Ein nuklearer elektromagnetischer Impuls,
abgekürzt NEMP (engl. Nuclear Electromagnetic Pulse) wird indirekt als
Folge von intensiver Gammastrahlung in einigen 100 km Höhe über der
Erdatmosphäre im Zusammenhang mit dem Erdmagnetfeld
in der Atmosphäre durch den so genannten Compton-Effekt
ausgelöst. Eine solch starke transiente Gammastrahlungsquelle ist nur durch
eine Atomexplosion
zu erzeugen.
Bis zum Verbot
oberirdischer Kernwaffentests fanden solche Explosionen tatsächlich statt
und beschädigten oder zerstörten in den betroffenen Gebieten Versorgungsnetze
und Schiffe.
Durch hochenergetische Gammaquanten im Bereich
von einigen MeV
aufwärts kommt es an den Molekülen der obersten Schichten der Erdatmosphäre zu einer
schlagartigen Ionisierung: Dabei werden aus den Molekülen Elektronen herausgeschlagen,
so genannte Primärelektronen, von denen ein großer Anteil die ursprüngliche
Richtung des Gammaquants beibehält und sich Richtung dichterer
Atmosphärenschichten bewegt. Ein Teil dieser freien Elektronen verursacht wegen
der hohen Energie in Folge weitere Stoßionisationen
und setzt dabei weitere so genannte Sekundärelektronen frei. Die auf die Erde zufliegenden
negativen Elektronen und die zurückgebliebenen positiven Luftionen bilden einen
transienten elektrischen Dipol. Aufgrund der Ablenkung der bewegten Ladungsträger im
Erdmagnetfeld als Folge der Lorentzkraft entsteht dabei ein transienter magnetischer
Dipol.
Diese zeitlich und räumlich schnell veränderliche
Ladungs- und Stromverteilung der Dipole im oberen Atmosphärenschichten erzeugt
ein breitbandiges, transientes Wellenfeld, welches erst den eigentlichen
elektromagnetischen Impuls ergibt, der für Beeinträchtigungen von
elektronischen Geräten und elektrischen Anlagen verantwortlich ist.
Ein NEMP ist im Unterschied zum LEMP durch die
besonders steile Anstiegsgeschwindigkeit und somit Breitbandigkeit
gekennzeichnet. Bereits nach 4 ns werden 90 % des Maximalwerts
erreicht.
Der genormte NEMP, wie er in Prüflaboratorien zum
Prüfen von Abschirmungen verwendet wird, weist als Maximalwert eine elektrische
Feldstärke von 50 kV/m und eine magnetische Feldstärke von 133 A/m
auf.
Ähnliche Effekte treten auch bei nuklearen
Explosionen in Bodennähe auf. Dort ist die Wirkung des NEMP allerdings auf
einen kleineren räumlichen Bereich beschränkt und durch die thermischen und
mechanischen Effekte der Nuklearexplosion überlagert.
Eine Wirkung ähnlich einem NEMP kann auch durch
starke Gammastrahlungsblitze natürlichen Ursprungs ausgelöst werden,
beispielsweise durch Pulsare oder Gammastrahlenausbrüche, wenn sie der Erde nahe genug sind
und ihr Gammastrahlungs-Leuchtkegel zufällig genau die Erde trifft, so dass die
Intensität der Gammastrahlung stark genug ist. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist
jedoch sehr gering, denn zur Zeit ist kein hinreichend naher Pulsar bekannt,
und Gammastrahlenausbrüche werden zwar recht häufig beobachtet, treten jedoch
auf das gesamte beobachtete Universum verteilt auf und somit sind innerhalb der
Sonnenumgebung außerordentlich selten. Zudem existiert in der näheren
Sonnenumgebung kein Objekt, dass als nach heutigen Vorstellungen als Ursprung
eines Gammastrahlenausbruchs in Frage kommt.
Elektromagnetische Impulse können elektrische und
vor allem elektronische Bauteile im Wirkungsbereich zerstören und werden daher
vom Militär auch in Form bodengebundener EMP-Waffen eingesetzt (siehe auch: elektronische Kampfführung, E-Bombe, Induktion). Als Strahlungsquelle dient
hierfür z. B. die gerichtete Mikrowellenstrahlung
von relativistischen Magnetrons, die, aus Kondensatoren gespeist,
Spitzenleistungen im Terawattbereich liefern.
Auch starke Laserimpulse lösen
bei der Wechselwirkung mit Materie einen EMP aus. Laboratorien zu Forschungszwecken
mit Laser-Strahlungsleistungen bis in den Petawattbereich
weisen daher einen Strahlenschutz und entsprechende weitere Maßnahmen zum
Schutz der Kommunikationsnetze auf.
Die militärische Anwendung von Laserimpulsen
nutzt jedoch nicht diesen Effekt.
Ein Schutz vor EMP ist durch die Einkapselung der
Geräte in einen Faradayschen Käfig und entsprechende
Schutzschaltungen (Galvanische Trennung, Überspannungsableiter)
auf allen elektrischen Zuleitungen möglich.
Bei Funkanlagen
lässt sich die Abschirmung allerdings nur unvollkommen erreichen, da deren Antennen nicht abgeschirmt werden können und die
elektromagnetischen Felder ins Innere leiten.
Räumlich weit ausgedehnte elektrische Leiter, wie
Energieversorgungs- und Kupfer-Telekommunikationsnetze, sind vor allem durch
LEMP bzw. NEMP gefährdet. Metallene Rohrleitungen sind auch durch NEMP
gefährdet. Während Energieversorgungsnetze kaum geschützt werden können, kann man
in Kommunikationsleitungen Trennübertrager oder -verstärker einbauen oder sie
durch Glasfasernetze ersetzen. Rohrleitungen kann man zum Schutz stellenweise
oder ganz aus isolierenden Werkstoffen herstellen.
Hausinstallationen (Energie und Kommunikation) lassen
sich mit einigem Aufwand durch geeignete Erdung und Überspannungsableiter
schützen.
Der elektromagnetische Puls kann als Waffe oder für
Anschläge benutzt werden und dann auch außergewöhnlich schwere Folgen haben
(vgl.: Dritter Gefahrenbericht der Schutzkommission beim
Bundesminister des Innern, Bonn 2006, S. 30-32, 86, 90).