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Articulo de referencia

pulso electromagnético nuclear

Un pulso electromagnético (EMP) de 400 kilómetros de altura (250 millas; 1.300.000 pies) : los rayos gamma impactan la atmósfera entre los 20 y 40 km (66.000 y 131.000 pies) de ...

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Un pulso electromagnético (EMP) de 400 kilómetros de altura (250 millas; 1.300.000 pies) : los rayos gamma impactan la atmósfera entre los 20 y 40 km (66.000 y 131.000 pies) de altitud, expulsando electrones que luego son desviados lateralmente por el campo magnético terrestre sobre una amplia zona. Debido a la curvatura y la inclinación descendente del campo magnético terrestre sobre los EE. UU., el EMP máximo se produce al sur de la detonación y el mínimo al norte. [ 1 ]    

Un pulso electromagnético nuclear ( PEM nuclear o PEMN ) es una ráfaga de radiación electromagnética generada por una explosión nuclear . Los campos eléctricos y magnéticos resultantes, que varían rápidamente , pueden interactuar con sistemas eléctricos y electrónicos para producir sobretensiones y corrientes dañinas . Las características específicas de un PEM nuclear varían según diversos factores, siendo el más importante la altitud de la detonación.

El término «pulso electromagnético» generalmente excluye los rangos ópticos (infrarrojos, visibles y ultravioleta) e ionizantes (como los rayos X y la radiación gamma). En la terminología militar, una ojiva nuclear detonada a decenas o cientos de kilómetros sobre la superficie terrestre se conoce como dispositivo de pulso electromagnético de gran altitud (HEMP, por sus siglas en inglés). Los efectos de un dispositivo HEMP dependen de factores como la altitud de la detonación, la energía liberada , la emisión de rayos gamma , las interacciones con el campo magnético terrestre y el blindaje electromagnético de los objetivos.

Historia

El hecho de que una explosión nuclear produzca un pulso electromagnético se conocía desde los inicios de las pruebas de armas nucleares. Sin embargo, no se comprendió de inmediato la magnitud del pulso electromagnético ni la importancia de sus efectos. [ 2 ]

Durante la primera prueba nuclear de Estados Unidos el 16 de julio de 1945, el equipo electrónico fue blindado porque Enrico Fermi esperaba el pulso electromagnético. La historia técnica oficial de esa primera prueba nuclear afirma: "Todas las líneas de señal fueron completamente blindadas, en muchos casos doblemente blindadas. A pesar de esto, se perdieron muchos registros debido a la captación espuria en el momento de la explosión que paralizó el equipo de grabación". [ 3 ] : 53 Durante las pruebas nucleares británicas en 1952-53, las fallas de instrumentación se atribuyeron al " radioflash ", que era su término para el EMP. [ 4 ] [ 5 ]

La primera observación documentada de los aspectos únicos del pulso electromagnético nuclear (EMP) a gran altitud se produjo durante la prueba nuclear Yucca, lanzada con un globo de helio , perteneciente a la serie Hardtack I , el 28 de abril de 1958. En dicha prueba, las mediciones del campo eléctrico del arma de 1,7 kilotones superaron el rango de ajuste de los instrumentos de prueba y se estimó que eran aproximadamente cinco veces superiores a los límites de los osciloscopios. El EMP de Yucca fue inicialmente positivo, mientras que las ráfagas a baja altitud fueron pulsos negativos. Asimismo, la polarización de la señal del EMP de Yucca fue horizontal, mientras que la del EMP nuclear a baja altitud fue vertical. A pesar de estas numerosas diferencias, los resultados únicos del EMP se descartaron como una posible anomalía en la propagación de ondas . [ 6 ]

Las pruebas nucleares a gran altitud de 1962, como se analiza más adelante, confirmaron los resultados singulares de la prueba Yucca a gran altitud y aumentaron la concienciación sobre el EMP nuclear a gran altitud más allá del grupo original de científicos de defensa. La comunidad científica en general tomó conciencia de la importancia del problema del EMP después de que William J. Broad publicara en 1981 una serie de tres artículos sobre el tema en la revista Science . [ 2 ] [ 7 ] [ 8 ]

Estrella de mar prima

En julio de 1962, Estados Unidos llevó a cabo la prueba Starfish Prime , detonando una bomba de 1,44 Mt (6,0 PJ ) a 400 kilómetros (250 millas; 1.300.000 pies) sobre el océano Pacífico central. Esto demostró que los efectos de una explosión nuclear a gran altitud eran mucho mayores de lo que se había calculado previamente. Starfish Prime hizo públicos estos efectos al causar daños eléctricos en Hawái , a unos 1.445 kilómetros (898 millas) del punto de detonación, inutilizando aproximadamente 300 farolas, activando numerosas alarmas antirrobo y dañando un enlace de microondas. [ 9 ]     

Starfish Prime fue el primer éxito de la serie de pruebas nucleares a gran altitud realizadas por Estados Unidos en 1962, conocida como Operación Fishbowl . Las pruebas posteriores recopilaron más datos sobre el fenómeno del pulso electromagnético a gran altitud.

Las pruebas nucleares a gran altitud Bluegill Triple Prime y Kingfish de octubre y noviembre de 1962 en la Operación Fishbowl proporcionaron datos lo suficientemente claros como para permitir a los físicos identificar con precisión los mecanismos físicos detrás de los pulsos electromagnéticos. [ 10 ]

Los daños causados ​​por el pulso electromagnético (EMP) en la prueba Starfish Prime se repararon rápidamente debido, en parte, a que el EMP sobre Hawái fue relativamente débil en comparación con lo que se podría producir con un pulso más intenso, y en parte debido a la relativa robustez (en comparación con la actualidad) [ 11 ] de la infraestructura eléctrica y electrónica de Hawái en 1962. [ 12 ]

La magnitud relativamente pequeña del pulso electromagnético (EMP) de la bomba Starfish Prime en Hawái (aproximadamente 5,6 kilovoltios/metro) y la cantidad relativamente pequeña de daños (por ejemplo, solo entre el 1 % y el 3 % de las farolas se apagaron) [ 13 ] llevaron a algunos científicos a creer, en los inicios de la investigación sobre EMP, que el problema podría no ser significativo. Cálculos posteriores [ 12 ] demostraron que si la ojiva Starfish Prime hubiera detonado sobre el norte de los Estados Unidos continentales, la magnitud del EMP habría sido mucho mayor (de 22 a 30 kV/m) debido a la mayor intensidad del campo magnético terrestre sobre los Estados Unidos, así como a su diferente orientación en latitudes altas. Estos cálculos, combinados con la creciente dependencia de la microelectrónica sensible a los EMP, aumentaron la conciencia de que los EMP podrían ser un problema significativo. [ 14 ]

Prueba soviética 184

En 1962, la Unión Soviética realizó tres pruebas nucleares productoras de EMP en el espacio sobre Kazajstán, la última de las " pruebas nucleares del Proyecto K soviético ". [ 15 ] Aunque estas armas eran mucho más pequeñas (300 kilotones ) que la prueba Starfish Prime, se realizaron sobre una gran masa de tierra poblada y en un lugar donde el campo magnético terrestre era mayor. Según los informes, el daño causado por el EMP resultante fue mucho mayor que en Starfish Prime. El pulso E3, similar a una tormenta geomagnética , de la Prueba 184 indujo una sobrecarga de corriente en una larga línea eléctrica subterránea que causó un incendio en la central eléctrica de la ciudad de Karaganda .

Tras la disolución de la Unión Soviética , el nivel de estos daños se comunicó informalmente a científicos estadounidenses. [ 16 ] Durante algunos años, científicos estadounidenses y rusos colaboraron en el fenómeno HEMP. Se obtuvieron fondos para que los científicos rusos pudieran publicar algunos de los resultados del EMP soviético en revistas científicas internacionales. [ 17 ] Como resultado, existe documentación formal de algunos de los daños causados ​​por el EMP en Kazajstán, aunque sigue siendo escasa en la literatura científica abierta . [ 18 ] [ 19 ]

Para una de las pruebas del Proyecto K, los científicos soviéticos instrumentaron un tramo de 570 kilómetros (350 millas) de línea telefónica en la zona que esperaban que se viera afectada por el pulso. La línea telefónica monitorizada se dividió en sublíneas de entre 40 y 80 kilómetros (25 y 50 millas) de longitud, separadas por repetidores . Cada sublínea estaba protegida por fusibles y por protectores de sobretensión llenos de gas . El pulso electromagnético (EMP) de la prueba nuclear del 22 de octubre (K-3) (también conocida como Prueba 184) fundió todos los fusibles y destruyó todos los protectores de sobretensión en todas las sublíneas. [ 18 ] Informes publicados, incluido un artículo del IEEE de 1998, [ 18 ] han afirmado que hubo problemas importantes con los aisladores cerámicos en las líneas eléctricas aéreas durante las pruebas. Un informe técnico de 2010, elaborado para el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, indicaba que "los aisladores de las líneas eléctricas resultaron dañados, lo que provocó un cortocircuito en la línea y que algunas líneas se desprendieran de los postes y cayeran al suelo". [ 20 ]  

Características

El EMP nuclear es un pulso múltiple complejo, generalmente descrito en términos de tres componentes, según lo define la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). [ 21 ]

Los tres componentes del EMP nuclear, según lo define la IEC, se denominan "E1", "E2" y "E3". [ 21 ] [ 22 ]

Las tres categorías de EMP de gran altitud se dividen según la duración y la frecuencia de cada pulso. E1 es el EMP de gran altitud más rápido o de "tiempo temprano". Tradicionalmente, el término "EMP" se refiere específicamente a este componente E1 del pulso electromagnético de gran altitud. [ 23 ]

Los pulsos E2 y E3 a menudo se subdividen en divisiones adicionales según su origen. E2 es un pulso electromagnético (EMP) de "tiempo intermedio" de intensidad mucho menor, que a su vez se divide en E2A (EMP de rayos gamma dispersos) y E2B (EMP de rayos gamma de neutrones). [ 23 ]

E3 es un pulso de "tiempo tardío" de muy larga duración, que es extremadamente lento en tiempos de subida y bajada en comparación con los otros componentes del EMP. [ 23 ] E3 se divide además en E3A (onda expansiva) y E3B (elevación). [ 23 ] E3 también se denomina EMP magnetohidrodinámico . [ 23 ]

E1

El pulso E1 es un componente muy rápido del pulso electromagnético nuclear (EMP). E1 es un campo electromagnético breve pero intenso que induce altos voltajes en los conductores eléctricos. La mayor parte del daño que causa E1 se produce al provocar que se superen los voltajes de ruptura dieléctrica . E1 puede destruir ordenadores y equipos de comunicaciones, y cambia demasiado rápido (en nanosegundos) para que los protectores contra sobretensiones comunes ofrezcan una protección eficaz. Los protectores contra sobretensiones de acción rápida (como los que utilizan diodos TVS ) bloquean el pulso E1.

La onda E1 se produce cuando la radiación gamma de la detonación nuclear ioniza (arranca electrones de) los átomos de la atmósfera superior. Esto se conoce como el efecto Compton y la corriente resultante se denomina "corriente Compton". Los electrones viajan generalmente hacia abajo a velocidades relativistas (más del 90 % de la velocidad de la luz). En ausencia de un campo magnético, esto produciría un gran pulso radial de corriente eléctrica que se propaga hacia afuera desde el punto de origen de la explosión, confinado a la región de la fuente (la región sobre la cual se atenúan los fotones gamma). El campo magnético terrestre ejerce una fuerza sobre el flujo de electrones perpendicular tanto al campo como al vector original de las partículas, lo que desvía los electrones y produce radiación sincrotrón . Debido a que el pulso gamma que viaja hacia afuera se propaga a la velocidad de la luz, la radiación sincrotrón de los electrones Compton se suma coherentemente , dando lugar a una señal electromagnética radiada. Esta interacción produce un pulso grande y breve. [ 24 ]

Varios físicos trabajaron en el problema de identificar el mecanismo del pulso HEMP E1. El mecanismo fue finalmente identificado por Conrad Longmire del Laboratorio Nacional de Los Alamos en 1963. [ 10 ]

Longmire proporciona valores numéricos para un caso típico de pulso E1 producido por un arma nuclear de segunda generación como las de la Operación Fishbowl . Los rayos gamma típicos emitidos por el arma tienen una energía de aproximadamente 2 MeV ( megaelectronvoltios ). Los rayos gamma transfieren aproximadamente la mitad de su energía a los electrones libres eyectados, lo que da como resultado una energía de aproximadamente 1 MeV. [ 24 ]  

En el vacío y sin campo magnético, los electrones viajarían con una densidad de corriente de decenas de amperios por metro cuadrado. [ 24 ] Debido a la inclinación descendente del campo magnético terrestre en latitudes altas , el área de máxima intensidad de campo es una región en forma de U hacia el lado ecuatorial de la detonación. Como se muestra en el diagrama, para las detonaciones nucleares en el hemisferio norte , esta región en forma de U está al sur del punto de detonación. Cerca del ecuador , donde el campo magnético terrestre es más casi horizontal, la intensidad del campo E1 es más casi simétrica alrededor de la ubicación de la explosión.

Con intensidades de campo geomagnético típicas de latitudes medias, estos electrones iniciales describen una espiral alrededor de las líneas del campo magnético con un radio típico de unos 85 metros (280 pies) . Estos electrones iniciales se detienen al colisionar con moléculas de aire a una distancia promedio de unos 170 metros (560 pies) . Esto significa que la mayoría de los electrones se detienen al colisionar con moléculas de aire antes de completar una espiral completa alrededor de las líneas del campo. [ 24 ]  

Esta interacción de los electrones con carga negativa con el campo magnético irradia un pulso de energía electromagnética. El pulso suele alcanzar su valor máximo en unos cinco nanosegundos. Su magnitud suele disminuir a la mitad en 200 nanosegundos. (Según la definición de la IEC, este pulso E1 finaliza 1000 nanosegundos después de comenzar). Este proceso ocurre simultáneamente en aproximadamente 10²⁵ electrones . [ 24 ]  La acción simultánea de los electrones provoca que el pulso resultante de cada electrón irradie de forma coherente, sumándose para producir un único pulso radiado de gran amplitud y corta duración. [ 25 ]

Las colisiones secundarias provocan que los electrones subsiguientes pierdan energía antes de alcanzar el nivel fundamental. Los electrones generados por estas colisiones subsiguientes tienen tan poca energía que no contribuyen significativamente al pulso E1. [ 24 ]

Estos rayos gamma de 2 MeV suelen producir un pulso E1 cerca del nivel del suelo en latitudes moderadamente altas, con un pico de aproximadamente 50 000 voltios por metro. El proceso de ionización en la estratosfera media convierte esta región en un conductor eléctrico, lo que bloquea la producción de señales electromagnéticas adicionales y provoca que la intensidad del campo se sature en torno a los 50 000 voltios por metro. La intensidad del pulso E1 depende del número y la intensidad de los rayos gamma, así como de la rapidez de la explosión gamma. La intensidad también depende, en cierta medida, de la altitud.

Existen informes sobre armas nucleares "super-EMP" capaces de superar el límite de 50 000 voltios por metro mediante mecanismos no especificados. La realidad y los posibles detalles de construcción de estas armas son información clasificada y, por lo tanto, no están confirmados en la literatura científica abierta [ 26 ] : 3

E2

El componente E2 se genera por rayos gamma dispersos y rayos gamma inelásticos producidos por neutrones . Este componente E2 es un pulso de "tiempo intermedio" que, según la definición de la IEC, dura desde aproximadamente un microsegundo hasta un segundo después de la explosión. El E2 tiene muchas similitudes con los rayos , aunque el E2 inducido por rayos puede ser considerablemente mayor que un E2 nuclear. Debido a estas similitudes y al uso generalizado de la tecnología de protección contra rayos, el E2 se considera generalmente el más fácil de proteger. [ 22 ]

Según la Comisión EMP de Estados Unidos, el principal problema con E2 es que sigue inmediatamente a E1, lo que puede haber dañado los dispositivos que normalmente protegen contra E2.

El Informe Ejecutivo de la Comisión EMP de 2004 afirma: «En general, no sería un problema para los sistemas de infraestructura crítica, ya que cuentan con medidas de protección existentes para defenderse de los rayos ocasionales. El riesgo más significativo es sinérgico porque el componente E2 sigue una pequeña fracción de segundo después de la agresión del primer componente, que tiene la capacidad de dañar o destruir muchas características de protección y control. Por lo tanto, la energía asociada con el segundo componente puede pasar a los sistemas y dañarlos». [ 22 ] : 6

E3

El componente E3 es diferente de E1 y E2. E3 es un pulso mucho más lento, que dura de decenas a cientos de segundos. Es causado por la distorsión temporal del campo magnético terrestre provocada por la detonación nuclear. El componente E3 tiene similitudes con una tormenta geomagnética . [ 27 ] [ 22 ] Al igual que una tormenta geomagnética, E3 puede producir corrientes inducidas geomagnéticamente en conductores eléctricos largos, dañando componentes como los transformadores de líneas eléctricas . [ 28 ]

Debido a la similitud entre las tormentas geomagnéticas inducidas por el sol y el E3 nuclear, se ha vuelto común referirse a las tormentas geomagnéticas inducidas por el sol como "EMP solar". [ 29 ] El "EMP solar" no incluye los componentes E1 o E2. [ 30 ]

Generación

Entre los factores que controlan la efectividad de las armas se incluyen la altitud, la potencia explosiva , los detalles de construcción, la distancia al objetivo, las características geográficas intermedias y la intensidad local del campo magnético terrestre.

Altitud del arma

Cómo varía el pico de EMP en tierra con el rendimiento del arma y la altitud de la explosión. El rendimiento aquí es la salida de rayos gamma instantáneos medida en kilotones. Esto varía de 0,115 a 0,5 % del rendimiento total del arma, dependiendo del diseño del arma. La prueba Starfish Prime de 1962, con un rendimiento total de 1,4 Mt , tuvo una salida gamma del 0,1 %, por lo tanto, 1,4 kt de rayos gamma instantáneos (la curva azul de " preionización " se aplica a ciertos tipos de armas termonucleares , para las cuales los rayos gamma y X de la etapa de fisión primaria ionizan la atmósfera y la hacen eléctricamente conductora antes del pulso principal de la etapa termonuclear. La preionización en algunas situaciones puede literalmente cortocircuitar parte del EMP final, al permitir que una corriente de conducción se oponga inmediatamente a la corriente Compton de electrones). [ 31 ] [ 32 ]

Según un manual de Internet publicado por la Federación de Científicos Americanos : [ 33 ]

Una detonación nuclear a gran altitud produce un flujo inmediato de rayos gamma provenientes de las reacciones nucleares dentro del dispositivo. Estos fotones, a su vez, generan electrones libres de alta energía mediante la dispersión Compton a altitudes comprendidas entre los 20 y los 40 km aproximadamente. Estos electrones quedan atrapados en el campo magnético terrestre, dando lugar a una corriente eléctrica oscilante . Esta corriente es generalmente asimétrica y genera un campo electromagnético radiado de rápido ascenso, denominado pulso electromagnético (EMP). Debido a que los electrones quedan atrapados prácticamente de forma simultánea, una fuente electromagnética de gran tamaño irradia de forma coherente .
El pulso puede abarcar fácilmente áreas del tamaño de continentes, y esta radiación puede afectar sistemas terrestres, marítimos y aéreos. ... Un dispositivo de gran tamaño detonado a 400-500 km (250-310 millas) sobre Kansas afectaría a todo el territorio continental de EE. UU. La señal de tal evento se extiende hasta el horizonte visual visto desde el punto de la explosión.  

Por lo tanto, para que el equipo se vea afectado, el arma debe estar por encima del horizonte visual . [ 33 ]

La altitud indicada anteriormente es mayor que la de la Estación Espacial Internacional y muchos satélites en órbita terrestre baja . Las armas de gran tamaño podrían tener un impacto drástico en las operaciones y comunicaciones satelitales , como ocurrió durante la Operación Fishbowl. Los efectos dañinos en los satélites en órbita generalmente se deben a factores distintos al pulso electromagnético (EMP). En la prueba nuclear Starfish Prime , la mayor parte del daño se produjo en los paneles solares de los satélites al atravesar los cinturones de radiación creados por la explosión. [ 34 ]

Para las detonaciones en la atmósfera, la situación es más compleja. Dentro del rango de deposición de rayos gamma, las leyes simples dejan de aplicarse, ya que el aire se ioniza y se producen otros efectos de pulso electromagnético (EMP), como un campo eléctrico radial debido a la separación de electrones Compton de las moléculas de aire, junto con otros fenómenos complejos. En el caso de una explosión en la superficie, la absorción de rayos gamma por el aire limitaría el rango de deposición a aproximadamente 16 kilómetros (10 millas) , mientras que para una explosión en el aire de menor densidad a gran altitud, el rango de deposición sería mucho mayor. 

Rendimiento de las armas

Las potencias típicas de las armas nucleares utilizadas durante la planificación de ataques EMP en la Guerra Fría oscilaban entre 1 y 10 Mt (4,2 a 41,8 PJ ) . [ 35 ] : 39 Esto equivale aproximadamente a entre 50 y 500 veces la potencia de las bombas de Hiroshima y Nagasaki. Los físicos han testificado en audiencias del Congreso de los Estados Unidos que las armas con potencias de 10 kt (42 TJ) o menos pueden producir un EMP de gran magnitud. [ 36 ] : 48    

El EMP a una distancia fija de una explosión aumenta como máximo como la raíz cuadrada del rendimiento (véase la ilustración de la derecha). Esto significa que, aunque un arma de 10 kt (42 TJ) solo tiene  El 0,7% de la energía liberada en la prueba Starfish Prime de 1,44 Mt (6,0 PJ) , el EMP será al menos  8% tan potente. Dado que el componente E1 del EMP nuclear depende de la salida de rayos gamma instantánea, que fue solo el 0,1% del rendimiento en Starfish Prime pero puede serCon un rendimiento del 0,5% en armas de fisión nuclear pura de bajo rendimiento , una bomba de 10 kt (42 TJ) puede ser fácilmente 5 *  8% =40% tan potente como elStarfish Prime de 1,44 Mt (6,0 PJ) en la producción de EMP. [ 37 ]  

La energía total de los rayos gamma instantáneos en una explosión de fisión es3,5% del rendimiento, pero en una detonación de 10 kt (42 TJ), el explosivo desencadenante alrededor del núcleo de la bomba absorbe aproximadamente  El 85% de los rayos gamma instantáneos, por lo que la salida es solo de aproximadamente0,5% del rendimiento. En la bomba termonuclear Starfish Prime, el rendimiento de fisión fue inferior al 100% y la carcasa exterior más gruesa absorbió aproximadamente el 95% de los rayos gamma instantáneos del impulsor alrededor de la etapa de fusión. Las armas termonucleares también son menos eficientes para producir EMP porque la primera etapa puede preionizar el aire [ 37 ] , que se vuelve conductor y, por lo tanto, cortocircuita rápidamente las corrientes Compton generadas por la etapa de fusión . Por consiguiente, las armas de fisión pura pequeñas con carcasas delgadas son mucho más eficientes para causar EMP que la mayoría de las bombas de megatones.

Sin embargo, este análisis solo se aplica a los componentes rápidos E1 y E2 del pulso electromagnético nuclear. El componente E3 del pulso electromagnético nuclear, similar a una tormenta geomagnética, es más directamente proporcional al rendimiento energético total del arma. [ 38 ]

Distancia al objetivo

En un pulso electromagnético nuclear, todos los componentes del pulso electromagnético se generan fuera del arma. [ 33 ]

En el caso de explosiones nucleares a gran altitud , gran parte del pulso electromagnético (EMP) se genera lejos de la detonación (donde la radiación gamma de la explosión alcanza la atmósfera superior). Este campo eléctrico del EMP es notablemente uniforme en la amplia zona afectada. [ 32 ]

Según el texto de referencia estándar sobre los efectos de las armas nucleares publicado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, «El campo eléctrico máximo (y su amplitud) en la superficie terrestre tras una explosión a gran altitud dependerá de la potencia de la explosión, la altura de la misma, la ubicación del observador y la orientación con respecto al campo geomagnético . Sin embargo, como regla general, se puede esperar que la intensidad del campo sea de decenas de kilovoltios por metro en la mayor parte del área que recibe la radiación del pulso electromagnético». [ 32 ]

El texto también afirma que, "...  en la mayor parte del área afectada por el EMP, la intensidad del campo eléctrico en el suelo superaría los 0,5 E max . Para rendimientos inferiores a unos pocos cientos de kilotones, esto no sería necesariamente cierto, ya que la intensidad del campo en la tangente terrestre podría ser sustancialmente inferior a 0,5 E max ." [ 32 ]

( E máx se refiere a la intensidad máxima del campo eléctrico en la zona afectada).

En otras palabras, la intensidad del campo eléctrico en toda el área afectada por el pulso electromagnético será bastante uniforme para armas con una gran emisión de rayos gamma. Para armas más pequeñas, el campo eléctrico puede disminuir más rápidamente a medida que aumenta la distancia. [ 32 ]

Super-EMP

También conocido como "EMP mejorado", un pulso superelectromagnético es un tipo de guerra relativamente nuevo en el que un arma nuclear está diseñada para crear un pulso electromagnético mucho mayor en comparación con las armas nucleares estándar de destrucción masiva . [ 39 ] Estas armas aprovechan el componente de pulso E1 de una detonación que involucra rayos gamma , creando un rendimiento EMP de potencialmente hasta 200 000 voltios por metro. [ 40 ] Durante décadas, numerosos países han experimentado con la creación de tales armas, sobre todo China y Rusia .

Porcelana

Según un comunicado escrito del ejército chino , el país posee superpulsos electromagnéticos (super-EMP) y ha discutido su uso para atacar Taiwán . Dicho ataque debilitaría los sistemas de información del país, lo que permitiría a China entrar y atacarlo directamente con soldados. Posteriormente, el ejército taiwanés confirmó que China posee super-EMP y su posible capacidad para destruir redes eléctricas . [ 41 ]

Además de Taiwán, el Dr. Peter Pry analiza las posibles implicaciones de un ataque chino contra Estados Unidos con estas armas. Si bien Estados Unidos también posee armas nucleares, el país no ha experimentado con pulsos electromagnéticos de gran potencia y, hipotéticamente, es altamente vulnerable a cualquier ataque futuro por parte de otras naciones. Esto se debe a la dependencia del país de las computadoras para controlar gran parte del gobierno y la economía. [ 40 ] En el extranjero, los portaaviones estadounidenses estacionados dentro de un alcance razonable de una bomba que explota podrían sufrir la destrucción total de los misiles a bordo, así como de los sistemas de telecomunicaciones que les permitirían comunicarse con buques cercanos y controladores en tierra. [ 41 ]

Rusia

Desde la Guerra Fría, Rusia ha experimentado con el diseño y los efectos de las bombas EMP.

La Unión Soviética diseñó un sistema para lanzar armas nucleares desde la órbita terrestre baja . [ 42 ] Rusia ha presentado propuestas para desarrollar satélites equipados con capacidades EMP . Esto requeriría detonaciones a una altitud de hasta 100 kilómetros (62 millas) sobre la superficie terrestre, con el potencial de interrumpir los sistemas electrónicos de los satélites estadounidenses en órbita alrededor del planeta, muchos de los cuales son vitales para la disuasión y para alertar al país sobre posibles misiles entrantes. [ 40 ] 

Efectos

Un pulso electromagnético (EMP) energético puede alterar temporalmente o dañar permanentemente los equipos electrónicos al generar sobretensiones y corrientes elevadas; los componentes semiconductores son particularmente vulnerables. Los efectos del daño pueden variar desde imperceptibles a simple vista hasta la destrucción total de los dispositivos. Incluso los cables cortos pueden actuar como antenas para transmitir la energía del pulso a los equipos. [ 43 ]

Tubos de vacío frente a electrónica de estado sólido

Los equipos más antiguos, basados ​​en válvulas de vacío , son generalmente mucho menos vulnerables a un pulso electromagnético nuclear (EMP) que los equipos de estado sólido , que son mucho más susceptibles a sufrir daños por sobretensiones y corrientes grandes y breves. Los aviones militares soviéticos de la Guerra Fría a menudo tenían aviónica basada en válvulas de vacío porque las capacidades de los equipos de estado sólido eran limitadas y se creía que los equipos de válvulas de vacío tenían más probabilidades de sobrevivir. [ 2 ]

Otros componentes de los circuitos de tubos de vacío pueden resultar dañados por un pulso electromagnético (EMP). El equipo de tubos de vacío sufrió daños en las pruebas de 1962. [ 19 ] La radio bidireccional portátil de estado sólido PRC-77 VHF sobrevivió a extensas pruebas de EMP. [ 44 ] El modelo anterior PRC-25, casi idéntico excepto por una etapa de amplificación final de tubo de vacío, fue probado en simuladores de EMP, pero no fue certificado para mantener su plena funcionalidad.

Electrónica en funcionamiento frente a inactiva

Los equipos que están en funcionamiento en el momento de un pulso electromagnético (EMP) son más vulnerables. Incluso un pulso de baja energía tiene acceso a la fuente de alimentación, y todas las partes del sistema se ven afectadas por el pulso. Por ejemplo, se puede crear un arco eléctrico de alta corriente a través de la fuente de alimentación, quemando algún dispositivo a lo largo de ese camino. Estos efectos son difíciles de predecir y requieren pruebas para evaluar las vulnerabilidades potenciales. [ 43 ]

En los aviones

Un puesto de mando aerotransportado avanzado (AABNCP) Boeing E-4 en el simulador de pulso electromagnético nuclear (EMP) para realizar pruebas.

Se han producido numerosas detonaciones nucleares mediante bombas aéreas . El avión B-29 que lanzó las armas nucleares sobre Hiroshima y Nagasaki no sufrió daños eléctricos, ya que los electrones (expulsados ​​del aire por los rayos gamma) se detienen rápidamente en el aire normal a altitudes inferiores a unos 10 kilómetros (33 000 pies) , por lo que no se desvían significativamente por el campo magnético terrestre. [ 32 ] : 517 

Si los aviones que transportaban las bombas de Hiroshima y Nagasaki hubieran estado dentro de la zona de intensa radiación nuclear cuando las bombas explotaron sobre esas ciudades, habrían sufrido los efectos del pulso electromagnético (EMP) radial ( de separación de carga ). Sin embargo, esto solo ocurre dentro del radio de explosión severo para detonaciones por debajo de los 10 km (33 000 pies) de altitud. 

Durante la Operación Fishbowl , se produjeron interrupciones por pulso electromagnético (EMP) a bordo de un avión fotográfico KC-135 que volaba a 300 km (190 millas) de las detonaciones de 410 kt (1700 TJ) a altitudes de explosión de 48 y 95 km (157 000 y 312 000 pies) . [ 37 ] Los sistemas electrónicos vitales eran menos sofisticados que los actuales y el avión pudo aterrizar sin problemas.      

Las aeronaves modernas dependen en gran medida de la electrónica de estado sólido, que es muy susceptible a las explosiones EMP. Por lo tanto, las autoridades aéreas están estableciendo requisitos de campos radiados de alta intensidad (HIRF) para los aviones nuevos con el fin de prevenir accidentes causados ​​por EMP o interferencia electromagnética (EMI). [ 45 ] Para ello, todas las partes del avión deben ser conductoras. Este es el principal escudo contra las explosiones EMP, siempre que no haya orificios por donde las ondas puedan penetrar en el interior del avión. Además, aislar algunas de las computadoras principales dentro del avión añade una capa adicional de protección contra las explosiones EMP.

En los coches

Un pulso electromagnético (EMP) probablemente no afectaría a la mayoría de los automóviles, a pesar del uso intensivo de electrónica en los vehículos modernos, ya que los circuitos y el cableado electrónico de los automóviles son probablemente demasiado cortos para verse afectados. Además, los chasis metálicos de los automóviles brindan cierta protección. Sin embargo, incluso un pequeño porcentaje de automóviles que se averiaran debido a una falla electrónica provocaría atascos de tráfico. [ 43 ]

En pequeños aparatos electrónicos

Un pulso electromagnético (EMP) tiene un efecto menor en tramos cortos de conductor eléctrico. Otros factores también influyen en la vulnerabilidad de los dispositivos electrónicos, por lo que no existe una longitud límite fija que determine si un equipo sobrevivirá. Sin embargo, los dispositivos electrónicos pequeños, como relojes de pulsera y teléfonos móviles, probablemente resistirían un EMP. [ 43 ]

En humanos y animales

Aunque la diferencia de potencial eléctrico puede acumularse en los conductores eléctricos después de un pulso electromagnético (EMP), generalmente no fluirá hacia los cuerpos humanos o animales, por lo que el contacto es seguro. [ 43 ]

Los pulsos electromagnéticos (EMP) de magnitud y duración suficientes pueden afectar al cuerpo humano. Entre los posibles efectos secundarios se incluyen mutaciones celulares, daños en el sistema nervioso, quemaduras internas, daño cerebral y problemas temporales de pensamiento y memoria. [ 46 ] Sin embargo, esto ocurriría en casos extremos, como estar cerca del centro de la explosión y estar expuesto a una gran cantidad de radiación y ondas EMP.

Un estudio reveló que la exposición a entre 200 y 400 pulsos de EMP provocó la fuga de vasos sanguíneos en el cerebro, [ 47 ] fuga que se ha relacionado con leves problemas de pensamiento y memoria. Estos efectos podrían durar hasta 12 horas después de la exposición. Debido al largo tiempo de exposición necesario para observar cualquiera de estos efectos, es improbable que alguien los perciba incluso con una exposición breve. Además, el cuerpo humano apenas se verá afectado, ya que las señales se transmiten químicamente y no eléctricamente, lo que dificulta que las ondas EMP lo afecten.

Efectos indirectos en la agricultura

Además de estos efectos directos, también se ha estimado que la interrupción causada por el NEMP tendría grandes efectos negativos en la agricultura, debido a la interrupción de las cadenas de suministro de insumos agrícolas como fertilizantes y pesticidas. Esto podría reducir los rendimientos en regiones agrícolas altamente industrializadas como Europa Central hasta en un 75 %. [ 48 ]

Escenarios de ataque posteriores a la Guerra Fría

La Comisión EMP de los Estados Unidos fue creada por el Congreso de los Estados Unidos en 2001. La comisión se conoce formalmente como la Comisión para Evaluar la Amenaza para los Estados Unidos por Ataque de Pulso Electromagnético (EMP). [ 49 ]

La Comisión reunió a destacados científicos y tecnólogos para elaborar varios informes. En 2008, la Comisión publicó el «Informe sobre infraestructuras nacionales críticas». [ 38 ] Este informe describe las posibles consecuencias de un pulso electromagnético nuclear sobre la infraestructura civil. Si bien este informe se centró en Estados Unidos, la mayor parte de la información es aplicable a otros países industrializados. El informe de 2008 fue una continuación de un informe más general publicado por la comisión en 2004. [ 22 ]

En una declaración escrita presentada ante el Senado de los Estados Unidos en 2005, un miembro del personal de la Comisión EMP informó lo siguiente:

La Comisión EMP patrocinó un estudio mundial de literatura científica y militar extranjera para evaluar el conocimiento, y posiblemente las intenciones, de los estados extranjeros con respecto a los ataques de pulso electromagnético (EMP). El estudio reveló que la física del fenómeno EMP y el potencial militar de un ataque EMP son ampliamente conocidos en la comunidad internacional, como se refleja en escritos y declaraciones oficiales y no oficiales. El análisis de fuentes abiertas durante la última década indica que existe conocimiento sobre EMP y ataques EMP en al menos Gran Bretaña, Francia, Alemania, Israel, Egipto, Taiwán, Suecia, Cuba, India, Pakistán, Irak (bajo el régimen de Saddam Hussein), Irán, Corea del Norte, China y Rusia.

Muchos analistas extranjeros —en particular en Irán, Corea del Norte, China y Rusia— consideran a Estados Unidos como un potencial agresor dispuesto a utilizar todo su arsenal de armas, incluidas las nucleares, en un primer ataque. Perciben que Estados Unidos cuenta con planes de contingencia para un ataque nuclear mediante pulso electromagnético (EMP) y que está dispuesto a ejecutarlos en diversas circunstancias.

Científicos militares rusos y chinos describen en escritos de código abierto los principios básicos de las armas nucleares diseñadas específicamente para generar un efecto EMP mejorado, a las que denominan armas "Super-EMP". Según estos escritos extranjeros de código abierto, las armas "Super-EMP" pueden destruir incluso los sistemas electrónicos militares y civiles estadounidenses mejor protegidos. [ 26 ]

La Comisión EMP de Estados Unidos determinó que las protecciones conocidas desde hace mucho tiempo están prácticamente ausentes en la infraestructura civil de Estados Unidos y que gran parte de los servicios militares estadounidenses estaban menos protegidos contra el EMP que durante la Guerra Fría. En declaraciones públicas, la Comisión recomendó que los equipos electrónicos y los componentes eléctricos fueran resistentes al EMP y que se mantuvieran inventarios de repuestos que permitieran reparaciones rápidas. [ 22 ] [ 38 ] [ 50 ] La Comisión EMP de Estados Unidos no analizó a otras naciones.

En 2011, la Junta de Ciencias de la Defensa publicó un informe sobre los esfuerzos en curso para defender los sistemas militares y civiles críticos contra el pulso electromagnético (EMP) y otros efectos de las armas nucleares. [ 51 ]

Los servicios militares de los Estados Unidos desarrollaron, y en algunos casos publicaron, escenarios hipotéticos de ataques EMP. [ 52 ]

En 2016, el Laboratorio de Los Alamos inició la fase 0 de un estudio plurianual (hasta la fase 3) para investigar los EMP, lo que preparó la estrategia que se seguiría durante el resto del estudio. [ 53 ]

En 2017, el Departamento de Energía de EE. UU. publicó el "Plan de Acción de Resiliencia ante Pulsos Electromagnéticos del DOE" [ 54 ]. Edwin Boston publicó una disertación sobre el tema [ 55 ] y la Comisión EMP publicó "Evaluación de la amenaza del pulso electromagnético (EMP)" [ 56 ] . La comisión EMP se disolvió en el verano de 2017 [ 57 ]. Encontraron que informes anteriores habían subestimado los efectos de un ataque EMP en la infraestructura nacional, destacaron problemas con las comunicaciones del Departamento de Defensa debido a la naturaleza clasificada del material y recomendaron que el Departamento de Seguridad Nacional, en lugar de acudir al Departamento de Energía en busca de orientación y dirección, cooperara directamente con las áreas más expertas del Departamento de Energía. Varios informes están en proceso de ser publicados al público en general [ 58 ] .

Protección de la infraestructura

El problema de proteger la infraestructura civil de los pulsos electromagnéticos ha sido estudiado intensamente en toda la Unión Europea, y en particular por el Reino Unido. [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]

En 2017, varias empresas eléctricas de Estados Unidos participaron en un programa de investigación de tres años sobre el impacto del HEMP en la red eléctrica estadounidense, liderado por una organización sin fines de lucro del sector, el Electric Power Research Institute (EPRI). [ 62 ] [ 63 ]

En 2018, el Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU. publicó la Estrategia para la Protección y Preparación del Territorio Nacional contra Amenazas de Pulso Electromagnético (EMP) y Perturbación Geomagnética (GMD), que fue la primera articulación del departamento de un enfoque holístico, a largo plazo y basado en la colaboración para proteger la infraestructura crítica y prepararse para responder y recuperarse de incidentes electromagnéticos potencialmente catastróficos. [ 64 ] [ 65 ] El progreso en ese frente se describe en el Informe de Estado del Programa EMP. [ 66 ]

NuScale, la empresa de reactores nucleares modulares pequeños de Oregón, EE. UU., ha hecho que su reactor sea resistente a EMP. [ 67 ] [ 68 ]

Para 1981, varios artículos sobre el pulso electromagnético nuclear en la prensa popular difundieron el conocimiento del fenómeno EMP nuclear en la cultura popular . [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] Posteriormente, el EMP se ha utilizado en una amplia variedad de ficción y otros aspectos de la cultura popular.

Los medios de comunicación populares suelen representar los efectos del pulso electromagnético (EMP) de forma incorrecta, lo que provoca malentendidos entre el público e incluso entre los profesionales, y se han realizado esfuerzos oficiales en Estados Unidos para aclarar la situación. [ 43 ] El Comando Espacial de Estados Unidos encargó al divulgador científico Bill Nye la narración y producción de un vídeo titulado «Hollywood vs. EMP», para que la ficción inexacta de Hollywood no confundiera a quienes deben lidiar con eventos EMP reales. [ 73 ] El vídeo no está disponible para el público en general.

Véase también

Referencias

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Fuentes

  • Dominio público Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C . Administración de Servicios Generales . Archivado del original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de la norma MIL-STD-188 ).
  • Gurevich, Vladimir (6 de diciembre de 2014). Amenazas cibernéticas y electromagnéticas en la protección moderna de relés (Primera  ed.). CRC Press . ISBN 978-1482264319. LCCN 2015000591 . OCLC 913991169 . OL 28824950M – vía Google Books .   
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  • Gurevich, Vladimir (2021). Protección de equipos eléctricos: buenas prácticas para prevenir impactos de pulsos electromagnéticos a gran altitud . De Gruyter . doi : 10.1515/9783110723144 . ISBN 978-3110635966. OCLC 1090000823 . OL 37286906M .  
  • Vladimir, Gurevich (2023). Pulso electromagnético nuclear: Guía práctica para la protección de infraestructuras críticas . Lambert Academic Publishing. ISBN 978-620-5-63396-0.

Lecturas adicionales

  • Guía completa del siglo XXI sobre las amenazas de ataques de pulso electromagnético (EMP), Informe de la comisión para evaluar la amenaza que representan para Estados Unidos los ataques electromagnéticos... Ataques EMP con armas nucleares de gran altitud (CD-ROM), ISBN 978-1592483891
  • Amenaza que representa el pulso electromagnético (EMP) para los sistemas militares y la infraestructura civil de EE. UU.: Audiencia ante el Subcomité de Investigación y Desarrollo Militar – primera sesión, audiencia celebrada el 16 de julio de 1997, ISBN 978-0160561276
  • Radiación electromagnética pulsada y técnicas de protección, ISBN 978-0471014034
  • GlobalSecurity.org – Pulso electromagnético: Del caos a una solución manejable
  • Protección contra pulsos electromagnéticos (EMP) y tormentas eléctricas para instalaciones – Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos
  • Datos de pulso electromagnético (EMP) de la prueba nuclear Starfish medidos por Richard Wakefield del Laboratorio Nacional de Los Álamos (LANL), y revisión de la evidencia relativa a los efectos a 1300  km de distancia en Hawái, así como revisión de las pruebas EMP rusas de 1962.
  • Lea los informes del Servicio de Investigación del Congreso (CRS) sobre el cáñamo.
  • MIL-STD-188-125-1
  • Cómo funcionan los ataques de pulsos electromagnéticos
  • Comisión para evaluar la amenaza que supone para Estados Unidos un ataque de pulso electromagnético (EMP).
  • NEMP y planta nuclear
  • Orden ejecutiva presidencial de EE. UU. relativa a los pulsos electromagnéticos (EMP).
  • Gurevich, Vladimir (2021). Protección de equipos eléctricos: buenas prácticas para prevenir impactos de pulsos electromagnéticos a gran altitud . De Gruyter . doi : 10.1515/9783110723144 . ISBN 978-3110635966. OCLC 1090000823 . OL 37286906M .