Den mystiska åkomma som har drabbat USA:s ambassadpersonal och CIA-tjänstemän av och till under de senaste fyra åren på Kuba, Kina, Ryssland och andra länder verkar ha orsakats av högeffektmikrovågor, enligt en rapport från National Academies. En kommitté med 19 experter inom medicin och andra områden drog slutsatsen att pulsad radiofrekvensenergi är den "mest rimliga mekanismen" för att förklara sjukdomen, dubbat Havanna syndrom.

Rapporten klargör inte vem som riktade sig mot ambassaderna eller varför de riktades mot dem. Men tekniken bakom de misstänkta vapnen är välkänd och går tillbaka till det kalla krigets kapprustning mellan USA och Sovjetunionen. Mikrovågsvapen med hög effekt är i allmänhet utformade för att inaktivera elektronisk utrustning. Men som Havanna-syndromet visar, dessa energipulser kan skada människor, också.

Som el- och dataingenjör som designar och bygger källor för högeffektmikrovågor, Jag har ägnat decennier åt att studera dessa källors fysik, inklusive arbete med det amerikanska försvarsdepartementet. Mikrovågsvapen med riktad energi omvandlar energi från en kraftkälla - en väggkontakt i ett labb eller motorn på ett militärfordon - till utstrålad elektromagnetisk energi och fokuserar den på ett mål. De riktade högeffektsmikrovågorna skadar utrustningen, speciellt elektronik, utan att döda människor i närheten.

Två bra exempel är Boeings Counter-electronics High-powered Microwave Advanced Missile Project (CHAMP), som är en högeffekts mikrovågskälla monterad i en missil, och Tactical High-power Operational Responder (THOR), som nyligen utvecklades av Air Force Research Laboratory för att slå ut svärmar av drönare.

Ursprung från kalla kriget

Dessa typer av riktade energimikrovågsapparater kom på scenen i slutet av 1960-talet i USA och Sovjetunionen. De möjliggjordes av utvecklingen av pulserande kraft på 1960-talet. Pulserad effekt genererar korta elektriska pulser som har mycket hög elektrisk effekt, vilket betyder både högspänning – upp till några megavolt – och stora elektriska strömmar – tiotals kiloampere. Det är mer spänning än högspänningsledningarna för långdistanskraft, och om mängden ström i en blixt.

Dåtidens plasmafysiker insåg att om man kunde generera, till exempel, en 1-megavolt elektronstråle med 10-kiloamp ström, resultatet skulle bli en stråleffekt på 10 miljarder watt, eller gigawatt. Att omvandla 10 % av den stråleffekten till mikrovågor med hjälp av standardmikrovågsrörsteknik som går tillbaka till 1940-talet genererar 1 gigawatt mikrovågor. För jämförelse, Uteffekten från dagens typiska mikrovågsugnar är cirka tusen watt – en miljon gånger mindre.

Utvecklingen av denna teknik ledde till en delmängd av den amerikansk-sovjetiska kapprustningen - ett mikrovågskraftsderby. När Sovjetunionen kollapsade 1991, Jag och andra amerikanska forskare fick tillgång till ryska pulsade kraftacceleratorer, som SINUS-6 som fortfarande fungerar i mitt labb. Jag hade ett fruktbart decennium av samarbete med mina ryska kollegor, som snabbt upphörde efter Vladimir Putins övertagande till makten.

I dag, forskning inom högeffektmikrovågor fortsätter i USA och Ryssland men har exploderat i Kina. Jag har besökt labb i Ryssland sedan 1991 och labb i Kina sedan 2006, och investeringen som görs av Kina dvärgar aktiviteten i USA och Ryssland. Dussintals länder har nu aktiva mikrovågsforskningsprogram med hög effekt.

Mycket kraft, lite värme

Även om dessa högeffektsmikrovågskällor genererar mycket höga effektnivåer, de tenderar att generera upprepade korta pulser. Till exempel, SINUS-6 i mitt labb producerar en utpuls i storleksordningen 10 nanosekunder, eller miljarddels sekund. Så även när man genererar 1 gigawatt uteffekt, en 10-nanosekunderspuls har ett energiinnehåll på endast 10 joule. För att sätta detta i perspektiv, den genomsnittliga mikrovågsugnen på en sekund genererar 1 kilojoule, eller tusen joule energi. Det tar vanligtvis cirka 4 minuter att koka en kopp vatten, vilket motsvarar 240 kilojoule energi.

Det är därför mikrovågor som genereras av dessa högeffektmikrovågsvapen inte genererar märkbara mängder värme, än mindre få människor att explodera som bakad potatis i mikrovågsugnar.

Hög effekt är viktigt i dessa vapen eftersom generering av mycket hög momentan effekt ger mycket höga momentana elektriska fält, vilken skala som kvadratroten av potensen. Det är dessa höga elektriska fält som kan störa elektroniken, vilket är anledningen till att försvarsdepartementet är intresserad av dessa enheter.

Hur det påverkar människor

National Academies rapport kopplar högeffektmikrovågor till effekter på människor genom Frey-effekten. Det mänskliga huvudet fungerar som en mottagningsantenn för mikrovågor i det låga gigahertz-frekvensområdet. Mikrovågspulser i dessa frekvenser kan få människor att höra ljud, vilket är ett av symptomen som rapporterats av den drabbade amerikanska personalen. Andra symtom som drabbade av Havannasyndrom har rapporterat inkluderar huvudvärk, illamående, hörselnedsättning, yrsel och kognitiva problem.

Rapporten noterar att elektroniska enheter inte stördes under attackerna, vilket tyder på att effektnivåerna som behövs för Frey-effekten är lägre än vad som skulle krävas för en attack mot elektronik. Detta skulle stämma överens med ett högeffekts mikrovågsvapen placerat på något avstånd från målen. Effekten minskar dramatiskt med avståndet genom den omvända kvadratlagen, vilket innebär att en av dessa enheter kan producera en effektnivå vid målet som skulle vara för låg för att påverka elektroniken men som kan inducera Frey-effekten.

Ryssarna och kineserna besitter förvisso förmågan att använda högeffektsmikrovågskällor som de som verkar ha använts i Kuba och Kina. Sanningen om vad som faktiskt hände med amerikansk personal på Kuba och Kina – och varför – kan förbli ett mysterium, men tekniken som troligen är involverad kommer från lärobokens fysik, och världens militära makter fortsätter att utveckla och distribuera den.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.