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El pulso

electromagnético

(PEM): La energía

más destructivaM.Sc. Eduardo Mendieta R.

Profesor de Física y Teoría Electromagnética

UPS-sede Guayaquil

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Los efectos del pulso electromagnético(PEM) fue experimentado en los años 40luego de las pruebas de la primerabomba atómica, cuando los equipos delas estaciones de radio y los de tipo eléc-trico fueron completamente inutilizadosen Hawai ubicado a unos 1200 km delsitio de pruebas. Pero debido a la faltade investigación sobre el tema, el efectoreal del PEM fue entendido recién en1962 cuando los Estados Unidos realizóuna serie de pruebas atmosféricas degran altitud que trajo como consecuenciael tratado firmado en 1963 con Rusia alcual se lo denominó el tratado dePruebas Atmosféricas Prohibidas.

Desafortunadamente, el potencialdestructivo de un PEM incrementa con elcreciente desarrollo tecnológico a medi-da que la sociedad se vuelve más depen-diente de los equipos electrónicos. ElPEM no causa daños en la mayoría de laspersonas pero puede poner en peligro lavida de aquellos que usan marcapasos oalgún otro dispositivo electrónicoimplantado en el cuerpo.

Un PEM es creado cuando un artefac-to nuclear es detonado sobre la atmósfe-ra terrestre y actúa más rápido, másbreve y más fuerte que el golpe de unrayo, siendo invisible y sin ruido aparen-te. Sin embargo, este pulso de corta dura-ción crea corrientes de alta intensidad ysobrevoltajes en los equipos electrónicosconectados a una fuente de poder o queutilizan antenas. Esto incluye a los equi-pos de comunicaciones, computadoras,artefactos electrodomésticos, automóvi-les modernos, aviones y helicópteros consistemas electrónicos de ignición y con-ducción. El daño se produce en los com-ponentes electrónicos basados en mate-riales semiconductores, tales comomemorias, procesadores, integrados, asícomo en transistores y elementos de altapotencia como Triacs, tiristores, etc. Estoselementos resultan quemados por elpaso breve de corriente de gran intensi-dad y por ende el equipo queda comple-tamente inutilizado, por lo que podríaoriginar incluso muchos accidentes ymuertes circunstanciales en el caso deque se produzca un PEM al momento deque un vehículo este siendo utilizado.

Una detonación PEM puede destruirequipamiento electrónico en un radio deacción de aproximadamente 1500 km sise lo efectúa a gran altitud. Lo siniestrodel asunto es que una detonación nucle-ar de gran altitud produce un flujo inme-diato de rayos gamma dentro del arte-facto. Los fotones liberados producen asu vez una gran energía en altitudesentre los 20 a 40 km. Estos electrones sonatrapados en el campo magnético de laTierra, dando paso a una corriente eléc-trica oscilante incremental oscilante.

La corriente eléctrica es asimétrica yproduce un campo electromagnético decrecimiento rápido llamado pulso elec-tromagnético el cual debido a la formacomo los electrones son atrapados simul-táneamente, es un campo electromagné-tico coherente muy extenso.

La preocupación mundial de que unataque terrorista pueda involucrar el uso

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Fi gu ra 1.- (A) la ex plo sión ex pan de el tu -bo, cor to cir cui tan do una bo bi na y com pri -mien do el cam po EM ha cia fue ra (B). Elpul so es emi ti do en (C). Re vis ta Me cá ni caPo pu lar 2001

de bombas-e que generen PEM es tangrande que en los actuales momentos sedesarrollan sistemas de aislamiento tipoJaula de Faraday para protección de

equipos electrónicos. Sin embargo, laradiación es tan intensa que logra pene-trar en algunos casos el enrejado puestoa tierra.

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Tabla 1.- Sumario de un PEM

Tipo Amplitud TiempoPico efectivo

Radiación 50 KV/m pocos hsa 200 hs

Frecuencia 2 a 3 Hz

Alcance 15000 km ó más

Fi gu ra 2.- Pro pa ga ción de un pul so elec -tro mag né ti co de gran al tu ra. Re vis ta Me -cá ni ca Po pu lar 2001

Fi gu ra 3 .- Ra dia ción de un pul so elec tro mag né ti co (PEM) a tra vés de una an te -na ver ti cal en tie rra.

DAÑO

(a) Semiconductores. El daño a semi-conductores debido al transiente aplica-do en un PEM es típicamente algunaforma relacionada de falla termal y poreso está asociada a la energía total ins-tantánea aplicada al dispositivo electró-nico. Para elementos discretos (transisto-res, diodos), el modo de falla predomi-nante aparece localizado en la unión através de los puntos de soldadura. La sol-dadura forma trayectos a través de launión que cortocircuitan o cubren cual-quier otra unión en otros elementos delcircuito. También se asocia la quemadurade los caminos metálicos de las placasque ocasionan la falla en circuitos inte-grados. Una exploración aproximadapara el análisis de falla es el concepto derango de falla de poder (Pr). El rango defalla de poder se define como:

Pr = A t –b

Donde A es la constante del daño basa-da en el material del dispositivo y su geo-metría, y b es la constante de dependenciadel tiempo. Estas constantes pueden serdeterminadas empíricamente para cadadispositivo de interés mediante datos depruebas experimentales. Sin embargo, esmás conveniente utilizar el modelo deWunsch, en el que b = ½ , la ecuación teó-rica del modelo de Wunsch es:

Pr = K t – ½ kW/cm2

Siendo t el ancho del pulso en micro-segundos y K es la constante de daño delmodelo de Wunsch en KW – (microse-gundos) ? , ya que K representa la poten-cia necesaria para dañar cierto elementocuando se aplica un pulso de 1 microse-gundo.

(b) Elementos pasivos. Los elementospasivos más susceptible a ser dañadospor una corriente inducida causada porun PEM son aquellos elementos de preci-sión de baja potencia o voltajes de ope-ración muy pequeños, para los cuales

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Figura 4.- Prueba secuencial de la efec-tividad de un PEM. (a) Antena de radia-ción de pulsos PEM. (b) Helicóptero depruebas operado control remoto. (c)Helicóptero de pruebas impactado porun pulso PEM radiado por la antena. (d)Helicóptero de pruebas cae inmediata-mente al perder su sistema de navega-ción electrónica. (tomado del DiscoveryChannel)

cualquier pequeña variación es significa-tiva. Las resistencias de precisión fallancuando circulan por ellas corrientes pul-santes de alto nivel que causan un reca-lentamiento intenso y caída de voltaje.Los capacitores expuestos a corrientestransitorias establecen un voltaje a travésdel capacitor que incrementa con el tiem-po. Para capacitores nanoelectrolíticos elvoltaje se mantiene incrementandohasta que se alcanza el nivel de rupturadel dieléctrico. Este nivel de voltaje esaproximadamente 10 veces el nivel nor-mal de operación indicado en las especi-ficaciones del capacitor. Las bobinas y lostransformadores pueden dañarse debidoa las corrientes inducidas por un PEM querompen el aislamiento del metal. Elpunto de rompimiento para el pulso devoltaje es típicamente 5500 voltios paratransformadores usados en fuentes depoder y 2750 voltios para transformado-res de pequeña señal.

En conclusión, ante un peligro inmi-nente se debe iniciar de inmediato estu-

dios que tiendan a buscar sistemas de ais-lamientos para los dispositivos electróni-cos que representen un peligro de ata-que con pulsos electromagnéticos, ya quemuchos ataques terroristas están orienta-dos a destruir los sistemas de protecciónnacional que usan elementos de lasFuerzas Armadas ó en algunos casos cen-tros de cómputos de organismos interna-cionales. En el caso del terrorismo tecnifi-cado nadie está libre de sufrir un atenta-do que pudiera incluso poner en riesgo lavida humana.

BIBLIOGRAFÍA

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• http://www.airpower.maxwell.af.mil/airchronicles/kopp/apjemp.html

• http://www.globalsecurity.org/wmd/library/report/1988/CM2.htm

• http://www.arrl.org/tis/info/pdf/88615.pdf

• http://www.discovery.channel.com

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