Електродинамічна модель взаємодії електромагнітної хвилі з поверхнею вибухонебезпечної речовини

Кустов Максим Володимирович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-6960-6399

Кулаков Олег Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-5236-1949

Карпов Артем Андрійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0009-0007-9895-1574

Басманов Олексій Євгенович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-6434-6575

Михайловська Юлія Валеріївна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-1090-5033

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2024-39-6

Ключові слова: вибухонебезпечна речовина, вибухонебезпечний предмет, діелектрична проникність, електродинамічна модель, електромагнітна хвиля, тангенс кута діелектричних втрат

Анотація

Побудована електродинамічна модель взаємодії електромагнітної хвилі НВЧ-діапазону, довільно падаючої на поверхню вибухонебезпечної речовини, як найпростішого безоболонкового вибухонебезпечного предмету. Модель створена шляхом розв’язання рівнянь Максвела з відповідними граничними умовами. Модель дозволяє чисельно оцінювати здатність вибухонебезпечних речовин відбивати та локалізовувати енергію електромагнітних хвиль. Визначальними параметрами для цього є кут падіння електромагнітної хвилі та параметри вибухонебезпечної речовини. Застосування моделі дозволяє розраховувати коефіцієнти відбиття та переломлення потужності електромагнітного поля. Показано, що для реальних вибухових речовин з малими кутами діелектричних втрат цей параметр суттєво не впливає на взаємодію електромагнітної хвилі з поверхнею вибухонебезпечної речовини. Найбільш придатними до дистанційного виявлення шляхом опромінення електромагнітною хвилею є вибухонебезпечні речовини з високим значенням відносної діелектричної проникності. Для вибухонебезпечних речовин з невеликим значенням відносної діелектричної проникності значна кількість електромагнітної енергії переломлюється через поверхню вибухонебезпечної речовини й ця енергія може бути поглинена вибухонебезпечною речовиною. Ступінь поглинання визначається величиною тангенсу кута діелектричних втрат – чим більше тангенс кута діелектричних втрат, тим більше енергії має бути поглинене. Для таких вибухонебезпечних речовин можливим є їх дистанційний підрив шляхом опромінювання електромагнітною хвилею. Вибухонебезпечні речовини з проміжним значенням відносної діелектричної проникності мають середні можливості щодо їх дистанційного виявлення та дистанційного підриву. Таким чином, побудована модель дає можливість оцінювати можливість дистанційного виявлення та деактивації вибухонебезпечних предметів за допомогою опромінювання їх електромагнітною хвилею.

Посилання

1. Kustov M., Karpov A., Harbuz S., Savchenko A. Effect of Physical and Chemical Properties of Explosive Materials on the Conditions of their Use. Key Engineering Materials. 2023. Vol. 952. P. 143– doi:10.4028/p-0H8UnG
2. Pospelov B., Rybka E., Togobytska V., Meleshchenko R., Danchenko Yu. Construction of the method for semi-adaptive threshold scaling transformation when computing recurrent plots. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 4. №10(100). P. 22– doi:10.15587/1729-4061.2019.176579
3. Strategic toolkit for assessing risks: a comprehensive toolkit for all-hazards health emergency risk assessment. World Health Organization, 71 p. https://www.who.int/publications/i/item/9789240036086.
4. Pospelov B., Andronov V., Rybka E., Popov V., Romin A. Experimental study of the fluctuations of gas medium parameters as early signs of fire. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 1. № 10(91). P. 50–55. doi: 15587/1729-4061.2018.122419
5. Smoliło J., Chmiela A. The mine liquidation processes in SRK S.A. in a cost approach. Zeszyty Naukowe Politechniki Slaskiej. Seria Organizacji i Zarzadzanie. 2021. Issue 153. P. 429. doi: 10.29119/1641-3466.2021.153.30
6. Tiutiunyk V., Ivanets H., Tolkunov I., Stetsyuk, E. System approach for readiness assessment units of civil defense to actions at emergency situations. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2018. № 1. P. 99–105. doi: 10.29202/nvngu/2018-1/7)
7. Ahmed I. Anti-personnel landmines (APLs): A socio-economic and humanitarian perspective. International Journal of Physical and Social Sciences. 2014. Vol. 4. Issue 4. P.99– https://www.indianjournals.com/ijor.aspx?target=ijor:ijpss&volume=4&issue=4&article=0
8. Prem M., Purroy M.E., Vargas J.F. Landmines: the Local Effects of Demining. TSE Working Paper. 2022. № 1305. Р. 108. https://publications.ut-capitole.fr/id/eprint/44388/1/wp_tse_1305.pdf
9. Behera R., Biswal T., Panda R. Recent Progress in Explosives: A Brief Review. Current Advances in Mechanical Engineering. 2021. P. 305–315. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-33-4795-3_29
10. Zapata F., García-Ruiz C. Chemical classification of explosives. Critical Reviews in Analytical Chemistry. 2021.51. Issue 7. P. 656–673. doi: 10.1080/10408347.2020.1760783
11. Williams D., Myers V., Silvious M. S. Mine Classification With Imbalanced Data. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2009. Vol. 6. Issue 3. P. 528–532. doi: 10.1109/LGRS.2009.2021964
12. Shimoi N., Takita Y. Remote mine sensing technology using a mobile wheeled robot RAT-1.  ICCAS 2010. P. 622– doi: 10.1109/ICCAS.2010.5669836
13. Yoo L., Lee J. H., Lee Y. K., Jung S. K., Choi Y. Application of a drone magnetometer system to military mine detection in the demilitarized zone. Sensors, 2021. Vol. 21(9). 3175. doi: 10.3390/s21093175
14. Ramezani M., Tafazoli S. Using artificial intelligence in mining excavators: automating routine operational decisions. IEEE Industrial Electronics Magazine. 2021.15. Issue 1. P. 6–11. doi: 10.1109/MIE.2020.2964053
15. Daniels D. A review of GPR for landmine detection. Sensing and Imaging. 2006. Vol. 7(3). P. 90– doi: 10.1007/s11220-006-0024-5
16. Wilson J., Gader P., Lee W., Frigui H., Ho K. A Large-Scale Systematic Evaluation Of Algorithms Using Ground Penetrating Radar For Landmine Detection And Discrimination. IEEE Transactions On Geoscience And Remote Sensing. 2007. Vol. 45. Issue 8. P. 2560– doi: 10.1109/TGRS.2007.900993
17. Kustov М., Karpov A. Sensitivity of explosive materials to the action of electromagnetic fields. Проблеми надзвичайних ситуацій. 2023. № 1(37). C. 4– doi: 10.52363/2524-0226-2023-37-1
18. Landau L., Lifshitz E. M. Electrodynamics of continuous media: translated by Sykes J. B., Bell J. S and Kearsley M. J. Pergamon press, Oxford – New York – Toronto – Sydney – Paris – Frankfurt, 2013. 475 p.
19. Greiner W. Classical Electrodynamics (Classical Theoretical Physics). Springer, Dordreht (Holland), 1998. 566 p.