النبضات الكهرومغناطيسية: كيفية مقاومة النبضات الكهرومغناطيسية للمبنى

هذا العام الشمس سوف تصل إلى الحد الأقصى للطاقة الشمسيةوهي فترة ذروة النشاط المغناطيسي التي تحدث تقريبًا مرة كل 11 عامًا. وهذا يعني المزيد من البقع الشمسية والعواصف الشمسية الشديدة بشكل متكرر. هنا على الأرض، يؤدي ذلك إلى نشاط شفقي جميل، ولكن أيضًا عواصف مغناطيسية أرضية وتهديد النبضات الكهرومغناطيسية (EMPs)، والتي يمكن أن تسبب أضرارًا واسعة النطاق للمعدات الإلكترونية وأنظمة الاتصالات.

والشمس ليست المصدر الوحيد للنبضات الكهرومغناطيسية. مولدات EMP من صنع الإنسان يمكن استخدامها على الشاحنات أو الطائرات كأسلحة تكتيكية للضرب طائرات بدون طيار, الأقمار الصناعية، والبنية التحتية. والأخطر من ذلك هو أن السلاح النووي الذي ينفجر على ارتفاع عالٍ يمكن أن يؤدي، من بين تأثيراته الأكثر كارثية، إلى انفجار كهرومغناطيسي واسع النطاق. IEEE الطيفتحدث مع ييلو ليو، الذي كان البحث في النبضات الكهرومغناطيسية في مختبر أوك ريدج الوطني بولاية تينيسي، حول التأثيرات المحتملة لهذه الظاهرة على شبكات الطاقة والأجهزة الإلكترونية الأخرى.

ما هي الاختلافات بين الأنواع المختلفة من النبضات الكهرومغناطيسية؟

ييلو ليو: إن انفجارًا نوويًا على ارتفاع أعلى من 30 كيلومترًا من شأنه أن يولد طاقة كهرومغناطيسية ذات طيف أوسع بكثير من تلك الناتجة عن سلاح على مستوى الأرض أو عاصفة مغناطيسية أرضية، وسوف يصل على ثلاث مراحل. يأتي أولاً E1، وهو نبض قوي يصدر موجات عالية التردد سريعة جدًا. المرحلة الثانية، E2، تنتج تيارًا مشابهًا لتيار الصاعقة. المرحلة الثالثة، E3، تأتي بموجة بطيئة ومتغيرة، تشبه التيار المباشر نوعًا ما [DC]، يمكن أن يستمر عدة دقائق. من المحتمل أن يتم تصميم سلاح كهرومغناطيسي على مستوى الأرض لإصدار موجات عالية التردد مماثلة لتلك التي ينتجها E1. تنتج الاضطرابات المغناطيسية الشمسية شكلًا موجيًا بطيئًا ومتغيرًا مشابهًا لموجة E3.

كيف تدمر النبضات الكهرومغناطيسية شبكات الكهرباء والمعدات الإلكترونية؟

ليو: تستحث المرحلة E1 التيار في الموصلات التي تنتقل إلى الدوائر الإلكترونية الحساسة، مما يؤدي إلى تدميرها أو التسبب في حدوث أعطال. نحن لا نقلق كثيرًا بشأن E2 لأنه يشبه البرق، والشبكات محمية ضد ذلك. تقوم المرحلة E3 والنبضات الكهرومغناطيسية الشمسية بحقن تيار أجنبي يشبه التيار المستمر في خطوط النقل، مما يؤدي إلى تشبع المحولات، مما يسبب الكثير من التيارات عالية التردد التي أدت إلى انقطاع التيار الكهربائي.

كيف يمكنك دراسة تأثيرات النبضات الكهرومغناطيسية دون توليدها؟

ليو: قمنا بقياس انتشار الموجات الكهرومغناطيسية منخفضة المستوى من البث الإذاعي إلى مبنى. أردنا أن نعرف ما إذا كانت الهياكل المادية، مثل المباني، يمكن أن تعمل كمرشح، لذلك قمنا بقياس إشارات الراديو داخل وخارج محطة الطاقة الكهرومائية والمباني الأخرى لمعرفة مقدار الإشارات التي تدخل إلى الداخل. ثم قامت نماذجنا الحاسوبية بتضخيم القياسات لمحاكاة كيفية تأثير النبضات الكهرومغناطيسية على المعدات.

ماذا تعلمت عن حماية المباني من الأضرار الناجمة عن النبضات الكهرومغناطيسية؟

ليو: عند تشييد المباني، استخدم بالتأكيد حديد التسليح في الخرسانة. إنه فعال جدًا كدرع ضد الموجات الكهرومغناطيسية. تعتبر النوافذ الكبيرة بمثابة نقاط دخول، لذا لا تضع بالقرب منها دوائر تحكم غير محمية. وإذا كانت هناك كابلات تدخل إلى المبنى تحمل الطاقة أو الاتصالات، فتأكد من أنها محمية جيدًا؛ وإلا فإنها سوف تعمل مثل الهوائيات.

هل تسببت النبضات الكهرومغناطيسية الشمسية في أضرار في الماضي؟

ليو: وكان الحدث الأخير الأكثر تدميرا في كيبيك عام 1989، مما أدى إلى انقطاع التيار الكهربائي. بمجرد تشبع المحول، فإن التيار المتدفق إلى الشبكة لم يعد مجرد 60 هرتز، بل مضاعفات 60 هرتز، مما يؤدي إلى تعطيل المكثفات، ثم ينهار الجهد وتتعرض الشبكة للانقطاع. الصناعة مستعدة بشكل أفضل الآن. ولكنك لا تعرف أبدا ما إذا كان العاصفة الشمسية القادمة سوف تتفوق على تلك التي كانت في الماضي.

تظهر هذه المقالة في أعداد يونيو 2024 تحت عنوان “5 أسئلة لـ Yilu Liu”.