【正文】 核電磁脈沖的頻率范圍寬 （ 幾 ~100MHz） 。 核電磁脈沖的電場變化迅速 ， 在 ～ 。 核電磁脈沖的電場強(qiáng)度在幾公里范圍內(nèi)可達(dá)1～ 10萬 V／ m。 關(guān)于高空和低空的劃分 : 20公里 稠密的大氣層 2040公里 稀薄的大氣層 40公里 基本沒有空氣 20公里以下的爆炸定義為低空爆炸 40公里以上的爆炸定義為高空爆炸（大氣層外的爆炸） 核爆電磁脈沖武器 100 km 30 km 大氣層 伽馬射線 康普頓效應(yīng) * 自由電子 * NEMP NEMP 伽馬射線 Earth field 高空核磁暴 3000 km 4 應(yīng) 用 軍事、武器 美國鷹派智庫傳統(tǒng)基金會 2022年 3月 30日發(fā)布警告：“核爆產(chǎn)生的電磁脈沖將會帶來大范圍的破壞，摧毀美國的經(jīng)濟(jì)，秒殺死上百萬美國人。 低空核爆炸 ：電磁脈沖效應(yīng)非主要破壞效應(yīng)。后果是破壞電子設(shè)備，比如敵方的通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)、指揮系統(tǒng)電力網(wǎng)等，但毫不傷害人。即使是一顆普通的氫彈，如果采用高空爆炸的方式，以電磁脈沖形式釋放的能量在此次爆炸能量中占的份額也將比大氣層內(nèi)的核爆炸提高幾個數(shù)量級。 ? 1963年 7月 9日，美 國在太平洋的約翰斯頓島上空 40km處進(jìn)行空爆核試驗(yàn)后，距約翰斯頓島1400km之遙的檀香山卻陷入一片混亂 。當(dāng)這種電磁脈沖通過天線或天線等效體進(jìn)入毫無防備的電子設(shè)備，會在一瞬間造成雷達(dá)迷盲、通信中斷、計(jì)算機(jī)失控，使指揮控制系統(tǒng)的電子部件遭到極大破壞。這是一種以增強(qiáng)電磁脈沖效應(yīng)為主要特征的新型核武器。 電磁脈沖武器分為 核電磁脈沖武器和非核電磁脈沖武器 。 非核電磁脈沖彈 是利用炸藥爆炸壓縮磁通量的方法產(chǎn)生高功率電磁脈沖的電磁脈沖武器，目前已有國家裝備了這種武器。由于粒子在高壓電場中受到靜電力較大，亞微米顆粒也能有效脫除，除塵效率高。 靜電除塵 主電路主要由交流電抗器、三相整流橋、濾波電容、 IGBT全橋逆變電路、高頻升壓變壓器、高壓整流硅堆組成。電暈放電產(chǎn)生的電子能量大小在 510eV。電壓繼續(xù)升高時，出現(xiàn)流注放電，并可導(dǎo)致間隙擊穿。當(dāng)負(fù)流注放電得以繼續(xù)發(fā)展到對面電極時，即導(dǎo)致火花放電，使整個間隙擊穿。若電壓繼續(xù)升高，電暈電流的脈沖頻率增加、幅值增大，轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)輝光放電。 負(fù)極性電暈 放電 ： 當(dāng)電子引起碰撞電離后，電子被驅(qū)往遠(yuǎn)離尖端電極的空間，并形成 負(fù)離子 ，在靠近電極表面則聚集起正離子。 核聚變電站 4 應(yīng) 用 工業(yè)生產(chǎn) 核聚變電站 4 應(yīng) 用 工業(yè)生產(chǎn) 4 應(yīng) 用 工業(yè)生產(chǎn) 核聚變電站 核聚變點(diǎn)火過程 water disinfection 等離子體進(jìn)行水的消毒滅菌 4 應(yīng) 用 脈沖電暈放電 減排 SO2和 NOx 脈沖電暈放電方法 用于 從各種氣流中去除 SO2和NOx。與核裂變相比，核聚變所產(chǎn)生的能量更加清潔、安全、高效，其能量來源也更為豐富。 在核聚變反應(yīng)堆中，氫原子發(fā)生聚變，進(jìn)而形成氦原子、中子，并釋放巨大的能量。 ?產(chǎn)生強(qiáng)電脈沖效應(yīng)，包括強(qiáng)磁場、強(qiáng)電場、電磁炮、內(nèi)爆等離子體、等離子體焦點(diǎn)、脈沖電暈放電（非熱等離子體）和聲擊波等。 ?產(chǎn)生強(qiáng)流粒子束，包括電子束、離子束和中子源。 感應(yīng)直線加速二極管： 天鵝絨布做的冷陰極反射體，發(fā)射理論： 1）爆炸等離子體發(fā)射； 2）基于真空 絕緣體 金屬電極三結(jié)界點(diǎn)的預(yù)擊穿電子發(fā)射。 微波二極管： 用于高功率微波和自由電子激光，產(chǎn)生空心薄層環(huán)形電子束，順著外磁場的磁力線，由二極管進(jìn)入真空漂移管。 等離子體輻射源二極管： 模擬核爆效應(yīng)的 γ 射線效應(yīng) 離子二極管 ：慣性約束聚變。 輻照二極管： 提供強(qiáng) γ 射線輻射源，模擬核爆效應(yīng)。 脈沖成形系統(tǒng) 幾種常見開關(guān)的主要參數(shù)比較 脈沖成形系統(tǒng) 真空二極管：是高電壓、低電感的傳輸線負(fù)載 二極管 必須考慮脈沖傳輸 成形線與二極管之間的匹配問題 在外加強(qiáng)電場作用下，金屬晶須爆炸形成陰極等離子體，并且高密度強(qiáng)電子束經(jīng)陰極等離子體發(fā)射而產(chǎn)生。因此，開關(guān)元件的擊穿現(xiàn)象和開關(guān)電極上的放電物理過程均十分復(fù)雜。 分 類： ?脈沖傳輸 成形線及其倍壓器 ?脈沖功率變壓器 ?大功率開關(guān)技術(shù) 脈沖傳輸 成形線及其倍壓器 一種串級脈沖變壓器 脈沖成形系統(tǒng) 開關(guān)元件的參數(shù)和特性對脈沖的上升時間、幅值等產(chǎn)生最直接、最敏感的影響 , 因此開關(guān)元件在脈沖功率系統(tǒng)中占有特殊的地位。 由于 化學(xué)燃料 ，尤其是含能材料，具有很高的儲能密度（例如高能炸藥為 4~6 MJ/kg），又能快速脈沖地釋放和轉(zhuǎn)換成電脈沖，所以現(xiàn)代脈沖功率技術(shù)常采用化學(xué)能的脈沖發(fā)電裝置，例如高儲能密度的電化學(xué)電源（含太陽能光伏電池對蓄電池充電）。 脈沖發(fā)生裝置 美國研發(fā)的脈沖交流發(fā)電機(jī) 產(chǎn)生短時高電壓、大 電流 或大功率脈沖的發(fā)電機(jī)。然后，突然轉(zhuǎn)接到脈沖發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上，產(chǎn)生電脈沖輸出，飛輪因釋能而被減速或停轉(zhuǎn)。 觸發(fā)電阻除要考慮自身功率和相應(yīng)電容器常數(shù)外，還要限制觸發(fā)電流以保護(hù)觸發(fā)器。 在功率不大的情況下，總儲能很小，開關(guān)數(shù)量很少時，可以使用繞線式電阻器。 Marx發(fā)生器的零部件 電阻器 ? 水電阻 ：功率容量大，阻值范圍大，柔韌性好，適應(yīng)性強(qiáng)。 靜態(tài)性能穩(wěn)定是指開關(guān)在耐受直流高壓期間不易發(fā)生自放電，并且擊穿特性（擊穿電壓和工作氣體壓強(qiáng)及間隙長度的關(guān)系）不易隨放電次數(shù)的增加而發(fā)生明顯變化。基本要求是電感小、性能穩(wěn)定、壽命長。 Marx發(fā)生器的零部件 脈沖發(fā)生裝置 Marx發(fā)生器的零部件 脈沖發(fā)生裝置 ?火花開關(guān) 氣體火花開關(guān)還可以利用激光、 X光、電子束等進(jìn)行觸發(fā)， Marx發(fā)生器的氣體火花開關(guān)通常都是電觸發(fā)的。 Marx發(fā)生器的零部件 脈沖發(fā)生裝置 ?火花開關(guān) 兩電極開關(guān)：簡單的氣體火花開關(guān)是一種兩電極放電部件，利用絕緣容器在電極之間充壓縮氣體（空氣、氮?dú)?、六氟化硫等）以提高工作電壓，甚至直接暴露于大氣中，開關(guān)先承受一定的高電壓而呈現(xiàn)絕緣（高阻抗）狀態(tài)，然后氣體擊穿形成等離子體傳導(dǎo)通道而接通電路。 脈沖發(fā)生裝置 單級沖擊電壓發(fā)生器 脈沖發(fā)生裝置 經(jīng)典 Marx發(fā)生器 脈沖發(fā)生裝置 多級發(fā)生器工作原理 (電容器并聯(lián)充電、串聯(lián)放電 ) 試品得到多大電壓？ 脈沖發(fā)生裝置 全電感隔離型 Marx發(fā)生器 ?電容器 ?火花開關(guān) ?電阻 ?連接導(dǎo)體 ?觸發(fā)方式 ?變壓器油 ?絕緣 脈沖發(fā)生裝置 Marx發(fā)生器的零部件 ?電容器 合成油浸漬 聚丙烯薄膜絕緣型電容器，具有較好的耐沖擊電流性能，其儲能密度達(dá) ，單只電容器（ KJ量級）的總電感可低達(dá) 1030nH。 應(yīng)用： 近代同步加速器，托卡馬克聚變裝置，等離子體 θ箍縮，大型風(fēng)洞裝置，大截面金屬對頭焊接，加熱鋼坯，泵浦大功率激光，作重復(fù)發(fā)射的粒子束武器的電源和電磁發(fā)射器的電源，燒結(jié)金屬粉末，電磁噴涂，模擬地震脈沖，脈沖金屬成型等。 一般使用較小功率的拖動機(jī)構(gòu)，以相對長的時間把一定質(zhì)量的轉(zhuǎn)子或飛輪慢慢地加速使其轉(zhuǎn)動起來，儲存足夠的動能，然后 利用轉(zhuǎn)動慣性脈沖地驅(qū)動合適的發(fā)電設(shè)備 ，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電磁能 法拉第電磁感應(yīng)定律。 脈沖發(fā)生裝置 圖（ a）裝置 圖（ b）等效電路 武漢大學(xué)研制的中國首臺 400kV 電感儲能型閃光 X 射線機(jī) 慣性儲能是依靠 物體運(yùn)動 來儲存能量的方法。但目前技術(shù)不夠成熟。 ?現(xiàn)在世界上脈沖功率正向著更高功率（ 500~1000TW）、更高電壓（ 107V）、更大電流（ 107A）和高重復(fù)頻率方向發(fā)展。 ?第三階段是激光開關(guān)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多臺加速器并聯(lián)運(yùn)行，脈沖功率達(dá)到 100TW。 2 發(fā) 展 各國典型脈沖功率裝置的性能比較 2 發(fā) 展 幾次重大突破 ?首先是 Blumlien傳輸線的應(yīng)用，建成脈沖功率達(dá)到 TW量級的強(qiáng)流相對論電子束加速器。 國內(nèi)已有 20 多臺的 Marx裝置在運(yùn)行，居首者是 1979 年西南工程物理研究院建成的“閃光 I 號”裝置 。 2 發(fā) 展 我國脈沖功率技術(shù)及其應(yīng)用的研究是從 20世紀(jì) 70年代末開始的。 日本的脈沖功率技術(shù)主要應(yīng)用于強(qiáng)流粒子束加速器，特別重視輕離子的慣性約束聚變。 1986年 Sandia實(shí)驗(yàn)室又建成了 FBFA2II ,是世界上第 1個闖過 100TW 大關(guān)的裝置。 1967 年在 Sandia 實(shí)驗(yàn)室建成的 Hermes2I為當(dāng)時最大的脈沖功率裝置 。 2 發(fā) 展 脈沖功率發(fā)展里程碑 ? 1962年， 英國 AWRC, . Martin， 發(fā)展了 Marx+Blumlein， ns量級 ? 1967年， USA, Sandia， 高功率粒子束， 10MV,100KA,80ns ? 1972年， USA, Hary Diamond 實(shí)驗(yàn)室， AURORA,14MV, ,120ns ? 1978 年， USA, Sandia， PBFAI , Fusion, 30TV, 1MJ ? 1986年 , USA, PBFAII, 12MV, , 40ns, 1014 W