Взаємодія електромагнітної хвилі з поверхнею реальної вибухонебезпечної речовини

Карпов Артем Андрійович

Національний університет цивільного захисту України

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

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

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/10.52363/2524-0226-2024-40-5

Ключові слова: вибухонебезпечна речовина, гуманітарне розмінування, діелектричні властивості, електромагнітне випромінювання, коефіцієнт відбиття, поляризація електромагнітної хвилі

Анотація

 Розвинуті теоретичні основи ефективного виявлення та знешкодження вибухонебезпечних речовин за допомогою електромагнітного випромінювання. Проблема виявлення вибухонебезпечних речовин є надзвичайно актуальною. Розвиток нових методів, заснованих на фізичних принципах взаємодії електромагнітного випромінювання з вибухонебезпечною речовиною, є перспективним напрямком досліджень. Побудована електродинамічна модель взаємодії електромагнітної хвилі з поверхнею реальної вибухонебезпечної речовини, яка враховує кут падіння хвилі та її поляризацію. При побудові моделі були розв’язані рівняння Максвелла з граничними умовами на межі розділу повітря – вибухонебезпечна речовина. В якості об’єктів дослідження розглядалися вибухонебезпечні речовини з різними електромагнітними властивостями. Для розв’язання задачі було використано чисельне моделювання. Розраховано енергетичні коефіцієнти відбиття, переломлення та поглинання електромагнітного випромінювання вибухонебезпечною речовиною. Встановлено, що наслідки взаємодії електромагнітної хвилі з вибухонебезпечною речовиною залежать від кута її падіння. Оптимальний кут падіння для більшості досліджених вибухонебезпечних речовин знаходиться в діапазоні від 60 до 75 градусів. Для вибухонебезпечної речовини з малими діелектричними втратами вплив тангенса кута діелектричних втрат на уявну частину кута переломлення є незначним. Це свідчить про те, що для таких матеріалів основним результатом взаємодії є відбиття електромагнітної хвилі. Було показано, що енергетичний коефіцієнт переломлення має локальний екстремум (максимум) в діапазоні кутів падіння від 65 до 85 градусів. Енергетичний коефіцієнт відбиття для плоскої електромагнітної хвилі з вертикальною поляризацією збільшується зі збільшенням дійсної частини відносної діелектричної проникності за законом, близьким до логарифмічного для кутів падіння менших за 60 градусів.

Посилання

1. Furuta K., Ishikawa J. Anti-personnel landmine detection for humanitarian demining. Berlin, Germany: Springer. 2009. P. 3–81. doi: 10.1007/978-1-84882-346-4_11
2. Marsh L. A., Verre W. Combining Electromagnetic Spectroscopy and Ground-Penetrating Radar for the Detection of Anti-Personnel Landmines. Sensors, 2019. Vol. № 15. P. 3390. doi: 10.3390/s19153390
3. Onodera T. Biochemical Sensors. 2013. P. 351. doi: 10.1201/b15650-26.
4. Prada P. A., Rodríguez M. C. Demining dogs in Colombia–A review of operational challenges, chemical perspectives, and practical implications. Science & Justice. 2016. Vol. 56(4). P. 269–277. doi: 10.1016/j.scijus.2016.03.002
5. Hemapala M. U., Huseyin C. Robots Operation in Hazardous Environment. IntechOpen. Croatia. 2017. P. 140. doi: 10.5772/65992
6. Koyama E., Hirose A. Development of Complex-Valued Self-Organizing-Map Landmine Visualization System Equipped with Moving One-Dimensional Array Antenna. IEICE Transactions on Electronics. 2018. Vol.101(1). P.  doi: 10.1587/
   transele.E101.C.35
7. Ekenberg L., Fasth T., Larsson A. Hazards and quality control in humanitarian demining. International Journal of Quality & Reliability Management. 2018. Vol. 35. № P. 897–913. doi:10.1108/IJQRM-01-2016-0012
8. Müller C., Scharmach M., Gaal M., Guelle D., Lewis A., Sieber A. Performance demonstration for humanitarian demining: Test and evaluation of mine searching equipment in detecting mines. Materials Testing. 2003. Vol. 45(11–12). P. 504–512. doi: 10.1515/mt-2003-0004
9. Mikulic D., Mikulic D. Design of demining machines. Springer London. 2013. P. 73–152. doi: 10.1007/978-1-4471-4504-2_5
10. Kustov M., Karpov A. Sensitivity of explosive materials to the action of electromagnetic fields. Проблеми надзвичайних ситуацій. Харків: НУЦЗ України. № 1(37). C. 4–17. doi: 10.52363/2524-0226-2023-37-1
11. Salam A., Raza U., Salam A., Raza U. Electromagnetic characteristics of the soil. Signals in the Soil: Developments in Internet of Underground Things. 2020. P. 39–59. doi: 10.1007/978-3-030-50861-6_2
12. Krivtsun V., Nanivska L. Factors affecting the demining process. Social Development and Security. 2023. Vol. 13(5). P. 38–44. doi: 10.33445/sds.2023.13.5.5
13. Lee J. S., Yu J. D. Non-destructive method for evaluating grouted ratio of soil nail using electromagnetic wave. Journal of Nondestructive Evaluation. 2019. Vol. 38. P. 1–15. doi: 10.1007/s10921-019-0582-9
14. Кустов М. В., Кулаков О. В., Карпов А. А., Басманов О. Є., Михайловська Ю. В. Електродинамічна модель взаємодії електромагнітної хвилі з поверхнею вибухонебезпечної речовини. Проблеми надзвичайних ситуацій: Науковий журнал, Харків: НУЦЗ України. 2024. № 1(39). С. 81–95. doi: 10.52363/2524-0226-2024-39-6
15. Zhou Q., Yao X., Hu J. Study on the propagation characteristic of electromagnetic wave based on WUSN. Journal of Electromagnetic Waves and Applications. 2021. Vol. 35(13). P. 1708–1718. doi: 10.1080/09205071.2021.1915882