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第1章 引言1

1.1 相关技术发展背景1

1.2 抗辐射加固技术发展的需求3

1.3 本手册概要4

第2章 概述6

2.1 高空核试验概况6

2.1.1 高空核试验场区及共轭区6

2.1.2 高空核试验概况6

2.2 高空环境概要10

2.2.1 大气结构10

2.2.2 电离层13

2.2.3 高空磁场13

2.2.4 Van Allen辐射带15

2.3 高空核爆炸景象17

2.3.1 爆炸高度在80 km左右的核爆炸景象17

2.3.2 约400 km高度的核爆炸景象18

2.3.3 高空核爆炸光辐射现象的基本特点18

2.4 核爆炸生成的瞬时高空核环境20

2.4.1 核爆炸发展过程20

2.4.2 瞬时毁伤因素21

2.5 核爆炸生成的持续核环境和地球物理效应23

2.5.1 持续核环境23

2.5.2 空间天气和地球物理效应概况23

2.6 高空核爆炸的毁伤作用25

2.6.1 对空间飞行器的毁伤作用25

2.6.2 对卫星的潜在威胁26

2.6.3 对地面无线电通讯、雷达的影响28

2.6.4 对信息网络系统的影响29

参考文献30

第3章 高空核爆炸X射线31

3.1 引言31

3.2 X射线时间谱31

3.3 X射线能谱33

3.3.1 核爆炸X射线的等效黑体温度35

3.3.2 X射线效应评估时黑体谱的区分36

3.4 X射线曝辐射量（能注量）的空间分布36

3.4.1 一般公式36

3.4.2 QX在总威力中所占比例37

3.4.3 X射线在冷空气中质量吸收系数K（u）37

3.4.4 曝辐射量（能注量）随距离变化38

3.4.5 X射线能谱随传播距离的变化40

3.5 高空核爆炸X射线在大气中的能量沉积41

3.5.1 能量沉积的计算公式41

3.5.2 裸核区半径41

3.5.3 爆点下方的能量沉积42

3.5.4 X射线对大气的电离效应44

3.6 X射线在物质中的能量沉积45

3.6.1 X射线与物质相互作用概要45

3.6.2 X射线在平面靶上的能量沉积48

3.6.3 X射线在材料中能量沉积和传输49

3.6.4 X射线对高Z材料透过率和黑体谱变化51

3.7 X射线的毁伤效应53

3.7.1 X射线的热—力学效应53

3.7.2 X射线的核辐射效应55

参考文献56

第4章 高空核爆炸火球及光辐射现象57

4.1 不同爆高条件下高空核爆炸光辐射景象57

4.1.1 相关高空环境57

4.1.2 高空核爆炸光辐射景象随高度的变化57

4.2 高空核爆炸燃烧火球及荧光现象59

4.2.1 燃烧火球59

4.2.2 荧光现象63

4.3 爆高低于120 km高空核爆炸火球的发展过程63

4.3.1 火球发展过程63

4.3.2 火球半径随时间变化过程64

4.4 火球光辐射66

4.4.1 火球光辐射总能量66

4.4.2 火球光辐射光谱68

4.4.3 火球的辐射时间及冷却过程69

4.4.4 火球的曝辐射量72

4.5 光辐射对地面的影响73

4.5.1 地面的曝辐射量73

4.5.2 光辐射对地面人员眼睛的烧伤74

4.6 同温层核爆炸光辐射75

4.6.1 引言75

4.6.2 爆炸产物向真空飞散75

4.6.3 Starfsh高空核试验早期光辐射景象77

参考文献78

第5章 高空核爆炸中子79

5.1 核爆炸中子源基本特征79

5.1.1 中子总数79

5.1.2 中子能谱80

5.2 中子注量的空间分布82

5.2.1 中子注量空间分布的计算82

5.2.2 1 MeV等效中子注量85

5.3 中子与物质的相互作用89

5.3.1 中子与原子核的相互作用89

5.3.2 中子对材料的活化92

5.4 中子的毁伤效应95

5.4.1 位移毁伤效应95

5.4.2 单粒子效应（SEE）99

5.4.3 中子辐照材料的温升估算100

参考文献101

第6章 高空核爆炸γ辐射103

6.1 高空核爆炸γ辐射源基本特征103

6.1.1 γ辐射源及其分类103

6.1.2 γ光子总数和峰值γ能量释放率103

6.1.3 γ辐射能谱105

6.2 γ辐射时间谱、γ剂量率107

6.2.1 核爆炸早期γ辐射时间谱特征107

6.2.2 γ瞬发辐射时间谱108

6.2.3 γ剂量率110

6.3 γ电离辐射总剂量及其空间分布112

6.4 γ射线与物质的相互作用114

6.4.1 光电效应114

6.4.2 康普顿（Compton）散射116

6.4.3 电子对效应119

6.5 γ辐射的毁伤效应121

6.5.1 引言121

6.5.2 γ辐射总剂量毁伤121

6.5.3 γ剂量率毁伤125

6.5.4 γ辐照累积照射的影响125

6.5.5 电缆和光纤的γ辐射效应127

参考文献129

第7章 高空核爆炸碎片云130

7.1 高空核爆炸碎片云的基本特征130

7.2 碎片云的扩展、上升132

7.2.1 碎片云的扩展过程132

7.2.2 碎片云的上升运动135

7.2.3 碎片云在地磁场作用下的运动137

7.3 碎片云的放射性139

7.3.1 核爆炸裂变产物的放射性强度139

7.3.2 碎片云放射性浓度随时间变化140

7.4 碎片云对卫星的潜在毁伤效应分析141

7.4.1 1 MeV等效电子注量Фe和γ辐照受照量141

7.4.2 卫星表面放射性污染142

参考文献144

第8章 高空核爆炸电磁脉冲及其效应145

8.1 引言145

8.2 核电磁脉冲产生机理148

8.2.1 核电磁脉冲产生的基本概念148

8.2.2 辐射源项149

8.2.3 电流源项152

8.2.4 大气电导率157

8.2.5 球对称情况下的电磁脉冲159

8.2.6 高空核电磁脉冲160

8.2.7 中期电磁脉冲164

8.2.8 磁流体动力学电磁脉冲164

8.2.9 色散电磁脉冲168

8.2.10 SGEMP和IEMP169

8.2.11 数值计算方法169

8.3 电磁脉冲参数170

8.3.1 HEMP波形的数学表示170

8.3.2 Bell实验室的HEMP波形标准171

8.3.3 IEC的HEMP波形标准172

8.3.4 Bell实验室和IEC波形标准的比较174

8.3.5 其他HEMP标准177

8.3.6 HEMP的数值拟合177

8.4 EMP耦合效应181

8.4.1 电缆耦合182

8.4.2 天线耦合191

8.4.3 SGEMP耦合198

8.5 仪器舱的IEMP效应210

参考文献211

第9章 高空核爆炸电离层效应214

9.1 概况214

9.2 爆炸高度对电离效应的影响215

9.3 瞬发点源产生的附加电离217

9.4 体源产生的附加电离219

9.4.1 剩余γ辐射造成的附加电离219

9.4.2 β粒子产生的附加电离220

9.5 附加电离的时空分布222

9.6 电离效应对电磁波传播的影响225

9.6.1 国外高空核试验的结果225

9.6.2 影响电磁波传播的机理及特点226

9.6.3 附加电离区对无线电通讯的影响230

9.6.4 附加电离对雷达的影响232

参考文献235

第10章 高空核爆炸辐射带效应及电子辐射236

10.1 高空核试验辐射带效应实测结果236

10.1.1 Argus试验236

10.1.2 Teak和Orange试验239

10.1.3 Starfish试验240

10.1.4 前苏联高空核试验243

10.2 辐射带基本理论245

10.2.1 带电粒子在地磁场中的运动245

10.2.2 磁壳参数247

10.2.3 通量关系249

10.2.4 带电粒子的扩散损失250

10.3 电子辐射252

10.3.1 同步辐射特征252

10.3.2 辐射功率、同步辐射噪声252

10.3.3 同步辐射在核查高空核试验中的应用256

10.4 对低轨卫星可能造成的损伤258

10.4.1 高空核爆炸人造辐射带对卫星毁伤效应分析258

10.4.2 高空核爆炸人造辐射带环境对低轨卫星寿命的影响260

参考文献261

第11章 高空核爆炸的空间天气效应263

11.1 空间天气及其效应概况263

11.2 高空核爆炸对空间天气的影响266

11.3 地磁扰动267

11.3.1 自然磁暴的基本特征267

11.3.2 高空核爆炸引起地磁扰动268

11.4 人造极光270

11.4.1 自然极光基本特征270

11.4.2 核爆炸产生的极光271

参考文献272