Dieses Jahr die Sonne wird das Sonnenmaximum erreicheneine Periode höchster magnetischer Aktivität, die etwa alle 11 Jahre auftritt. Das bedeutet mehr Sonnenflecken und häufigere intensive Sonnenstürme. Hier auf der Erde führen diese zu wunderschönen Polarlichtaktivitäten, aber auch zu geomagnetischen Stürmen und der Gefahr elektromagnetischer Impulse (EMPs), die große Schäden an elektronischen Geräten und Kommunikationssystemen verursachen können.
Und die Sonne ist nicht die einzige EMP-Quelle. Von Menschenhand geschaffene EMP-Generatoren Auf Lastwagen oder Flugzeugen montiert können sie als taktische Waffen eingesetzt werden, um Drohnen, Satellitenund Infrastruktur. Noch schlimmer ist, dass eine in großer Höhe detonierte Atomwaffe neben ihren katastrophaleren Auswirkungen auch eine weitreichende EMP-Explosion auslösen könnte. IEEE-Spektrumsprach mit Yilu LiuWer war EMPs erforschen am Oak Ridge National Laboratory im US-Bundesstaat Tennessee über die möglichen Auswirkungen des Phänomens auf Stromnetze und andere elektronische Geräte.
Was sind die Unterschiede zwischen den verschiedenen EMP-Arten?
Yilu Liu: Eine Atomexplosion in mehr als 30 Kilometern Höhe würde einen EMP mit einem viel breiteren Spektrum erzeugen als eine Bodenwaffe oder ein geomagnetischer Sturm, und er würde in drei Phasen auftreten. Zuerst kommt E1, ein starker Impuls, der sehr schnelle Hochfrequenzwellen erzeugt. Die zweite Phase, E2, erzeugt Strom, der dem eines Blitzschlags ähnelt. Die dritte Phase, E3, erzeugt eine langsame, variierende Wellenform, ähnlich wie Gleichstrom. [DC]die mehrere Minuten dauern kann. Eine elektromagnetische Waffe auf Bodenniveau wäre wahrscheinlich so konzipiert, dass sie Hochfrequenzwellen aussendet, die denen eines E1 ähneln. Solare magnetische Störungen erzeugen eine langsame, variierende Wellenform, die der von E3 ähnelt.
Wie schädigen EMPs Stromnetze und elektronische Geräte?
Liu: Phase E1 induziert Strom in Leitern, der zu empfindlichen elektronischen Schaltkreisen fließt und diese zerstört oder Fehlfunktionen verursacht. Über E2 machen wir uns keine großen Sorgen, da es wie ein Blitzschlag ist und die Stromnetze dagegen geschützt sind. Phase E3 und solare magnetische EMPs injizieren einen fremden, gleichstromähnlichen Strom in die Übertragungsleitungen, der die Transformatoren sättigt und viele hochfrequente Ströme verursacht, die zu Stromausfällen geführt haben.
Wie untersucht man die Auswirkungen eines EMP, ohne einen zu erzeugen?
Liu: Wir haben die Ausbreitung schwacher elektromagnetischer Wellen aus dem Rundfunk in ein Gebäude gemessen. Wir wollten wissen, ob physische Strukturen wie Gebäude als Filter wirken können. Deshalb haben wir Funksignale sowohl innerhalb als auch außerhalb eines Wasserkraftwerks und anderer Gebäude gemessen, um herauszufinden, wie viel davon ins Innere gelangt. Unsere Computermodelle haben die Messungen dann verstärkt, um zu simulieren, wie sich ein EMP auf die Ausrüstung auswirken würde.
Was haben Sie über den Schutz von Gebäuden vor Schäden durch EMPs gelernt?
Liu: Verwenden Sie beim Bau von Gebäuden unbedingt Bewehrungsstahl im Beton. Er ist ein sehr wirksamer Schutz gegen elektromagnetische Wellen. Große Fenster sind Eintrittspunkte, also platzieren Sie keine ungeschirmten Steuerkreise in deren Nähe. Und wenn Strom- oder Kommunikationskabel in das Gebäude führen, achten Sie darauf, dass sie gut abgeschirmt sind, da sie sonst wie Antennen wirken.
Haben solare EMPs in der Vergangenheit Schäden verursacht?
Liu: Das verheerendste Ereignis der letzten Zeit war in Quebec im Jahr 1989was zu einem Stromausfall führte. Sobald ein Transformator gesättigt ist, beträgt der ins Netz fließende Strom nicht mehr nur 60 Hertz, sondern ein Vielfaches von 60 Hz, und die Kondensatoren lösen aus, und dann bricht die Spannung zusammen und das Netz erleidet einen Stromausfall. Die Industrie ist jetzt besser vorbereitet. Aber man weiß nie, ob der nächste Sonnensturm werden die der Vergangenheit übertreffen.
Dieser Artikel erscheint in der Juni-Ausgabe 2024 unter dem Titel „5 Fragen an Yilu Liu“.
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