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核环境

/nuclear environment/
条目作者李哲

李哲

最后更新 2023-07-11
浏览 147
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核电站、核潜艇周围环境及核武器爆炸所产生的高能射线和电磁脉冲等构成的核辐射环境。

英文名称
nuclear environment
所属学科
航空宇航科学与技术

核环境中的高能射线、中子及电磁脉冲在半导体材料中形成电子-空穴对,进而形成光电流,影响半导体器件和电路的正常工作。核武器爆炸是在几微秒的瞬间释放出大量能量的过程。核反应释放的能量能使反应区(又称活性区)介质温度升高到数千万度,压强增到几十亿大气压成为高温高压等离子体。反应区产生的高温高压等离子体辐射X射线,同时向外迅猛膨胀并压缩弹体,使整个弹体也变成高温高压等离子体并向外迅猛膨胀,发出光辐射,接着形成冲击波(即激波)向远处传播。

高度大于100千米的高空核爆炸生成的辐射环境可分为瞬时辐射环境和持续辐射环境。瞬时辐射的作用时间一般不会超过10~15秒,主要有γ射线、X射线的电离总剂量辐射和剂量率辐射及中子辐射,在电子系统所引起的辐射效应包括瞬态效应、中子位移效应等。瞬态辐射的次级效应,即在大气层中产生的高能核电磁脉冲,与系统相互作用产生的内电磁脉冲和系统电磁脉冲,对于临近空间飞行器、运载工具和卫星的电子系统都是必须重视的瞬时毁伤因素。持续辐射主要是由裂变本身及其碎片放射性所产生的电荷,被地磁场俘获,形成带电粒子流(主要是电子)。放射性污染释放的β射线和γ射线都会长时间作用于临近空间飞行器和卫星的电子系统,对它们构成潜在威胁。

高空核爆释放的总能量(当量)Q中,X射线所占的能量QX为70%~85%。在X射线谱中,高能光子偏多,低能光子偏少。对于核爆产生的γ射线,其剂量率和裂变与聚变之比有关。大气层核爆时,γ总剂量是指核爆后10~15秒累积剂量,不仅包括0~10-5秒瞬时γ(伴随裂变过程产生的γ)和中子在弹体材料中非弹性散射和俘获所产生的γ,还包括中子在空气中非弹性散射产生的γ。

核爆对空间辐射环境会产生影响,当高空核爆瞬时毁伤消失后,含有裂变碎片的爆炸产物以碎片云的形态迅速膨胀和上升,其中剩余核辐射就是持续辐射环境的辐射源,核爆图片如图7所示。核爆后形成的人造辐射(俘获)带对空间自然俘获带的增强效应主要是由核爆放射性碎片发生β衰变时产生的高能电子被地磁场俘获所引起的。人造俘获带的扩展范围和强度强烈依赖于爆炸的高度、纬度和武器的当量及类型。

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