为了解临近空间核爆炸碎片云运动特征与规律，利用建立的临近空间核爆炸碎片云运动计算模型，对当量1 kt~10 Mt爆高30~80 km核爆炸碎片云运动进行了系统性计算研究。结果表明：碎片云最大上升高度、水平半径和上升速度随爆高和当量增加。爆高30 km千吨级核爆炸碎片云最大上升高度为13~16 km，爆后5 min最大水平半径为4~5 km，兆吨级核爆炸碎片云最大上升高度为20~40 km，爆后5 min最大水平半径为15~30 km；爆高80 km千吨级核爆炸碎片云最大上升高度为30~50 km，爆后5 min最大水平半径为20~40 km，兆吨级核爆炸碎片云最大上升高度为200~400 km，爆后5 min最大水平半径为110~220 km。当量较小、爆高较低时，碎片云形状演化为扁椭球形；当量较大、爆高较高时，碎片云形状演化为倒梨形。研究得到的碎片云运动参数可为临近空间核爆炸电离层和人工辐射带等地球物理效应研究提供缓发辐射源信息。
临近空间核爆炸 碎片云 计算模型 运动规律 Near-space nuclear detonation Debris Computational model Motion law
为了监测出核爆炸, 采用一种改进的Horn-Schunck算法, 进行了理论分析和实验验证。计算出连续帧核爆图片的光流场, 绘制出光流场图。例如, 取第1159帧和第1160帧图像, 得到了水平光流均值为0.018181pixel/s, 均方差为0.375775pixel/s; 垂直光流均值为-0.503308pixel/s, 均方差为0.896142pixel/s。结果表明, 根据图形及速度分布能够判断出核爆炸。
图像处理 核爆炸 光流场 Horn-Schunck算法 image processing nuclear explosion optic flow field Horn-Schunck algorithm
1 清华大学 工程物理系， 北京 100084
2 西北核技术研究所, 西安 710024
采用壳模型分析深空核爆在远场产生辐射电磁脉冲的规律，对深空核爆电磁脉冲的形成机理进行研究。在已知电子运动规律的前提下，推导了发射电子的电偶极矩表达式，并得到了辐射电磁脉冲的特性。计算结果表明:远处辐射场的峰值电场与爆炸当量无关，但达到峰值的时间随爆炸当量增加而提前；电子初始动能的增大也能线性地提高峰值强度；峰值强度与上升时间常数及弹体半径的平方成正比。
电磁脉冲 电偶极矩 核爆炸 壳模型 electromagnetic pulse electric dipole moment nuclear explosion case signal model 强激光与粒子束
2011, 23(10): 2831
1 清华大学 工程物理系, 北京 100084
2 西北核技术研究所, 西安 710024
采用壳模型分析了深空核爆的电子运动规律，对深空核爆电磁脉冲的形成机理进行了初步研究。考虑MeV量级出射电子的相对论效应，在相对论框架下进行了电子运动过程的推导。计算了空间电荷层限制的形成时间，并提出一旦形成空间电荷限制，后续状态满足准静态近似条件。在此基础上，推导了空间电荷振荡的频率，并与半数值计算的结果进行比对，二者符合得较好。计算表明，远场达到峰值的时间与爆炸当量、电子初始动能和弹体半径等参数密切相关,电场峰值总是出现在核反应极大值之前，并且在空间电荷层限制的形成时间附近。
电磁脉冲 电偶极子 核爆炸 壳模型 electromagnetic pulse dipole moment nuclear detonation case signal model
1 华中科技大学 光电子科学与工程学院，湖北 武汉 430074
2 湖南理工学院 物理与电子信息系，湖南 岳阳 414006
从核爆炸光辐射特点出发，结合我国中纬度地区大气特点，研究了(0．2～1．2)μm波段大气传输性能。通过实际测量数据分析可知，大气对(0．2～1．2)μm光辐射起主要作用的成分有水蒸气、二氧化碳和臭氧的分子吸收和散射以及气溶胶大粒子的散射。综合考虑这些因素，改进了水平路径传输上(0．2～1．2)μm光辐射大气传输经验方程。计算机仿真结果表明：该方程能体现我国中纬度地区光辐射的传输情况，对(0．4～0．8)μm可见光波段能很好地吻合。将(0．4～0．8)μm波段光辐射大气传输定量计算结果直接应用到基于可见光辐射探测的核爆炸探测子系统中，模拟核爆炸探测，实验结果表明：与传统大气传输计算软件的定性结果相比，该方法的测量精度有明显的提高。
核爆炸 光辐射探测 光吸收 光散射 大气传输 nuclear explosion detection of light radiation light absorption light scattering atmospheric transmission
华中科技大学 光电子科学与工程学院,武汉 430074
从核爆炸光辐射的特点出发,对基于高速CMOS图像采集与处理的核爆炸光辐射探测系统从理论和结构上进行了分析。根据实际需求,采用高速CMOS成像器件作为光电传感器、DSP快速图像处理系统为中心进行系统架构。分析了基于图像处理的核爆炸参数测量原理,并对大气传输造成的光辐射测量误差进行了计算,编写了图像处理的相关算法程序。模拟实验表明,基于图像处理的核爆炸光辐射探测系统能准确探测核爆炸的相关参数如当量、俯仰角和距离,与传统方法相比具有高精度和良好的稳定性和可靠性,具有一定的实用价值。
核爆炸 光辐射 大气传输 光电探测 nuclear explosion ray radiation atmosphere transmission optoelectronic detection
1 防化研究院,第二研究所,北京,102205
2 西北核技术研究所,陕西,西安,710024
在分析不同类型完全匹配层特点的基础上,选用了卷积形式完全匹配层(CPML)截断空中核爆电磁脉冲数值模拟的开放边界.从自由空间中电磁波的平面波解和分裂形式的完全匹配层出发,构造了未分裂形式的完全匹配层,应用傅里叶变换的卷积定理,推导出2维旋转椭球-双曲正交坐标系下卷积形式完全匹配层介质中电磁场的迭代形式的离散方程.计算表明,采用CPML吸收边界方法使得截断的外边界处的场的计算误差大大减少.
卷积完全匹配层(CPML) 时域有限差分 电磁脉冲 核爆炸 截断 Convolutional perfectly matched layer（CPML） FDTD Electromagnetic pulse Nuclear explosions Truncation
研究了金属壳体和电缆遇到高空核爆炸产生的脉冲X射线辐射时的系统电磁脉冲响应,讨论了系统电磁脉冲产生机理、幅值和对系统的耦合途径.通过对计算和试验数据的分析,获得了金属壳体模型和单电缆及双电缆的系统电磁脉冲响应数据,简要分析了壳体的系统电磁脉冲损伤薄弱环节.
高空核爆炸 X射线 系统电磁脉冲 电缆 High altitude nuclear explosion X-ray SGEMP Cable
