URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Федоров В.Ф., Котов Ю.Б., Мозгов К.С., Семенова Т.А. Микроволновое излучение ядерного взрыва
Id: 167832
 
999 руб.

Микроволновое излучение ядерного взрыва

URSS. 2013. 304 с. Твердый переплет. ISBN 978-5-397-03594-1.

 Аннотация

Настоящая книга посвящена разработке основ микроволнового метода мониторинга атмосферы. Рассмотрены механизмы генерации электромагнитного сигнала в миллиметровом и сантиметровом диапазонах длин волн при ядерных взрывах. Исследована структура микроволнового сигнала, получены зависимости радиояркостной температуры плазмы взрыва от энергии, высоты и типа источника. Выделены информативные параметры, позволяющие идентифицировать источник и определить его характеристики. Последняя глава книги посвящена расчетам неравновесного оптического излучения. Показано, что комплексное использование светового и микроволнового диапазонов при дистанционном мониторинге увеличивает вероятность и надежность обнаружения объектов.

Книга предназначена для специалистов, работающих в области мониторинга атмосферы, она также будет полезна научным работникам, аспирантам и студентам старших курсов вузов.


 Оглавление

Предисловие
Введение
1. Газодинамические характеристики горячей плазмы
 1.1.Основные этапы развития процессов
 1.2.Свойства огненного шара
 1.2.1.О влиянии ударной волны на распространение тепловой
 1.2.2.О влиянии выделившейся при взрыве массы на распространение тепловой волны
 1.2.3.Автомодельная задача о распространении тепловой волны в прогретой среде
 1.2.4.Автомодельная задача о распространении гомотермической ударной волны в прогретой среде
 1.2.5.Автомодельная задача о распространении гомотермической волны разрежения в пустоту
 1.2.6.Автомодельная задача о распространении гомотермической ударной волны в атмосфере вблизи плотной среды
 1.2.7.О влиянии магнитного поля на распространение ударной волны в неоднородной атмосфере
2. Электрофизические характеристики плазменного образования
 2.1.Электрофизические свойства ионизованной воздушной среды
 2.1.1.Концентрация электронов и ионов в области частичной ионизации и вблизи границы области повышенной ионизации
 2.1.2.Диэлектрическая проницаемость и электропроводность воздушной плазмы
 2.1.3.Коэффициент поглощения микроволнового излучения
 2.2.Средства регистрации излучения
 2.3.Механизмы генерации микроволнового излучения
3. Когерентное излучение в микроволновом диапазоне
 3.1.Излучение возвратного удара молнии
 3.2.Генерация сигнала длиннопробежными частицами
 3.2.1.Модель тока электронов
 3.2.2.Методика расчета сигнала
 3.3.Электромагнитное излучение двойных взрывов
 3.3.1.Расчет характеристик излучения при малом расстоянии между зарядами по сравнению с длиной пробега гамма-квантов
 3.3.2.Расчет характеристик излучения при расстоянии между зарядами, сравнимом с длиной пробега гамма-квантов
4. Тормозное излучение области частичной ионизации
 4.1.Начальная стадия излучения
 4.2.Излучение плазмы, образованной мгновенными нейтронами
 4.3.Микроволновое излучение в спектральных линиях
 4.4.Излучение космического источника
 4.5.О синхротронном механизме генерации
5. Радиотепловое излучение взрыва
 5.1.Радиояркостная температура плазменного образования
 5.1.1.Методика расчета радиояркостной температуры при плавном изменении электрофизических свойств на границе плазменного образования
 5.1.2.Методика расчета радиояркостной температуры при резком изменении электрофизических свойств на границе плазменного образования
 5.2.Методы решения уравнения переноса
 5.3.Излучение тепловой и ударной волн
 5.4.Радиотепловое излучение контактного взрыва
 5.5.Излучение тепловой и ударной волн высотных взрывов
 5.6.Информативные признаки радиотеплового излучения
 5.7.Об активном методе регистрации
6. Компьютерное моделирование процессов излучения
 6.1.Принципы построения пакета программ
 6.1.1.Организация пакета
 6.1.2.Расчет поля концентраций
 6.1.3.Аппроксимация коэффициентов поглощения
 6.1.4.Расчет оптической толщины плазмы
 6.1.5.Методика расчета радиояркостной температуры воздушной плазмы
 6.2.Геометрическая классификация задач
 6.2.1.Источник ионизирующих излучений ниже 40 км
 6.2.2.Источник ионизирующих излучений расположен выше 40 км
7. Некоторые результаты компьютерного моделирования
 7.1.Микроволновое излучение взрыва в приземной атмосфере
 7.1.1.Микроволновое излучение атомных взрывов
 7.1.2.Тормозное излучение термоядерных взрывов
 7.1.3.Тормозное излучение нейтронного источника
 7.1.4.Излучение контактного взрыва
 7.2.Излучение стратосферных взрывов
 7.3.Моделирование некогерентного излучения двойного взрыва
 7.4.Структура микроволнового сигнала
8. Экспериментальные исследования
 8.1.Радиометрический комплекс
 8.2.Регистрация микроволнового излучения лазерной плазмы
 8.3.Сигнал от потока электронов высокой энергии
 8.4.Излучение при электрическом взрыве проволочек
 8.5.Излучение высоковольтного разряда
 8.6.Микроволновое излучение молний
9. Неравновесное световое излучение
 9.1.Моделирование излучения малозаглубленных источников
 9.1.1.Особенности генерации сигнала в воздухе ионизирующим излучением
 9.1.2.Аналитическая оценка параметров светового излучения
 9.1.3.Моделирование светового сигнала методом Монте-Карло
 9.2.Моделирование излучения атмосферных источников
 9.2.1.Аналитическая оценка параметров излучения
 9.2.2.Расчет методом Монте-Карло параметров источника
 9.2.3.Моделирование методом Монте-Карло светового сигнала
 9.3.Определение параметров атмосферного источника
Литература

 Предисловие

Исследование физики взрывов, сопровождающихся выходом нейтронов, рентгеновским излучением или выбросом гамма-квантов, продолжается более полувека. Взрыв представляет собой уникальное физическое явление, интерес к которому объединяет научных специалистов самых разных направлений.

Несмотря на многолетний запрет ядерных экспериментов в космосе и атмосфере, всегда остается вероятность использования таких взрывов экстремистскими группами или государствами. С 1983 г. широко обсуждается принятая в США программа "стратегической оборонной инициативы" (СОИ) и связанные с ней программы систем противоракетной обороны (ПРО). Ранее было показано, что развитие таких систем не исключает использования их в качестве стратегических наступательных вооружений. В частности, в системах ПРО могут быть использованы рентгеновские лазеры с накачкой от ядерного взрыва, что противоречит условиям указанных выше Договоров. Кроме того, возможны аварии на атомных объектах, время от времени происходящие, несмотря на всевозможные меры, направленные на укрепление степени безопасности их работы. Недавние события на японской станции Фукусима (11 марта 2011 г.) являются грустным свидетельством такой возможности.

Поэтому разработка методов мониторинга атмосферы, методов обнаружения и идентификации такого типа событий остается актуальной и поныне. Службой Специального Контроля разработано много разных методов контроля за ядерными взрывами. Одним из самых распространенных современных методов является регистрация электромагнитного импульса в широком спектре частот: от гамма- и рентгеновского излучения (с частотами  1015 Гц) до радиодиапазона и крайне низких частот (диапазон КНЧ, частоты до сотых долей Гц).

Системы дистанционного мониторинга высокоэнергетических процессов в атмосфере Земли используются для решения широкого круга как научных (диагностика космических лучей, регистрация всплесков космического гамма-излучения и др.), так и прикладных (контроль за исполнением договоров о запрещении и ограничении испытаний ядерного оружия и др.) задач, имеющих важное значение для мирового сообщества.

Эффективность системы дистанцонного мониторинга во многом зависит от выбора вида регистрируемого электромагнитного излучения, источником которого является объект мониторинга Выбор во многом определяется особенностями процессов генерации электромагнитного излучения и его распространения в атмосфере Земли.

В этой книге мы в основном будем говорить о генерации микроволнового излучения воздушных взрывов, хотя некоторые из результатов этой работы могут быть предложены и для использования их в целях обнаружения нештатных ситуаций на атомных станциях. Однако последнюю главу мы посвятили особенностям неравновесного светового излучения. Комплексное использование светового и микроволнового радиодиапазона при дистанционном мониторинге увеличивает вероятность и надежность обнаружения объекта.

Несмотря на интенсивные и длительные исследования физики ядерных взрывов, на сегодняшний день еще не все экспериментально наблюдающиеся явления нашли полное физическое объяснение. Не исследовано до конца и электромагнитное излучение, генерируемое ядерным взрывом. Наиболее исследована когерентная часть электромагнитного импульса, максимум спектральной энергии которого приходится на СДВ-диапазон (с частотами порядка 10 килогерц или менее). В этом диапазоне используется радиотехнический метод мониторинга, удобный своей всепогодностью. Хорошо развит и широко применяется оптический метод контроля. Оптические явления взрывов были детально исследованы и описаны в литературе (см., например, работу Б.Я.Зельдовича и Ю.П.Райзера). Оптический метод контроля -- один из основополагающих в задачах обнаружения -- обладает высоким разрешением, но очень чувствителен к погодным условиям. Разработан магнитный метод контроля, регистрирующий крайне низкочастотные электромагнитные возмущения. [...]

Эта книга посвящена основам микроволнового метода мониторинга (в диапазоне частот 1010--1013 Гц), обладающего достоинствами оптического и радиотехнического методов. Благодаря существующим окнам прозрачности воздуха (вблизи длин волн 3,3 см, 8,6 и 2,3 мм) регистрация излучения в этих спектральных диапазонах позволяет сочетать высокую точность измерений (как у оптического метода) с независимостью от погодных условий радиотехнического метода. Возможность комплексного использования микроволнового и оптического контроля за состоянием атмосферы позволит существенно увеличить точность и надежность идентификации источника электромагнитных излучений. В связи с этим последнюю главу книги мы посвятили некоторым проблемам генерации светового излучения.

Одним из центральных механизмов генерации некогерентного микроволнового сигнала является радиотепловое излучение фронта ударной волны, зарождающейся внутри тепловой, и затем внешней ударной волны. Характер этого излучения зависит от газодинамических процессов взрыва. Поэтому первая глава книги посвящена особенностям этих процессов.

Авторы поставили следующие задачи:

- изучение влияния газодинамических процессов на генерацию электромагнитного импульса;

- исследование механизмов генерации когерентной части сигнала в микроволновом диапазоне;

- исследование механизмов генерации некогерентного микроволнового излучения;

- исследование структуры микроволнового сигнала и выделение информативных параметров, позволяющих идентифицировать взрыв;

- компьютерное моделирование процессов генерации некогерентного микроволнового излучения;

- исследование параметров неравновесного оптического излучения, генерируемого ионизирующими излучениями взрыва вблизи границы между плотной средой и воздухом.

Книга включает в себя часть многолетних исследований электромагнитного излучения ядерных взрывов, проводившихся в стенах Московского инженерно-физического института (теперь это Национальный исследовательский ядерный университет НИЯУ "МИФИ"). Эти

работы были начаты профессором Л.П.Горбачевым совместно со Службой Специального Контроля.

Приносим глубокую благодарность всем коллегам, с которыми пришлось работать над разработкой методов контроля, особенно В.П.Бусыгину и Н.Н. Взорову за неоднократные обсуждения проблем. Мы также очень признательны А.Б.Горелику, Ю.А.Фролову и П.О.Шишкову за разработку аппаратуры и участие в экспериментах, а также В.Б.Соколову за помощь в организации и проведении экспериментов по регистрации микроволнового излучения.

Авторы

 Введение

Последние 30--40 лет интенсивно развивается микроволновая радиометрия. Микроволновые методы применяются практически во всех областях фундаментальной науки и техники: в радиоастрономии, радиоспектроскопии, физике ускорителей элементарных частиц, молекулярной физике, диагностике и нагреве плазмы, в биологии, химии, геофизике, почвоведении и др. В микроволновом диапазоне удается решить целый ряд новых задач: создание глобальных систем спутниковой связи и многоканального телевидения, систем всепогодного радиовещания высокого и сверхвысокого разрешения, передачи энергии по микроволновому каналу для питания летательных аппаратов, воздействия на биологические объекты (с медицинскими целями и для изучения фундаментальной природы биологических сред) и т.д. Сантиметровый, миллиметровый и субмиллиметровый диапазоны электромагнитных волн уже широко используются во многих областях деятельности человека. Средства навигации и связи в этом диапазоне имеют большие преимущества перед традиционными. В микроволновых методах объединяются достоинства оптической и радиосвязи: все-погодность, высокая точность, слабое влияние помех из-за высокого пространственного разрешения Микроволновый сигнал слабо искажается при распространении.

Создаются перспективные микроволновые системы связи миллиметрового диапазона: наземные, спутниковые и размещаемые на высотном беспилотном летательном аппарате. Быстрое развертывание, всепогодность, высокая надежность, отсутствие кабеля, возможность обеспечения широкой полосы частот в канале передачи информации и прямого включения в существующие сети спутниковой, радиорелейной и сотовой связи делают микроволновые системы уникальными для целого ряда приложений. Применение миллиметровых волн существенно увеличивает пропускную способность радиоканала, помехозащищенность и надежность передачи информации, уменьшает массгабаритные параметры и энергопотребление системы связи.

Из многочисленных применений микроволновой аппаратуры выделим возможность активного и пассивного мониторинга Земли и космического пространства в разнообразных целях -- от экологии до военных проблем.

Экологический мониторинг атмосферы позволяет обнаруживать и контролировать опасные последствия деятельности человека. [...] Например, плазму, образованную радиоактивными выбросами, зондируют радиоволнами и определяют ее электронную концентрацию. Метод использован на длинах волн от 33 м до 3,3 см при анализе работы атомных и угольных электростанций, а также при идентификации рудников и карьеров, содержащих радиоактивные элементы Приведены результаты просвечивания плазмы, возникшей при нештатных выбросах Запорожской (30.10.1989) и Смоленской (21.08.1991) атомных электростанций Дальность регистрации была 59 км в первом случае и 42 км во втором.

Актуален и мониторинг малых газовых составляющих атмосферы антропогенного происхождения -- в первую очередь, окиси углерода СО, окислов азота N0 и NO2, двуокиси серы SO2, определение содержания озона Возможность радиометрической индикации малых газовых составляющих и контроль их содержания основаны на свойствах собственного (теплового) радиоизлучения атмосферы как нагретого тела. Для оценки концентрации выбросов используется разность яркостных температур загрязненной области и чистой атмосферы.

Нашей задачей является использование микроволнового диапазона для обнаружения различных объектов и определения их характеристик по их излучению. К таким объектам могут быть отнесены воздушные и космические взрывы, молниевый разряд, взрывы проволочек, электрический разряд в воздухе, сильные вспышки на Солнце и других звездах, плазменные и любые другие источники коротких микроволновых импульсов Обнаружение подобных объектов возможно в настоящее время в связи с созданием компактных высокочувствительных микроволновых радиометров с малыми временами накопления, позволяющих измерять яркостную температуру от единиц кельвин и выше.

Целью исследований были: изучение разнообразных механизмов генерации микроволнового излучения, поиск информативных параметров микроволнового сигнала, позволяющих идентифицировать источник излучения и оценить его характеристики. Полученные результаты могут быть использованы для разработки метода микроволнового мониторинга атмосферы в сантиметровом и миллиметровом диапазонах. Ожидаемые формы электромагнитных сигналов просчитаны аналитически и получены методами компьютерного моделирования плазмы взрыва Приведены результаты экспериментов по регистрации миллиметрового излучения различных источников.

В книге в теоретических расчетах в большинстве случаев используется гауссова система единиц, но окончательные оценки измеряемых величин -- спектральной мощности излучения, энергии и др. -- приведены в Международной системе единиц СИ.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце