Московский экономический журнал 4/2021

DOI 10.24412/2413-046Х-2021-10234

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РАДИОВОЛН НА ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ECONOMIC ASSESSMENT OF THE IMPACT OF ELECTROMAGNETIC RADIO WAVES ON PHYSICAL PROCESSES

Кудимова Кристина Борисовна, ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (СФУ)  kudimovakris@list.ru

Пронина Ксения Дмитриевна, ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (СФУ) proninaks@bk.ru

Березин Владислав Сергеевич, ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (СФУ)  vsberez@yandex.ru

Аляшкевич Мария Евгеньевна, ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (СФУ) maalyash@mail.ru

Эрдыниев Юрий Викторович, ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (СФУ) yurierd@gmail.com

Kudimova Kristina Borisovna, Siberian Federal University (SFU) kudimovakris@list.ru

Pronina Ksenia Dmitrievna, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education «Siberian Federal University» (SFU) proninaks@bk.ru

Berezin Vladislav Sergeevich, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education «Siberian Federal University» (SFU) vsberez@yandex.ru

Alyashkevich Maria Evgenievna, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education «Siberian Federal University» (SFU) maalyash@mail.ru

Erdyniev Yuri Viktorovich, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education «Siberian Federal University» (SFU) yurierd@gmail.com

Аннотация. В статье авторами исследуется влияние радиоволн различные физические процессы, в том числе здоровье человека. Сильные электрические и магнитные поля ЭМИ могут повредить незащищенную электронику и электронное оборудование на большой площади. Инфраструктура связи (вышки сотовой связи, телекоммуникационные коммутаторы, тарелки, радары) будет значительно затронута. Наибольшее нарушение электросети и электронного оборудования находится ближе всего к нулевой точке взрыва. Возможные обширные сбои в работе электроники усложнят работу систем связи, компьютеров и компьютерных систем, а также другого важного электронного оборудования, включая ключевое больничное оборудование, заправочные станции и другие электрические компоненты ключевой критически важной инфраструктуры региона.

Summary. In the article, the authors investigate the influence of radio waves on various physical processes, including human health. Strong electric and magnetic EMP fields can damage exposed electronics and electronic equipment over a large area. The communications infrastructure (cell towers, telecommunications switches, dishes, radars) will be significantly affected. The largest electrical and electronic disruption is closest to the zero point of explosion. Potential widespread electronics failures will complicate communications, computers and computer systems, and other critical electronic equipment, including critical hospital equipment, gas stations and other electrical components of the region’s critical critical infrastructure.

Ключевые слова: Электротехника, Радиоволны, Радионавигационные измерения, Передатчик, Расстояние

Keywords: Electrical Engineering, Radio Waves, Radionavigation Measurements, Transmitter, Distance

Введение. Авторами в статье было выявлено, что плазма, образованная взаимодействием лазера с веществом, ответственна за генерацию рентгеновских лучей, электронов и ионов, в то время как ЭМИ возникают в основном из-за вылетающих из мишени энергичных горячих электронов. Модель зарядки мишени, включающая выброс электронного сгустка из мишени, была создана для анализа физического процесса, лежащего в основе генерации ЭМИ.

Чтобы подтвердить, что испускаемые электроны действительно были основным источником ЭМИ, в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) были проведены эксперименты, в которых изучалась взаимосвязь между интенсивностью ЭМИ и энергией испускаемых электронов путем изменения размера сферических или плоских мишени в лазерной установке Титан. Результаты показали, что интенсивность ЭМИ и количество высокоэнергетических электронов увеличивались одновременно с увеличением размера мишени. Идентичные результаты были получены в Резерфордской лаборатории.

Кроме того, были исследованы механизмы переноса электронов и электромагнитного излучения при взаимодействии лазера с мишенями из Al и CH разной толщины, а также проанализировано влияние испускаемых электронов на генерацию ЭМИ. Однако взаимосвязь между переходными электронами и ЭМИ, генерируемыми при взаимодействии лазера с полимерными мишенями, легированными различным содержанием металлов, до сих пор остается неизученной, хотя это имеет решающее значение для глубокого понимания механизма генерации ЭМИ.

Методы исследования: сравнительный, аналитический.

Результаты. В 1859 году солнечная буря, «событие Кэррингтона», названное в честь астронома-любителя, вызвала полярные сияния до Карибского моря, в результате чего телеграфные системы по всему миру вышли из строя — пилоны искрили, а операторов поразили током. Стоит отметить, что телеграфы — это простые и надежные системы по сравнению с современной тонкой электроникой. В 1989 году солнечная буря отключила электросеть в Квебеке. Недавнее исследование показывает, что небольшие ураганы могут вызвать заметное увеличение количества страховых случаев в отношении промышленного электрооборудования.

Совсем недавно в июле 2012 года сообщалось о близком промахе, когда Земля уклонилась от плазменного облака, выброшенного Солнцем всего на несколько градусов. Если бы он ударил, последствия были бы ужасными.В отчете группы риска Lloyds были рассмотрены доказательства. Они обнаружили, что геомагнитная буря на уровне Кэррингтона почти неизбежна: раз в 150 лет. Это создает угрозу для регионов, зависящих от электричества: такие ураганы могут вызвать отключение электроэнергии на срок от двух недель до двух лет. Основная проблема — наличие запасных трансформаторов.

Более резкий толчок — например, вызванный ядерным взрывом — может вызвать токи, разрушающие устройства меньшего размера. На самом деле микрочипы легко перегорают от нескольких вольт в неположенном месте.

Зингера беспокоят либо естественные геомагнитные бури, вызванные взаимодействием солнечного ветра с магнитным полем Земли, либо преднамеренно произведенные электромагнитные импульсы (ЭМИ) ядерным оружием, или так называемое электронное оружие, устройства, которые были разработаны для уничтожения врага. электроника. Если что-то вызовет массовые и постоянные отключения электроэнергии и повреждение оборудования, экономический ущерб — и человеческие проблемы — будут огромными.[1]

Когда ураган «Сэнди» обрушился на Нью-Йорк в 2012 году, основная причина, по которой не удалось восстановить подачу электроэнергии в нижнем Манхэттене — несмотря на очевидное богатство этого места — заключалась в том, что заказ заменяемых трансформаторов занимает несколько месяцев. Худшие эффекты Сэнди были в одном месте. В случае сильного шторма замена потребуется в сотнях мест одновременно. Стоимость Carrington-подобного события в экономике США, вероятно, будет в диапазоне от $ 500 млн США в США 2,6 триллиона долларов. Отчет Национальных академий США был еще более пессимистичным, предполагая более высокий диапазон и многолетнее восстановление. Помимо нарушения электроснабжения, такие штормы могут также разрушить спутники, нарушить GPS-навигацию и привести к отказу других частей инфраструктуры.

Следует особо отметить, что влияние радиоволн на различные физические процессы обусловлено не только стремительным внедрением и развитием современных цифровых радиопередающих устройств, но и в значительной степени воздействием на цифровую экономику и на механизмы совершенствования российского цифрового законодательства [6-20].

Обсуждение. По оценкам, риск достаточно сильного шторма в ближайшее десятилетие составляет 12%. К счастью, мы можем улучшить нашу инфраструктуру, когда осознаем наличие проблемы. Мы можем создавать более отказоустойчивые системы, иметь несколько резервных трансформаторов в хранилищах и укреплять устройства. Это стоит денег, но дешевле, чем несколько недель без электричества.[2]

Что, вероятно, вызывает большее беспокойство, так это использование электромагнитных импульсов, создаваемых оружием. Это реальная угроза, которая была обнаружена на собственном горьком опыте в 1962 году, когда ядерное испытание на большой высоте в Тихом океане вызвало электрические повреждения на расстоянии 1400 км на Гавайях. Фактически, преднамеренное разрушение энергосистем противника с помощью высотных взрывов вскоре стало частью стратегии сверхдержав. В случае ядерной войны, несомненно, будет больше поводов для беспокойства, чем просто энергосистема, но стоит признать угрозу, исходящую от соседних стран. Электромагнитные поля не знают границ.

В конце концов, электромагнитная катастрофа может стоить триллионы, нанести вред миллионам людей и ослабить общество — возможно, в глобальном масштабе. Это глобальный катастрофический риск, который стоит уменьшить. Но пока это не представляет серьезного риска. Но мы быстро становимся более зависимыми от нашей хрупкой и обширной электрической инфраструктуры. Требуется некоторая изоляция.

Злоумышленник может взорвать несколько единиц оружия на большой высоте, чтобы разрушить или повредить системы связи и электроснабжения. Можно ожидать, что ЭМИ вызовет массовые сбои на неопределенный период и нанесет огромный экономический ущерб. Когда ядерное оружие взрывается в воздухе, окружающий воздух подвергается сильному нагреву с последующим относительно быстрым охлаждением. Эти условия идеальны для производства огромного количества оксидов азота. Эти оксиды уносятся в верхние слои атмосферы, где снижают концентрацию защитного озона. Озон необходим для предотвращения попадания вредного ультрафиолетового излучения на поверхность Земли.

Согласно отчетам правительства США, ядерные ЭМИ — если детонация достаточно велика и достаточно высока — могут охватить весь континент и в огромных масштабах вывести из строя крошечные схемы внутри современной электроники.

Затем магнитное поле Земли перемещает многие из этих высокоскоростных электронов к полюсам планеты по образцу штопора. Электроны реагируют на это движение, испуская вновь обретенную энергию в виде мощного супа из электромагнитного излучения, включая радиоволны. Это ядерный электромагнитный импульс. Это происходит за доли микросекунды, и всплеск энергии может перегрузить или «шокировать» чувствительные электронные устройства — особенно те, на которые мы в значительной степени полагаемся сегодня.

«Однако энергия от ЭМИ поступает за такое очень короткое время, что производит сильный электрический ток, который может повредить оборудование», — говорится в сообщении. «Равное количество энергии, распределенное в течение длительного периода времени, как при обычном радиоприеме, не окажет вредного воздействия».

Когда ЭМИ проходит через металлические объекты, такие как телефон, компьютер или радио, они могут «поймать» этот невероятно мощный импульс. Это может генерировать ложный электрический ток, который проходит через крошечные цепи современного устройства и может нарушить или даже разрушить их. Между тем, оборудование для передачи энергии или телекоммуникационное оборудование может перегрузиться из-за избыточного тока, искры и выйти из строя на многие мили вокруг.[3]

Если вы когда-нибудь включали микроволновую печь и заметили на своем телефоне Wi-Fi или блютуз-соединение на мгновение прерывается, вы испытали разрушительные электромагнитные волны — и очень мало ощущали, что может случиться с ЭМИ. Интенсивность ЭМИ ядерного взрыва составляет от 30 000 до 50 000 вольт на метр — в тысячи раз больше, чем у микроволновой печи.

Ядерные взрывы, которые происходят в десятках или сотнях миль над Землей, могут иметь разрушительные последствия по сравнению с теми, которые происходят на земле.На большой высоте гамма-лучи могут легче распространяться, поражая сразу множество молекул воздуха в верхних слоях атмосферы на большой площади. Низкая плотность воздуха позволяет электронам двигаться более свободно и максимизировать интенсивность ЭМИ.

В отчете Комиссии EMP за 2008 год говорится, что правильное ядерное устройство, взорванное на нужной высоте, может окунуть всю континентальную часть США в EMP, нарушив телекоммуникационную и электросетевую инфраструктуру до «катастрофического» эффекта. Некоторые физики и эксперты по оружию скептически относятся к этому отчету, а угроза ЭМИ со стороны некоторых стран, например, Северной Кореи, считается «нелепой и смехотворной». И все же ядерный ЭМИ реально существует. Однако при взрыве у земли многие гамма-лучи врезались бы в землю. Этим лучам будет труднее создать большое электрическое поле, которое могло бы генерировать широко распространенное ЭМИ. И большая плотность воздуха тоже не поможет.

Правительство США активно планы для 15 сценариев бедствия, один из которых является террористом причиной ядерный взрыв, который происходит близко к земле с выходом около 10 килотонн — примерно 66%, как мощный, как взрыв в Хиросиме. Другими словами, вы можете не выжить в этой зоне, которая может простираться на пару миль в диаметре. И если бы вы это сделали, вам пришлось бы побеспокоиться о том, чтобы выбраться из радиоактивных завалов, прежде чем проверять, работает ли ваше радио.[4]

Более вероятно, говорит Буддемайер, что в пределах 5 миль от взрыва «вы можете получить разрушительный удар, который не «поджарит»ваше оборудование, но может вызвать «защемление»(например, как бесконечные вращающиеся песочные часы на телефон) до перезапуска «. По словам Буддемайера, существуют сотни переменных, которые определяют, влияет ли ЭМИ на электронику, включая «размер и ориентацию вашего устройства, структуру здания, в котором вы находитесь, подключаемый модуль или аккумулятор, если он находится за сетевым фильтром. ,» и так далее. Поскольку многие радиостанции имеют более простые и менее чувствительные схемы, чем телефон, они, вероятно, будут первой линией информации после взрыва на земле.

Влияние на здоровье. ЭМИ, связанное с ядерным взрывом, не представляет прямой угрозы для здоровья, хотя оборудование, связанное со здоровьем, может быть затронуто.

Другие эффекты, связанные с оборудованием, связанным с ЭМИ, могут включать остановку транспортных средств (из-за воздействия на электронику транспортного средства), а также разрушение или повреждение компонентов управления водопроводной и электрической системой. Воздействие на коммуникационную инфраструктуру Коммуникационное и другое электронное оборудование, привезенное из незатронутых зон, должно нормально функционировать, если башни связи и ретрансляторы в инфраструктуре продолжают работать. Сотовые телефоны и портативные радиостанции имеют относительно небольшие антенны, и, если они не подключены к источникам электропитания во время электромагнитного импульса (ЭМИ), они могут не пострадать, но для связи они полагаются на исправную инфраструктуру.

Термоядерный синтез с инерционным удержанием (ICF) привлек огромное внимание из-за его потенциала в качестве источника зеленой энергии и его использования для исследования физических процессов в экстремальных условиях. 1,2 Было показано, что взаимодействие высокоинтенсивного лазерного импульса с мишенью имеет решающее значение для достижения ICF вместе с производством большого количества рентгеновских лучей, плазма, и энергичные электроны. Однако этот процесс также сопровождается генерацией высокоинтенсивных (> нескольких сотен килоэлектронвольт на метр) широкополосные (десятки мегагерц – 5 ГГц) электромагнитные импульсы (ЭМИ), которые не только снижают точность сбора экспериментальных данных, но также могут привести к неисправности диагностического оборудования.[5]

Вывод

Электричество и магнетизм тесно связаны. Измените электрическое поле — например, перемещая заряд — и появится магнитное поле. Измените магнитное поле — например, вращая магнит — и появится электрическое поле. Вот почему работают электромагниты, генераторы и антенны. Электромагнитные волны, будь то радио, свет или рентгеновские лучи, представляют собой просто колеблющиеся поля.

Земля имеет огромное естественное магнитное поле благодаря токам внутри ее ядра. Пока он устойчив, это не заметно, за исключением поворота стрелок компаса. Но что, если что-то заставило его двигаться? Это изменение вызовет токи в длинных проводниках, таких как линии электропередач или телекоммуникационные кабели. Поле слабое, но смещение через километры кабеля может вызвать мощные токи, достаточно сильные, чтобы сжечь предохранители или повредить трансформаторы и другую электронику. 

Список литературы

1. Бриджес Дж. Э., Прич М. Биологическое действие электрического поля промышленной частоты: Обзор физических и методологических аспектов // ТИИЭР. — 1981. — Т. 69, N 9. — С. 5 — 35.
2. Гигиенические критерии состояния окружающей среды 16 // Радиочастоты и микроволны. — ВОЗ. — Женева. — 1984. — 145 с.
3. Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека. — М.: Сов. радио, 1974. — 352 с.
4. Савин Б.М., Рубцова Н.Б. Влияние радиоволновых излучений на центральную нервную систему // Итоги науки и техники. Физиология человека и животных. Т. 22. Биологическое действие электромагнитных излучений. — М.: ВИНИТИ, 1978. — С. 68 — 111.
5. Environmental Health Criteria 69 // Magnetic Fields. — WHO. — Geneva. — 1987. — 215 p.
6. Егорова М.А. Категория «контроль юридического лица» как основной критерий формирования группы лиц // Конкурентное право. – 2014. – № 1. – С. 8-13.
7. Егорова М.А. Основания государственного вмешательства в регулирование экономических отношений // Юрист. – 2015. – № 20. – С. 17-21.
8. Егорова М.А. Место саморегулирования в системе социальных норм // Конкурентное право. – 2013. – № 2. – С. 19-25.
9. Егорова М.А. Частно-публичные начала приобретения статуса саморегулируемой организации некоммерческой // Предпринимательское право. – 2013. – № 1. – С. 25-32.
10. Егорова М.А., Кинев А.Ю. Правовые критерии картеля // Право и экономика. – 2016. – № 4(338). – С. 4-11.
11. Егорова М.А., Ефимова Л.Г. Понятие криптовалют в контексте совершенствования российского законодательства // Lex russica (Русский закон). – 2019. – № 7(152). – С. 130-140.
12. Begishev I.R., Khisamova Z.I., Mazitova G.I. Criminal legal ensuring of security of critical information infrastructure of the Russian Federation // Revista Gênero e Direito. – 2019. – Vol. 8. – No 6. – P. 283-292.
13. Begishev I.R., Khisamova Z.I., Mazitova G.I. Information Infrastructure of Safe Computer Attack // Helix. – 2019. – Vol. 9. – No 5. – P. 5639-5642.
14. Bokovnya A.Yu., Khisamova Z.I., Begishev I.R. Study of Russian and the UK Legislations in Combating Digital Crimes // Helix. – 2019. – Vol. 9. – No 5. – P. 5458-5461.
15. Бегишев И.Р. Ответственность за нарушение правил эксплуатации средств хранения, обработки или передачи компьютерной информации и информационно-телекоммуникационных сетей // Вестник УрФО. Безопасность в информационной сфере. – 2012. – № 1(3). – С. 15-18.
16. Бегишев И.Р. Уголовная ответственность за приобретение или сбыт цифровой и документированной информации, заведомо добытой преступным путем // Актуальные проблемы экономики и права. – 2010. – № 1. – С. 123-126.
17. Бегишев И.Р. Проблемы уголовной ответственности за обращение со специальными техническими средствами, предназначенными для негласного получения информации // Следователь. – 2010. – № 5. – С. 2-4.
18. Бегишев И.Р. Изготовление, сбыт или приобретение специальных технических средств, предназначенных для нарушения систем защиты цифровой информации: правовой аспект // Информация и безопасность. – 2010. – Т. 13. – № 2. – С. 255-258.
19. Бегишев И.Р. Правовые аспекты безопасности информационного общества // Информационное общество. – 2011. – № 4. – С. 54-59.
20. Бегишев И.Р. Проблемы ответственности за незаконные действия с информацией, заведомо добытой преступным путем // Безопасность информационных технологий. – 2010. – Т. 17. – № 1. – С. 43-44.