核电磁脉冲
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2023年3月16日发(作者：什么让我着迷)核驱动电磁脉冲原理
电磁脉冲的频率
一次核爆炸所释放出来的能量中，约有百万分之一为电磁脉冲。他所包括
的频率从几百赫兹到几百兆赫。
电磁脉冲的强度
核爆电磁脉冲产生的电磁场强度在50000V/m这一数量级上，以下是核爆EMP
的强度和雷达与通讯设备电磁场强度的比较：
电磁源强度（V/m）
电磁脉冲50000
雷达200
通信设备10
电磁脉冲的性质
电磁脉冲的波形很特殊，它上升急遽，形成一个比闪电波形还要陡峭的
前沿；旗下降虽不像上升那样陡，但仍然比闪电陡。因此他幅度大、持
续时间短。电磁脉冲的性质像核武器其它效应一样与武器当量、距离及
炸高有关。关于炸高，需考虑两种不同的情况，其一是大气层内的爆炸
，一般经常是当量在几百千顿以下的武器。这类核武器的最佳炸高较低
或常用于地面爆炸，其目的主要是通过其非常明显的、强烈的作用使目
标遭到破坏。这种爆炸被称为内大气层爆炸，亦即在大气层里爆炸，所
产生的电磁脉冲影响范围相当狭小。
第二种电磁脉冲影响力要比第一种大的多了，他由外大气层核爆产生，
爆炸高度能达到100km以上，当量也在百万吨的范围以上。这种爆炸被
称为外大气层爆炸，其产生的电磁脉冲所覆盖的面积可达几千平方公里
，对通信和预警系统造成的威胁最大。
1.内大气层电磁脉冲
内大气层电磁脉冲一般是在核爆的百分之几秒的瞬间，由γ射线的光子
与大气分子进行碰撞而产生的。第一阶段是γ射线光子与大气分子进行
碰撞时，碰撞出的电子以接近光速的速度远离爆心，留下带正电的空气
分子。电贺的分离在近距离范围内产生了一个每米几十万伏特的强电场
和一个每米几千安培的伴生磁场。电场的强度与方向取决于几种因素，
若大气与辐射是均匀的，则电子与正离子的分布也同样是均匀的，因而
将不会有脉冲发生。然而地面、空气密度梯度的存在以及光子非均匀的
辐射等综合不平衡性，导致最终产生出一个与电场方向垂直的脉冲。
在第二阶段中，在电子与正离子静电引力的作用下，电子先是停止远离
，然后便被吸引回爆心，这就导致电场强度下降约90％。这一阶段持续
约几百微秒，最后以正离子与电子的重新结合而告终。
最后电子移向爆心的时候，某些电子由于和中性氧分子结合而活动能力
降低。这些负离子与剩下的正离子构成一个震荡等离子区，放出低频辐
射达几毫秒时间，这就是产生长「尾」的脉冲相，如下图：
注：本图采用对数尺标
||~100'skVm^-1
电|**
场|**
kVm^-1|**
|**
|**
|**|~10'skVm^
-1|
|*************
***********
|*
*
|*
*
|*
*
|
*
*
|*
*
--------------------------------------------------------
------->
|||
||
时间
{~ns}~
0.1μs~100μs~1ms
此图显示了内大气层电磁脉冲的四个主要特点，他们是：
几纳秒的上升时间（1ns=10^-9s），频率达几百兆赫。
一个几百kVm^-1峰值静电电场
一个持续几百微秒的10kVm^-1的平电场
一个一直延续到1ms的长尾
脉冲之能量密度大约是1kJm^-2，其中大部分即90%以上在0.1至10kHz段
2.外大气层核爆电磁脉冲
顾名思义，外大气层核爆代表发生在地球外大气层上的高空爆炸。由这种
爆炸产生的电磁脉冲在性质上与内大气层爆炸所产生的电磁脉冲不同。当
核爆发生后，放出的γ射线之光子进入大气层，接着在20~40km高空被大
气层分子所吸收。由这种吸引而产生的电子受地球磁场作用而偏转后，环
绕磁力线作螺旋状运动。偏转运动使电子辐射电磁能。辐射在高空中产生
，因此能覆盖地球表面积大约数千平方英里的地区的各个点上。
外大气层电磁脉冲场强度自爆心投影点起向外几百公里范围内与距离无关
，因此其效应威吓性极大。其脉冲波形类似大气内核爆之图形，但无平电
场与长尾。脉冲上升时间仅有几纳秒，峰值电场强度达几时kVm^-1，整个
脉冲持续时间只有10^-7s，比内大气层脉冲短许多。
该脉冲的能量密度在1Jm^-2范围内，比内大气层脉冲的能量密度小许多。
90%的能量落在10^5至10^7Hz区域内，此点与内大气层脉冲的情况不同。
后者的高密度区发生在10^2~10^4Hz之间。
电磁脉冲的破坏效应
电磁脉冲产生的高强电场可以使电子装备受到永久性或暂时性的损伤，同
样还能使电缆绝缘失效并直接伤害信号设备。而由这些过大的感生电压所
引起的继电器与断路器断电以及磁性储存器失灵等故障则能使计算器和数
据连结系统发生问题。设备中最容易受到损伤的是磁性储存器和逻辑原件
以及半导体器件。
易受破坏器材的类型有：包括晶体管及集成电路在内的有源电子装置，低
功率或低频额定电压的无源电器、电子部件；半导体二极管和硅整流器等
，特别是连接在长电缆线路中的这类器件。易受干扰的装置有：CPU磁心储
存器之累的储存单元以及导向与控制系统。烧毁能为10^-9至10^-2焦耳的
装置最易受到损伤。
所接收的能量和因此所遭受的损伤决定于无线电系统的有效面积与频带宽
度。工作在中频（MF）至超高频（UHF）范围的宽频通信系统可能受到严重
损伤。工作在S和X频带的雷达系统由于天线较小，电磁脉冲能量密度在该
区也较低，因此受损伤的可能性也较小。电磁脉冲的一个极特殊的危害则
是有点燃石油蒸汽、推进剂和炸药的危险。高电场强可以点燃大量石油溢
出的蒸汽或是在发火线路中产生电流而引起不堪设想的后果。
电磁脉冲的防护措施
问题
电磁脉冲胜生时间很短，而他的频谱却比闪电还要宽。因此，设备对于电
磁脉冲的防护十分困难。闪电会放出先导闪流，这做为未来主电击的预警
，因此可利用他来激活某些型式的防护措施，但要依样设计一个电磁脉冲
早期警报系统却不容易。
危害
一旦装备内部进入了电磁脉冲，就难免受到损害。电磁脉冲电场与易损伤
设备之间的耦合主原是缺乏屏蔽和焊接的毛病。当门或开口敞开或者虽未
敞开，但绝缘密封损坏或未加绝缘密封时，就形成缺少屏蔽的现象。电缆
和器件的焊接毛病和连接不好同样加大损伤的可能性并曾大其损伤强度。
较长的输入线缆和连接若干设备原件之大的回路特别容易受到损害。很多
军队的高级司令部都有自己的无线电中心，这种中心内遍布长长的无线电
电线、发电机电线以及远距离天线连接线，尚不涉及远距离送受话机，这
就已构成对其造成永久性破坏或暂时性干扰的巨大危险。
指挥车辆有很多较长的接地线和天线导线，它们却通过一些孔隙进入指挥
车中，这些导线同样给电磁脉冲提供了一条干扰通信联络的途径。以上述
相同的方式，电磁脉冲同样可以使计算器储存器失灵，使数据传输混乱。
这种破坏可以由战场上的一系列战术核攻击或是一个几Mt当量高空核爆炸
所引起的广泛区域的伤害所造成。有许多措施能对付电磁脉冲效应，但这
些都属常规预防和技术预防。
常规预防：
在第一种情况下，假定对我们自己的核攻击给予适当报警的话，就可以采
用一些能大大降低损失的简单措施。在接到报警时，经将天线收回或与装
备断路，放有易损设备的车辆和建筑应将门窗及一切孔隙关闭。这些措施
可在爆炸前几分钟采取，爆后一分钟左右再恢复原样。这对于保存设备来
说大有好处。极易损伤的设备如指挥、控制、计算器和数据中心等在收到
警报后应该关闭，切断电源。甚至早在收到警报之前，只要细心设计安排
，尽量缩短连接线路长度，避免导线绕环，也能降低他们作为接收电磁脉
冲天线而带来的损害。细心连接电源和传输导线，防止在通信中心产生蛛
网效应，同样有助于避免电磁脉冲的伤害。
有限制导的反战车飞弹在飞行中极易受到电磁脉冲的干扰破坏，并可能因
此偏离目标与毁坏。当然，与发射器可能受到的损害相比，损失一枚飞弹
算不了什么。下面在论述预防电磁脉冲的医些技术问题。
技术防护（加固）
现在，电磁脉冲已为众所皆知，军事装备及其它设备的设计者们已考虑到
它的危害。通过良好的设计和选择使用具有抵抗电磁脉冲性能的组件，完
全可以生产出我们称之为「抗电磁脉冲加固设备」的电子装备。能在陡脉
冲上升初始阶段断路的快速开关和在天线与接收器输入端之间设计的滤波
器这两种器件都能大大减轻电磁脉冲损伤的程度。电磁脉冲加固领域的实
验和研究一直在进行。使用光纤进行通信和传输数据的概念已经提出。虽
然光纤不受电磁脉冲影响，但却会受到核辐射的干扰和破坏。这就还需要
进一步研究抗核辐射加固的问题。通过采取这些预防措施和加固设备，即
使在无预警的情况下遭受核攻击，其后果也将比毫无防御好的多。
大气层电离
大气层核爆造成的大气电离极其影响是一个复杂的过程。他引起大气电离
层变化，其效应类似于太阳磁爆引起的电离层变化。火球与核辐射可使自
然大气层电离发生变化，干扰电磁波的传播。与其它核效应依样，这种效
应的强度和持续时间也受到核爆炸当量与炸高的影响。
雷达和无线电通信可能在短时间或长时间内中断，例如一个炸高为60km的核
爆可以在一广泛地区内使短波通信遭到干扰达几个小时。无线电通信是靠发
射出的电波在大气中传播，发射出的电波根据其频率不同，通过所谓的「地
波」或「天波」中的一种路径传播。地波（表面波）只传播低频电波，而天
波则是被电离层反射回地面他主要传播高频波，极高频与超高频波能穿透电
离层，电离层受到的干扰堆者种几乎是直线传播的通信方法没有任何影响。
大气电离对通信的影响表列如下：
波段频率范围波长范围影响
--------------------------------------------------------
极低频3-30kHz10^5-10^4m很小
低频30-300kHz10^4-10^3m大幅削弱天波，但
对表面波无影响
中频300-3000kHz10^3-10^2m大幅削弱天波，但对
表面波无影响
高频3-30MHz10^2-10^1m最易受影响
极高频30-300MHz10^1-10^0m由于电离层增加，有
时传播会加强
超高频300-3000MHz10^0-10^-1m几乎无影响
雷达3000-10000MHz10^-1-10^-3m削减或折射
在战争中，电磁脉冲和大气电离这两种情况中，前者的危害性较大。但是战
场上的普通与技术加固将可以使设备得到保护。
高能微波电磁脉冲武器
摘要：介绍了高功率微波武器的特点，简要说明了高能微波电磁脉冲的形成过
程。叙述了在现代战争中应用的领域，并谈及我国发展该武器的紧迫性。
关键词：高能；微波；电磁脉冲；电子设备；武器
1引言
在高科技条件下，现代战争是一场夺取信息控制权的信息战争，准确、有效
地打击对方的信息中心，是取得战争胜利的关键。高能微波电磁脉冲武器正是为
这一目的设计出来的。世界上一些发达的国家如美、英都相继开展了这方面的
研制工作，并取得了较好的效果。该武器主要是利用大功率的微波脉冲能量，对
通讯、雷达、计算机网络、电力系统等电子系统内的关键电子元器件进行“软”
或“硬”的杀伤，从而使整个系统失去作战能力，达到控制对方的目的。据有关
报道称，1999年3月24日北约对南联盟的空袭作战中，美国就使用了该武器，
催毁南联盟的军用电子系统，使其处于被动挨打的境地。他们主要利用管道、电
缆让电磁脉冲武器攻击深埋在地下的各种设施的电子系统，达到战争胜利的目
的。
2核爆炸的启示
据有关资料介绍，1958年美国在太平洋上空400km处进行了当量为140万
吨的核爆炸，但出乎人们预料的是，远在1400km以外的夏威夷群岛却出现了
许多意想不到的情况：发电厂被破坏；街灯同时熄灭；所有的报警器响彻一片；
高压输电线的避雷装置全部被烧毁；水塔的自动供水系统失灵。在后来进行核
试验的时候都出现了同样的情况，这一切引起了美国政府和军方的高度重视。经
过大量的研究发现：高空核爆炸时释放的γ射线同大气作用，可衍生出巨大的
电子流，在地磁场的作用下能产生场强高达10kV／m的电磁脉冲，其脉冲宽度
为几十纳秒到几百纳秒，频率在吉赫量级。
这个极强的电磁脉冲将在地面各种导线上产生几千伏的电压脉冲，并沿着电
子设备的引线进入电子设备内部，使其集成电路、半导体器件、电脑芯片毁坏，
从而使各电子设备失去功能。
3高能微波电磁脉冲武器
由于采用核爆炸来产生高功率脉冲毕竟是核武器，势必带来很大的污染，尤
其在各国之间都签定限制核武器的使用条约时，在战争中使用也必定会受到其他
国家的强烈谴责。因此一些发达国家已经将重点放在研制常规的电磁脉冲武器
上，现已经能投入实战的就有电磁脉冲弹。
3．1电磁脉冲的概念
“电磁脉冲”一词一是来源于大自然的闪电，在闪电过程中形成亮光的附近
就出现瞬变的电磁场，其形是来源于“核电磁脉冲”。当原子弹、氢弹爆炸的时
候，其放射线能使空气电离、产生康普敦电流，由于产生一个强大的瞬变电磁
场，在一定距离上，使一些电子设备中会感应出一个比较强的浪涌电压和电流，
这个浪涌信号在一些缺乏足够防护能力的电子器件上会造成紊乱，使其性能下
降甚至出现毁伤现象；三是高能微波技术，就是利用相对论电子器件辐射出各个
无线电波段上的巨大量级的射频脉冲信号，也能够在远方目标上产生一个瞬变
的强大的电磁场脉冲，因此高能微波射频脉冲也可以称其为电磁脉冲的一种形
式，他和常规雷达的信号波形在本质上基本相同，因此更适合于对敌方的电子
设备的军事打击。
3．2高能微波电磁脉冲产生的原理
实用的高能微波电磁脉冲源大都是采用微波虚阴极振荡器，其原理结构如图
1所示。
虚阴极振荡器的基本原理是：栅网阴极加速强流电子束，使许多电子通过
阴极网，在阴极后面形成一个空间电荷“泡”，称为虚阴极。在适当的条件下，
虚阴极将后来的电子反射回去，形成电子在阴极与虚阴极之间来回振荡而产生
微波。如果使这个空间电荷区位于适当调谐的谐振腔中就能达到很高的峰值功
率，一般功率在0．1～40GW，频率在分米波段和厘米波段，微波功率通过天线
辐射到空间。
要使虚阴振荡器工作，需要一个强流电子束来激励，这个电子束的峰值电流
值高达几十兆安培。强电子束将由爆炸激励磁能量压缩发生器来产生，高能微波
武器有2级磁通量压缩发生器。第1级产生爆炸的启动电流，当爆炸启动后，
爆炸将使电枢管膨胀变形，使之与线圈形成短路，将会压缩电磁场并减少线圈的
电感，使线圈中的电流直线上升，直到发生器崩溃为止，电流上升时间为数十
纳秒，峰值电流为几百兆安培，于是就产生巨大的电磁脉冲。
4高能微波电磁脉冲武器的应用
在军事用途中，通常使用投掷方式，将电磁脉冲发生器运送到敌人阵地上，
构成对敌人电子设备的毁伤性威胁。据美国的新闻报道，美军正研制能够用巡航
导弹运载的电磁脉冲弹头以便对目标进行远程精确的打击，并在海湾战争和科
索沃战争中都曾经使用过试验性的弹头。下面介绍高能微波电磁脉冲武器在战场
中常用的几个方面。
4．1高能微波电磁脉冲武器对舰载电子设备攻击
在现代使用的舰艇上，各类电子设备云集。舰艇上有通信导航系统、警戒雷
达和火控雷达系统、各种武器控制系统、自己电子对抗系统及整个作战指挥系统。
由于这些电子系统的云集给电磁脉冲武器提供了极好的机会。如果采用巡航导
弹或机载脉冲弹，对舰艇进行电磁攻击，则可大量的破坏舰艇上的电子设备，从
而使舰艇失去进攻和防御能力，必定处于被动挨打的困境之中。
4．2高能微波电磁脉冲武器攻击发电厂
发电厂是产生电力的场所，他有许多电子设备对电厂各发电设备状况进行监
控，电厂有很多输电网络，整个输电网络连接各种军用和民用设施，利用巡航导
弹或飞机投掷高能微波武器。其一可以破坏发电厂中的电子设备，使发电厂无
法正常工作；其二高能微波电磁脉冲武器所产生的强大电流通过电网传送出去，
在很大程度上能破坏在该电网上用电的设备，使很大范围内的各种设备失去正
常工作，达到抑制对方的目的。
4．3用高能微波电磁脉冲武器攻击对方机场
在现代战争中夺取制空权是赢得战争胜利的关键，对敌方机场进行有效攻击
是压制敌方空中力量的重要措施。一般来说，军用机场都不太大，但都集中部署
了各种雷达，不同频段的通信设备、导航系统、供油自动控制系统以及机场状
态安全监控系统的防护能力也较弱，受到强的电磁脉冲攻击也很容易失效。在机
场中往往都停放很多未飞行的飞机，这些飞机受到强电磁脉冲的攻击也会失去
正常工作能力。因此用高功率微波武器实行对敌方机场的攻击也是消除制空权的
有效措施。
4．4利用定向瞄准式高能微波电磁脉冲武器攻击来犯的敌机
利用高能量的电磁脉冲发射装置制作成跟踪雷达的发射系统就可以有效地
跟踪远区入侵的敌机。该发射装置也产生巨大的电磁能量，但和高能微波弹武器
5有着不同之处，该发射装置发出的电磁能量通过一个聚能天线发射出去，他具
有一定的方向性，因此可以在较远的距离上跟踪敌方的飞机直至摧毁飞机的电子
设备，使飞机失去战斗力甚至坠毁，达到抑制对方的目的。该种定向瞄准式高
能微波电磁脉冲武器主要用来防御入侵的空中目标。
5高能微波电磁脉冲武器的忧与患
在战争中，利用高能微波电磁脉冲武器进攻和防御都能取得极其明显的效
果，他能破坏对方的信息中心，使依赖电子系统的设备瘫痪，他能使强的电磁波
段通过各种设备的天线和小孔进入，使其设备损坏，丧失其应有的功能，赢得战
争的初步胜利。
另一方面我们也面临受高能微波电磁脉冲武器袭击的威胁，对电磁脉冲的防
御已成为当务之急，只有认真的对我国在战争时期可能遭受的电子系统做好认真
的电磁加固防范工作，再要加强研制我们的武器系统，加强我军的建设，使敌方
无可乘之机。
6结语
利用高能微波电磁脉冲武器可以有效地抑制对方，使对方的电子设备失效从
而取得战争的主动权，在不同的场合使用不同形式的高能微波电磁脉冲武器，都
能达到破坏对方电子设备的目的。在现阶段情况下我国不但要加紧研制自己的
高能微波电磁脉冲武器系统，同时要加强对高能微波电磁脉冲武器的防御能力，
才能使我国在现代战争的进攻和防御方面掌握主动权，取得现代战争的胜利。
参考文献
［1］CarloKopp．电磁脉冲波炸弹［J］．尖端科技，1999（8）．
［2］张兴华．高功率微波弹原理及其应用［J］．中国人民解放军电子工程学
院学报，2001（6）．
［3］晶晶译．电磁脉冲武器［J］．军事电子信息，2002（6）．