1958年4月28日凌晨，美國拳師號航空母艦在太平洋比基尼環礁海岸約70 英里處航行，船員正準備發射一個高空氦氣球。事實上，這將是從船上發射的第17個高空氣球。但這個氣球有點不同，前16個氣球攜帶一些儀器和虛擬有效載荷，而附著在這個氣球上的是一個1.7公斤的彈頭，代號為 Yucca。這是美國在1958年進行的一系列核試驗。

Yucca是在地球大氣層上進行的第一次核爆試驗。氣球發射大約一個半小時后，它到達了約26000米的高度。當兩架裝載儀器的 B-36 轟炸機在該地區盤旋時，彈頭被引爆。飛機上的研究小組在過程中收集了各種數據，包括沖擊波的速度、對氣壓的影響以及釋放的核輻射量。此外，他們還從地面上的兩個位置測量爆產生的電磁波。

自從第一次核爆以來，人們就知道核爆會產生電磁脈沖(EMP)。但在這次之前，沒有人測量過高層大氣核爆產生的波。 這次任務他們記錄的內容遠遠超出了他們的預期，以至于多年來一直被認為是異常現象。報告中提及其中一個監測站的估計電磁場強度約為儀器最大極限的5倍。

5年后，美國物理學家康拉德·朗邁爾才提出了一個關于高空核爆產生的電磁脈沖的理論，該理論解釋了為什么空中比地面爆炸產生的電磁脈沖強幾個數量級，現在這個理論仍然被廣泛接受。從那時起，對核戰爭的恐懼不僅包括彈頭擊中人口稠密地區、摧毀城市和產生核輻射的情況，還包括在高層大氣中引爆彈頭，向其發射足夠強的EMP，這足以擾亂電子設備，甚至破壞電網。

在2019年，一個名為電力研究所的能源組織資助了一項研究，試圖準確了解高空核EMP對電網可能發生的情況。這不是同類研究中的一項，但它擁有我能找到的所有研究中豐富的工程細節。

核電磁脈沖的組成

幾乎在所有情況下，核爆都是不受歡迎的。這些事件本質上是危險的，核爆的物理原理遠遠超出了我們的直覺。在高層大氣中尤其如此，核爆以一些非常的方式與地球磁場及其大氣相互作用，從而產生電磁脈沖。一個EMP實際上具有三個不同的組成部分，所有這些組成部分都是由不同的物理機制形成的，它們可能對地球表面產生顯著不同的影響。

EMP的第一部分稱為E1，這是核爆后立即出現的極快和強烈的脈沖。核爆期間釋放的伽馬射線與電子碰撞，使原子電離并產生電磁輻射爆發。當在大氣層高處引爆時，地球磁場與這些自由電子相互作用，產生比在低海拔地區引爆強得多的電磁脈沖。E1脈沖在幾納秒內反復發生，這意味著它分布在電磁頻譜的很大一部分中。E1脈沖通常會到達核爆視線范圍內的任何地方，對于高空爆發，這可以覆蓋大片土地。 雖然像這樣的WQ不會損壞建筑物、人類感覺不到，但E1脈沖會對電子設備產生巨大影響。

E2脈沖比E1慢，因為它以不同的方式產生，這次是由伽馬射線和中子的相互作用產生的。事實證明，E2 脈沖與雷擊大致相當。事實上，許多雷擊比高空核爆產生的雷擊更強大。當然，電網并非不受雷電影響，但我們確實使用了大量的防雷技術。電網上的大多數設備已經對一些高壓脈沖進行了加固，因此雷擊通常不會造成太大的損壞。因此，E2 脈沖不會對我們的電力基礎設施構成威脅，尤其是與E1和E3相比。

EMP 的最后一個組成部分稱為 E3，再次與其他兩個有很大不同。它甚至根本不是一個脈沖，因為它是以不同的方式產生的。當上層大氣發生核爆時，地球磁場會受到干擾和扭曲。隨著核爆消散，磁場會在幾分鐘內慢慢恢復到原來的狀態。這類似于太陽風暴對地球時發生的情況，大型太陽事件可能比核EMP對電網構成更大的威脅。

那么這些脈沖會造成什么破壞？電力研究所模擬了在200公里高度引爆的1兆噸的測試。他們估計，大約5%的輸電線路可能有一個繼電器，該繼電器會被由此產生的E1損壞，僅憑這一點可能還不足以導致電網大規模停電。但由于變壓器鐵芯飽和和電力供需失衡，E3可能導致區域性停電。

Transtector和Polyphaser推出了針對電源和信號的可以防護高空核磁爆HEMP的產品，防護等級包含E1,E2和E3。