Social infrastructure facilities can be destroyed instantly when exposed to EMP (ElectroMagnetic Pulse), causing social chaos. However, concrete structures with low electrical conductivity cannot expect EMP shielding effect. Therefore, in this study, a metal sprayed thin film showing excellent EMP shielding performance was applied to a concrete structure to evaluate the metal spray welding efficiency and adhesion performance of the thin film according to the concrete surface treatment method. As a result according to the concrete surface treatment method, It was confirmed that the use of a roughening agent that generates physical irregularities in order to improve the welding efficiency and adhesion performance increases the physical performance of the concrete and metal sprayed thin film.
한반도 안보상황에서 주변국들에 의한 EMP 위협이 고조되는 상황에서 EMP 방호시설은 군의 작전수행능력을 보장할 수 있는 매우 중요한 수단이다. 이러한 EMP 방호시설은 작전을 수행하는 부대의 다양한 요소들을 종합적 고려하여 구축하여야 한다. 하지만 현 군 관의 EMP 방호기준은 80dB의 일률적인 차폐효율만을 요구하고 있다. 본 연구에서는 전문가 집단의 의견을 통해 객관적이고 통계적 방법을 사용하여 방호요구수준의 고려사항을 재선정하고자 한다. 연구방법은 델파이기법을 사용하였으며, 53명의 EMP방호 설계기준과 관련 있는 전문가들을 선정하였다. 1차 설문은 EMP 방호의 적정수준에 대하여 조사하였고, 2차 설문은 방호대책 수립시 고려요소에 대하여 분석하였다. 채택된 전문가의 의견에 대해 요인분석을 실시한 결과, EMP 방호요구수준 설정시 METT+TC 요소를 고려하여야 한다는 것을 확인하였다.
배기관 및 급수관에 사용되는 다층 구조 도파관은 공정의 이점 및 유속 손실을 줄이는 장점을 가진다. 또한, 겹치는 층의 수를 증가시켜 차폐효과를 보상할 수 있다. 하지만 다층 구조 도파관의 차폐효과를 기존의 차폐효과 방정식으로는 예측할 수 없음에서 발생하는 적용 한계를 극복하기 위해, 수정된 차폐효과 방정식을 제안하였다. 수정된 차폐효과 방정식은 다층 구조 도파관 내부가 공기로 채워진 경우와 특정 매질이 채워졌을 경우로 나누어서 2층 구조에서부터 64층 구조까지 증가시켜 결과를 얻어냈다. 또한, 결과의 타당성을 증명하기 위하여 시뮬레이션 결과와 비교하여 제안된 차폐 효과 방정식이 일치하는 것을 확인하였다.
핵무기 공격 시나 전자폭탄의 공겨 시 발생하는 전자기펄스(EMP: electromagnetic pulse)는 무기체계, 정보기기, 유·무선 통신장비, 전력공급 장비 등에 영향을 주어 전장에서 혼란을 초래하게 한다. 지금까지의 군에 적용 중인 EMP 방호에 대한 기준은 고정 및 이동시설과 장비를 중심으로 되어 있어 무기체계 중심의 단일 전술제대에 대한 EMP 방호 소요에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 전술제대 중 기동력과 화력, 충격력을 지닌 전차대대의 전차와 지휘용장갑차를 중심으로 EMP에 취약한 지휘통제, 기동, 화력체계에 대하여 EMP 방호기준을 설정하고, EMP 차폐 및 차단 등 EMP 방호능력 발전방안을 구체적으로 제시하였다. 이를 통해 EMP 상황하 부대 지휘통제와 부대원의 생존성을 보장하고 임무수행 여건을 보장하고자 한다.
The objective of this study was to characterize Waveguide-Blow-Cutoff (WBC) array for Electromagnetic Pulse (EMP) shield in air duct or water pipe, the typical pathway of pulse in indoor space with critical electronic device. A numerical investigation with three different WBC designs (circular, rectangular, and hexagonal or honeycomb) was conducted to satisfy recommended shielding effectiveness (SE) levels from 80 dB to 140 dB. Pressure drop between upstream and downstream of EMP shields based on WBC arrays was also investigated to understand air flow feature in air duct of HVAC system. Results showed that honeycomb geometry outperformed other shapes in terms of reducing the depth of EMP shield, thus providing better air flow in duct path with lower local loss coefficient in HVAC system under SE requirements.
In this study, we evaluated the flow characteristics of various types of waveguide-below-cutoff (WBC) arrays and their shielding effectiveness (SE) of electromagnetic pulses (EMP) based on computational fluid dynamics (CFD). Three types of waveguides were selected for analysis: (1) grid type, (2) honeycomb type, and (3) multi-layer types (2-ply, 4-ply, 6-ply, and 8-ply). To analyze the air flow characteristics, the flow velocities in the longitudinal center of the WBC and the differential pressures between the WBC array inlet and outlet were evaluated. Consequently, we derive the following conclusions: (1) despite an increase in the inlet velocity, the pressure drop of the 6-ply multi-layer type did not significantly increase as compared to that of other types of waveguides (waveguide thickness of 0.1 mm, SE of 100 dB); (2) the grid and honeycomb type had the fastest flow rate of 17.5 m/s, which is approximately 2.5 m/s faster than that at the inlet (waveguide thickness of 1 mm, module size of 30 mm); and (3) the average pressure drop of the grid type waveguide is the lowest in the overall model, whereas that of the 8-ply is the highest (waveguide thickness of 1 mm, module size of 30 mm, and SE of 80, 100 dB).
본 연구의 목적은 경량 연자성 소재의 방사선 차폐 효과를 분석하여 군사시설에 대한 적용 가능성을 확인하는 것이다. 연자성 물질은 EMP 차폐에 효과적인 것으로 알려져 있다. 이 물질이 방사선 차폐에도 효과적이라면 군 방호에 효과적으로 적용이 가능할 것으로 예상된다. 이에 본 연구에서는 감마선 차폐 효과를 확인하기 위해 Cs-137 및 Co-60 선원을 사용하여 실험을 수행하였으며, 중성자 차폐 효과를 평가하기 위해 Monte Carlo N-Particle (MCNP) 모델링을 적용하였다. 그 결과 연자성 소재의 두께가 증가함에 따라 감마선과 중성자의 선형 감쇠 법칙에 의한 차폐성능이 향상됨을 확인할 수 있었다. 따라서 연자성 소재를 군사용 구조물 등에 적용할 경우에 방사선 차폐에 효과적이라는 것을 확인하였다.
유사시 군 지휘시설에서는 시설 외부로부터의 수자원 및 에너지자원 공급이 차단 혹은 제한된다. 따라서 방호시설 내부에는 작전기간 중 필요한 충분한 양의 수자원 및 에너지자원을 확보하고 있어야 한다. 하지만, 전쟁양상의 변화는 시설내부에서 최소 2주 이상의 작전지속성을 요구하고 있다. 이러한 요구로 인하여 유사시에도 시설 외부로부터 내부로의 수자원 및 에너지자원 공급이 불가피하게 되었다. 이에 본 연구에서는 유전체 자체의 EMP 차폐 성능에 착안하여, 작전지속성 보장을 위한 충분한 급수/급유가 가능한 도파관 설치를 위하여 도파관 직경 및 유전체 종류에 따른 EMP 방호성능을 실험적으로 분석하였다. 실험을 통해 다중 도파관을 통해 효과적인 EMP 차폐와 동시에 군 지휘시설 내부로의 안정적인 급수/급유가 가능함을 확인할 수 있었다.
본 연구는 우주방사선 차폐물질 설계를 위한 선행연구 차원에서 우주방사선에 대한 물질별 방사선 차폐특성을 분석하였다. 특히 EMP 및 방사선 차폐에 효과가 있다고 알려진 경량 연자성 복합소재에 대한 우주방사선 차폐물질 활용 가능성을 확인하고자 하였다. 이를 위해 Monte Carlo N-Particle(MCNP) 모델링 기법과 열중성자 차폐실험을 수행하였으며, MCNP의 우주방사선 모델인 Skymap.dat를 활용하였다. 연구결과 폴리에틸렌, 붕소폴리에틸렌, 탄소나노튜브 등 탄소와 수소를 함유한 물질의 경우 증발 중성자 에너지 영역 대 이하의 중성자 감소에 효과적인 것으로 나타났으며 SS316, 경량 연자성 물질 등 철을 함유한 물질은 캐스케이드 중성자 차폐성능이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다. 특히 경량 연자성 물질의 경우 붕소를 함유하고 있어 저속중성자 영역의 중성자 감소에도 효과적인 것으로 나타났으며, 향후 탄소 및 수소 등 탄성산란 물질을 보강한다면 우주방사선 중성자 전 영역에서 유의미한 차폐효과를 보여줄 것으로 기대된다.
The ElectroMagnetic Pulse (EMP) destroys social infrastructure at once and causes social chaos. However, currently major infrastructures are constructed of concrete that does not have electromagnetic shielding performance. In this study, using the arc metal spraying method is used to evaluate the shielding performance and construction performance of concrete. The electro-magnetic shielding effect is measured by fabricating a shielding room with reference to MIL-STD-188-125, and the construction performance is evaluated by measuring the adhesion strength of thin metal sprayed film-concrete. As a result of the study, when the metal spraying method is applied, the shielding effect is higher than that of the special electro-magnetic shielding concrete, and it is considered to be more economical than the existing metal plate (3~5 mm).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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