Stromnetz und Versorgung schlagartig ausschalten NEMP

Nuklearer elektromagnetischer Impuls

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.

Weitere EMP-Waffen

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.

Laserstrahlung

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.

Schutz

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).

http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetischer_Puls#Nuklearer_elektromagnetischer_Impuls_.28NEMP.29