیعی از فرکانس‌ها پخش شود.

فیلم آموزش تکنیک پالس در فرادرس

کلیک کنید

ویژگی‌های کلی پالس الکترومغناطیسی عبارت هستند از:

• نوع انتقال انرژی: نوع انرژی منتقل شده می‌تواند تابشی، الکتریکی یا مغناطیسی باشد.
• طیف فرکانسی: پالس الکترومغناطیسی طیف وسیعی از فرکانس‌ها را پوشش می‌دهد.
• شکل موج پالس: شکل ظاهری پالس، مدت زمان و دامنه آن (شدت میدان) می‌توانند متفاوت باشند.

شکل موج پالسی به ما می‌گوید چگونه دامنه لحظه‌ای نسبت به زمان تغییر می‌کند. پالس‌های واقعی بسیار پیچیده هستند. بنابراین، از مدل‌های ساده شده استفاده می‌کنیم. شکل موج می‌تواند مستطیلی باشد. موج‌های پالسی مستطیلی مشابه موج‌های پالسی مربعی هستند، با این تفاوت که پهنای دو پالس در موج مستطیلی دوره زمانی متفاوتی دارند.در نتیجه، امواج مستطیلی در دسته امواج نامتقارن قرار می‌گیرند.

موج پالسی دیگر، موج سینوسی میرا نام دارد. این موج، تابعی سینوسی است که دامنه آن با گذشت زمان کاهش می‌یابد و به صفر نزدیک می‌شود. شکل این موج را می‌توانید در تصویر زیر مشاهده کنید.

موج پالسی نمایی دوتایی، شکل دیگری از موج پالسی است که از دو بخش نمایی تشکیل شده است:

• بخش اول: بخش نمایی کاهشی که با نرخ ثابتی کاهش می‌یابد.
• بخش دوم: بخش نمایی افزایشی که با نرخ ثابتی افزایش می‌یابد.

همان‌طور که در بخش قبل گفتیم، پالس الکترومغناطیسی به سه دسته کلی تقسیم می‌شود: E1 و E2 و E3. در ادامه، در مورد هر یک از این پالس‌ها به اختصار صحبت می‌کنیم. پالس E1 مولفه بسیار سریع پالس الکترومغناطیسی هسته‌ای است. این پالس، بسیار کوتاه اما میدان الکترومغناطیسی بسیار قوی است که ولتاژهای بسیار بالایی را داخل رساناهای الکتریکی القا می‌کند. بنابراین، E1 با ایجاد ولتاژهایی بزرگ‌تر از ولتاژ شکست وسایل الکتریکی، آن‌ها را از کار می‌اندازد. پالس E1 به راحتی می‌تواند کامپیوترها و وسایل ارتباطی را از بین ببرد. تغییرات زمانی این پالس به اندازه‌ای سریع است (در حد نانوثانیه) که محافظ‌های برق معمولی نمی‌توانند از خود در برابر آن محافظت کنند. اما، محافظ‌های برق سریع (مانند محافظ‌هایی که از دیودهای TVS استفاده می‌کنند) می‌توانند پالس E1 را مسدود کنند و از تجهیزات الکتریکی محافظت نمایند.

فیلم آموزش تکنیک پالس با رویکرد حل مساله در فرادرس

کلیک کنید

E1 هنگامی ایجاد می‌شود که تشعشع گامای حاصل از انفجار، اتم‌های لایه بالایی جو را یونیزه (جدا شدن الکترون‌ها از اتم) می‌کند. این پدیده اثر کامپتون و جریان حاصل از آن، جریان کامپتون نام دارد. الکترون‌ها با سرعت‌های نسبیتی (بیشتر از ۹۰ درصد سرعت نور) به سمت پایین حرکت می‌کنند. در غیاب میدان مغناطیسی، این پدیده باعث ایجاد پالس بزرگ جریان الکتریکی در جهت شعاعی می‌شود که از محل انفجار به سمت بیرون حرکت می‌کند. اما میدان مغناطیسی زمین وجود دارند و نیروی مغناطیسی بر الکترون‌ها وارد و مسیر آن‌ها را منحرف می‌کند. در نتیجه، تابشی به نام «تابش سنکروترون»‌ (Synchrotron Radiation) ایجاد می‌شود. از آنجا که پالس گاما با سرعتی برابر نور منتشر می‌شود، تابش سینکروترونی الکترون‌های کامپتون به صورت همدوس با یکدیگر جمع می‌شوند. در نتیجه، پالس الکترومغناطیسی، تابشی بزرگ و بسیار کوتاهی ایجاد خواهد شد.

مولفه E2 توسط پرتوهای گامای پراکنده و گاماهای غیرکشسانی که توسط نوترون‌ها تولید می‌شوند، ایجاد می‌شود. این پالس بین یک میکروثانیه تا یک ثانیه پس از انفجار ادامه می‌یابد. E2 شباهت زیادی به صاعقه دارد، اگرچه E2 تولید شده توسط صاعقه ممکن است به طور قابل‌توجهی بزرگ‌تر از E2 هسته‌ای باشد. مولفه E3 با مولفه‌های E1 و E2 تفاوت و شباهت زیادی به طوفان خورشیدی دارد. این پالس می‌تواند به مبدل‌ها خطوط انتقال آسیب برساند.

پالس الکترومغناطیسی چگونه کار می کند؟

در بخش‌های قبل فهمیدیم بمب الکترومغناطیسی چیست و چگونه می‌تواند منجر به نابودی و تخریب گسترده شود. بمب الکترومغناطیسی با تولید پالس الکترومغناطیسی، وسایل الکترونیکی و توزیع شبکه برق را از کار می‌اندازد و زندگی مدرن امروزی را سال‌ها به عقب و قبل از الکتریسیته برمی‌گرداند. با نبود الکتریسیته، ذخیره غذایی، کمتر از ۳ روز به پایان می‌رسد و انسان‌های بسیاری در اثر قحطی جان خود را از دست می‌دهند. این بدان معنا است که استفاده از بمب الکترومغناطیسی به طور مستقیم منجر به کشتار انسانی نمی‌شود، بلکه اثرات مخرب آن، جان بسیاری از انسان‌ها را می‌گیرد.

امواج الکترومغناطیسی، طیف وسیعی از فرکانس‌های را در برمی‌گیرند. نکته مهم در مورد امواج الکترومغناطیسی آن است که جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی و میدان مغناطیسی متغیر، جریان الکتریکی القا می‌کند. انتقال‌دهنده رادیویی ساده‌ای را در نظر بگیرید. این انتقال‌دهنده از طریق جریان الکتریکی نوسان‌کننده در مدار، میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند. میدان مغناطیسی ایجاد شده نیز می‌تواند جریان الکتریکی در رسانای دیگری مانند آنتن گیرنده رادیویی، القا کند. اگر سیگنال الکتریکی نوسان‌کننده، اطلاعات مشخصی داشته باشد، گیرنده می‌تواند آن را بخواند. فرستنده رادیویی با شدت کم، تنها جریان الکتریکی با مقدار لازم برای عبور سیگنال به گیرنده را القا می‌کند.

اما اگر شدت سیگنال (میدان مغناطیسی)‌ به طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش یابد، جریان الکتریکی بسیار بزرگ‌تری القا خواهد شد. جریان الکتریکی بزرگ می‌تواند اجزای نیمه‌رسانا در رادیو را بسوزاند، به گونه‌ای که دیگر رادیو قابل‌تعمیر نباشد. در این حالت می‌توانید رادیوی دیگری تهیه کنید و نگرانی زیادی در این مورد نداشته باشید. میدان مغناطیسی متناوب با شدت بالا می‌تواند جریان بسیار زیادی را در هر جسم رسانای الکتریکی دیگری مانند خطوط تلفن یا حتی لوله‌های فلزی، القا کند. بنابراین، جریان الکتریکی القا شده می‌تواند به قطعات الکتریکی دیگری که به خط انتقال متصل هستند، فرستاده شود (کامپیوترهای متصل به خطوط تلفن). از آنجا که این وسایل نمی‌توانند چنین جریان بالایی را تحمل کنند، از کار می‌افتند یا شاید آتش بگیرند.

استفاده از سلاح‌های تولیدکننده پالس الکترومغناطیسی، سابقه‌ای طولانی دارد. بین سال‌های ۱۹۶۰ تا ۱۹۸۰ میلادی، کشورهایی مانند آمریکا نگران حمله بمب‌های تولیدکننده پالس الکترومغناطیسی بودند. این ایده به زمانی برمی‌گردد که پژوهشگران روی تسهیلات هسته‌ای تحقیق می‌کردند. در سال ۱۹۵۸ میلادی، آمریکا با آزمایش بمب هیدروژنی، نتایج شگفت‌انگیزی به‌دست آورد. در اثر این آزمایش، چراغ‌های خیابان در برخی شهرهای آمریکا خاموش شدند. حتی، ایستگاه‌های رادیویی در استرالیا با فاصله بسیار زیاد از آمریکا، از کار افتادند. محققان این اختلال الکتریکی را مربوط به اثر کامپتون می‌دانستند. در فیزیک کلاسیک، طول موجِ موج الکترومغناطیسی پراکنده شده توسط اتم‌ها برابر طول موجِ موج فرودی و برخوردکننده با آن‌ها است.

به بیان ساده، اگر موج الکترومغناطیسی با طول موج $$\lambda$$ به اتمی برخورد کند، طول موجِ موج پراکنده با اتم نیز برابر $$\lambda$$ است. اما نتیجه به‌دست آمده از مشاهدات تجربی با فیزیک کلاسیک متناقض بود. بر طبق مشاهدات انجام شده، طول موج پرتو ایکس پراکنده شده از برخی مواد، مانند گرافیت، با طول موج پرتو ایکس فرودی، متفاوت است. این پدیده توسط فیزیک‌دانی به نام «آرتور کامپتون» (Arthur H. Compton) مطالعه شد. کامپتون برای توضیح این پدیده عجیب از ایده اینشتین استفاده کرد، نورِ ذره‌ای. اثر کامپتون نقش مهمی در تاریخ فیزیک دارد، زیرا بر طبق این اثر، تشعشع الکترومغناطیسی را نمی‌توانیم تنها با استفاده از امواج توضیح دهیم. در واقع، امواج الکترومغناطیسی از خود رفتار دوگانه موج ذره نشان می‌دهند.

رفتار ذره‌گونه امواج الکترومغناطیسی به ما می‌گوید این امواج از ذراتی به نام فوتون تشکیل شده‌اند که می‌توانند پس از برخورد با اتم‌های سبک، الکترون‌هایی که پیون قوی با این اتم‌ها ندارند را از آن‌ها جدا کند. بنابراین، پس از انفجار عظیم هسته‌ای، فوتون‌های پرتوی گاما به اتم‌های نیتروژن و اکسیژن موجود در اتمسفر زمین برخورد می‌کنند. در اثر این برخورد، تعداد زیادی الکترون آزاد می‌شوند. در اثر برهم‌کنش الکترون‌های آزاد شده با میدان مغناطیسی زمین، جریان الکتریکی متناوبی ایجاد می‌شود. جریان الکتریکی تولید شده، میدان مغناطیسی بسیار قوی و این دو در کنار یکدیگر، پالس الکترومغناطیسی قوی ایجاد می‌کنند. این پالس، جریان الکتریکی بسیار قوی در مواد رسانا، القا می‌کند.

پرسش های جالب در مورد بمب الکترومغناطیسی

تا اینجا فهمیدیم بمب الکترومغناطیسی چیست. در ادامه به چند پرسش جالب در مورد بمب‌های الکترومغناطیسی پاسخ می‌دهیم.

آیا پالس الکترومغناطیسی ایجاد شده توسط بمب الکترومغناطیسی می‌تواند وسایل الکترونیکی را به صورت دائمی از کار بیندازد؟ 

پالس الکترومغناطیسی می‌تواند برخی وسایل الکترونیکی یا تمام آن‌ها را به صورت موقت یا دائمی از کار بیندازد. در اینجا باید به دو نکته توجه داشته باشیم:

1. وسیله الکترونیکی
2. شبکه توزیع برق

وسیله شما ممکن است برای مدت زمان کوتاهی کار کند، اما بدون شبکه توزیع برق، تا مدت زیادی نمی‌تواند دوام بیاورد. آسیب وارد شده به وسایل الکترونیکی به شدت پالس الکترومغناطیسی وابسته است.در نتیجه، اگر شبکه‌های توزیع برق آسیب جدی ندیده باشند، وسایل الکترونیکی پس از مدتی کار خواهند کرد.

چه وسایلی می‌توانند پس از برخورد پالس الکترومغناطیسی سالم بمانند؟

در نگاه نخست این‌گونه به نظر می‌رسد که پس از حمله با بمب الکترومغناطیسی، بسیاری از وسایل الکترونیکی یا همه آن‌ها از کار می‌افتند. اما برخی وسایل ممکن است از این حمله جان سالم به در ببرند:

• پنل‌های خورشیدی: پنل‌ها خورشیدی به طور حتم در اثر پالس الکترومغناطیسی آسیب خواهند دید، اما مقدار آن بسیار اندک است. پالس الکترومغناطیسی بر عملکرد و بازده سلول خورشیدی اثر می‌گذارد.
• دستگاه‌های غیرالکتریکی: پالس الکترومغناطیسی اثری روی دستگاه‌هایی مانند فرِ خورشیدی یا اجاق‌گازها ندارد.
• دستگاه‌های دستی: برخی وسایلِ دستی، مانند همزن، برای کار کردن نیازی به الکتریسیته ندارند. بنابراین، پالس الکترومغناطیسی نمی‌تواند به آن‌ها آسیبی وارد کند.

چگونه می‌توان از وسایل الکترونیکی در برابر پالس الکترومغناطیسی محافظت کرد؟ 

استفاده از بمب الکترومغناطیسی، چه در کوتاه‌مدت و چه در بلندمدت، اثرات جبران‌ناپذیری بر جا می‌گذارد. اما راه‌هایی وجود دارند که با استفاده از آن‌ها می‌توانیم از برخی لوازم الکترونیکی در برابر پالس الکترومغناطیسی محافظت کنیم. روش‌های ابتدایی برای محافظت در برابر پالس الکترومغناطیسی عبارت هستند از:

• استفاده از ورقه آلومینیومی: برای آن‌که وسایل الکترونیکی در اثر پالس الکترومغناطیسی آسیب نبینند، می‌توان آن‌ها را به طور کامل با ورقه آلومینیومی پوشاند. برای انجام این کار ابتدا وسیله الکترونیکی موردنظر را با لایه‌ای از پارچه و در ادامه با سه لایه ورقه آلومینیومی بپوشانید.

• استفاده از سطل فلزی دردار: با استفاده از سطل فلزی دردار می‌توانیم از وسایل الکتریکی خود در برابر پالس الکترومغناطیسی محافظت کنیم. برای انجام این کار ابتدا سطل فلزی با اندازه مناسب را برای وسایل خود انتخاب می‌کنیم. در ادامه، داخل سطل را با پارچه یا مقوا می‌پوشانیم. سپس، وسیله را داخل ظرف قرار می‌دهیم و در آن را با نوار چسبِ محکم می‌بندیم. شاید از خود بپرسید چرا سطل فلزی، زیرا فلز رسانای خوب، الکتریسیته است و می‌تواند میدان‌های الکترومغناطیسی را مسدود کند. با قرار دادن وسایل الکترونیکی داخل یک سطل فلزی دردار، محفظه فارادی موقت ایجاد می‌کنیم که می‌تواند از این وسایل در برابر پالس الکترومغناطیسی محافظت کند.
• قرار دادن وسایل الکترونیکی داخل ماکروویو: ماکروویوها در فرکانس ۲٫۴۵ گیگاهرتز کار می‌کنند. مایکروویوها لایه‌ای محافظ دارند که با استفاده از تابش غیریونیزه باعث جذب انرژی توسط غذا می‌شود. مولکول‌های آب با یکدیگر برهم‌کنش دارند و انرژی جنبشی را به صورت گرما آزاد می‌کنند. پنجره شیشه‌ای مایکروویو سوراخ‌های ریزی در صفحه فلزی دارد که می‌تواند مانند قفس فارادی عمل کند. این قفس، انرژی را در داخل دیواره‌های مایکروویو نگه می‌دارد. این کار نه‌تنها از شما در هنگام گرم کردن غذا، بلکه تا حدی نیز از وسایل الکترونیکی قرار گرفته داخل میکروویو در برابر پالس الکترومغناطیسی محافظت می‌کند.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس، فهمیدیم بمب الکترومغناطیسی چیست. این بمب با ایجاد پالس الکترومغناطیسی قوی، بر بسیاری از وسایل الکترونیکی تاثیر می‌گذارد و آن‌ها را از کار می‌اندازد. بمب الکترومغناطیسی به طور مستقیم جان افراد را نمی‌گیرد، اما تاثیرات استفاده از آن می‌تواند به حدی مخرب باشد که منجر به قحطی گسترده شود. راه‌کارهایی برای محافظت در برابر پالس الکترومغناطیسی وجود دارند، اما کافی نیستند.