"Наука не безлична, ее идеи зарождаются всегда в головах конкретных людей, в ближайшем окружении этих людей, в поле их непосредственного духовного влияния происходит вызревание и развитие научных концепций.
Научные школы - это не столько лаборатории, не капиталовложения, не сборники публикаций, а авторитетные ученые, окруженные учениками и исследователями."
Месяц Г.А.
60-е годы 20-го века. Молодой кандидат наук Геннадий Андреевич МЕСЯЦ собирает группу единомышленников в секторе высоковольтной аппаратуры и миллимикросекундой техники НИИ ядерной физики при Томском политехническом институте.
В 1969 году, когда в Томске началось формирование академической науки, Геннадию Андреевичу МЕСЯЦУ и его сотрудникам было предложено перейти со своей тематикой в создаваемый тогда Институт оптики атмосферы.
А в 1977 году в Томском Академгородке был открыт Институт сильноточной электроники. Так родилось новое научное направление, объединившее разработку методов генерирования сверхмощных электрических импульсов, потоков заряженных частиц и электромагнитных излучений, физику вакуумного и газового разряда, исследование воздействий мощных потоков частиц и энергии на вещество.
В 1986 году, после избрания академика МЕСЯЦА руководителем Уральского отделения РАН, Институт возглавил академик Сергей Петрович БУГАЕВ. В 2002 году его сменил академик Сергей Дмитриевич КОРОВИН. В настоящее директор Института - член-корреспондент РАН Николай Александрович РАТАХИН.
Сегодня Институт сильноточной электроники - это 3 научных отдела и 12 лабораторий. Здесь работают 130 научных сотрудников, среди которых 20 докторов и 50 кандидатов наук.
Импульсная техника
Основа сильноточной электроники - мощная импульсная техника. Выдающийся вклад в развитие техники формирования мощных высоковольтных импульсов внесен лауреатом Государственных премий СССР и России академиком Борисом Михайловичем КОВАЛЬЧУКОМ. Многие идеи по созданию генераторов с импульсной трансформаторной зарядкой были предложены талантливым ученым и инженером, кандидатом технических наук Александром Степановичем ЕЛЬЧАНИНОВЫМ.
Академик Б.М.Ковальчук
В отделе импульсной техники под руководством академика КОВАЛЬЧУКА разрабатывались крупнейшие электрофизические установки для фундаментальных исследований и отработки новых технологий. В их числе тераваттные генераторы ГИТ-12 и ГИТ-4, десятки других универсальных и специализированных устройств.
Тераваттный генератор ГИТ-12
Со второй половины 90-х годов в отделе ведется разработка индукционных генераторов нового поколения - LTD-генераторов. Их мощность настолько велика, что позволяет им включаться на физическую нагрузку без использования дополнительных ступеней компрессии энергии. Исследователи США, Франции и Великобритании рассматривают такой подход как наиболее перспективный для строительства импульсных радиографических установок, и сверхмощных генераторов для инерциального термоядерного синтеза на основе z-пинча.
Для разрабатываемого во Франции проекта лазерного термоядерного синтеза LMJ в отделе созданы импульсные источники питания систем накачки твердотельных лазеров.
Генерация мощных импульсов рентгеновского излучения, исследования экстремальных состояний вещества
Успехи в строительстве импульсных генераторов позволили Институту начать на высоком уровне физические исследования вещества в условиях высокой плотности вложенной энергии. Пионерские достижения в этой области связаны с именем лауреата Ленинской и Государственной премий Андрея Владимировича ЛУЧИНСКОГО.
Лауреат Ленинской
и Государственной премий
А.В. Лучинский
.
Сегодня работы в отделе высоких плотностей энергии продолжаются под руководством члена-корреспондента РАН Николая Александровича РАТАХИНА.
Исследования ведутся на крупнейших импульсных установках - генераторах ГИТ-12 и МИГ. В экспериментах по электродинамическому сжатию вещества удалось получить импульсные магнитные поля в десятки мегагаусс и давления на уровне ста мегабар. Впервые в лабораторных условиях продемонстрирована степень сжатия твердого вещества, характерная для ядерного взрыва. При сжатии многокаскадных лайнеров удалось добиться эффективной генерации К-излучения при больших - субмикросекундных - временах имплозии, получить эффективную генерацию жесткого излучения с энергией квантов до десяти килоэлектронвольт.
Генерация мощных импульсов
электромагнитного излучения
Исследования по генерации мощных импульсов микроволнового излучения начались в Институте в 1977 году и уже вскоре увенчались созданием первого в мире импульсно-периодического СВЧ-генератора с импульсной мощностью более 100 мегаватт. За 30 лет под руководством Сергея Дмитриевича КОРОВИНА сложилась авторитетная научная школа по релятивистской сильноточной электронике.
Сегодня созданные в отделе физической электроники СВЧ-генераторы на основе сильноточных ускорителей "СИНУС" не имеют мировых аналогов. Освоены все известные механизмы генерации и основные типы СВЧ-приборов. На уникальном ускорителе СИНУС-7 получены мощности излучения до нескольких гигаватт. Созданы компактные источники сверхкоротких гигаваттных СВЧ-импульсов на основе эффекта сверхизлучения. Совместно с томскими биологами и медиками проводятся исследования влияния импульсно-периодических электромагнитных излучений на клетку.
В 1982 году в лаборатории высокочастотной электроники под руководством доктора физ-мат наук Владимира Ильича КОШЕЛЕВА были начаты исследования многоволновых черенковских СВЧ-генераторов. На электронном ускорителе ГАММА были получены импульсы излучения рекордных мультигигаваттных мощностей.
В 1993 году в лаборатории стартовали исследования по генерации мощных импульсов сверхширокополосного излучения. За последние годы созданы источники сверхширокополосных импульсов с гигаваттной пиковой мощностью, мегавольтным эффективным потенциалом и частотой срабатывания до 100 гц. Ведутся работы по созданию компактных приемных антенн и антенных решеток, разрабатываются методы распознавания объектов с помощью сверхширокополосных импульсов.
Исследования электрического разряда в вакууме
Еще в середине 1960-х годов группе Геннадия Андреевича Месяца удалось в уникальных экспериментах однозначно доказывать механизм электрического пробоя в вакууме. Явление взрывной эмиссии электронов было признано научным открытием. Возникло новое научное направление - сильноточная эмиссионная электроника.
Взрывоэмиссионные катоды позволили генерировать импульсные электронные пучки недостижимых ранее мощностей. На их основе были созданы мощные импульсные лазеры, рентгеновские трубки, ускорители заряженных частиц. Было доказано, что взрывная эмиссия играет фундаментальную роль не только в вакуумном, но и в импульсном газовом разряде.
Процессы вакуумного пробоя более четверти века изучались в лаборатории вакуумной электроники под руководством Заслуженного деятеля науки, профессора Дмитрия Ильича ПРОСКУРОВСКОГО.
Заслуженный деятель науки
профессор Д.И. Проскуровский
С 2006 года лабораторией руководит кандидат физико-математических наук Александр Владимирович БАТРАКОВ. Уникальный накопленный опыт, филигранная экспериментальная техника позволяют открывать новые стороны уже знакомых явлений. Так, в 2000 году был обнаружен объект в вакуумном разряде - капельное пятно.
Разработанные в лаборатории уникальные источники широкоапертурных импульсных электронных пучков нашли применение в технологиях увеличения электрической прочности вакуумной изоляции, модификации поверхности материалов. По лицензии Института в Японии выпущено около 100 установок для электронно-пучковой полировки металлических изделий.
Физика низкотемпературной плазмы
Значительное место в тематике Института занимают работы по исследованию низкотемпературной плазмы газовых разрядов. Результаты цикла исследований воздействия внешнего ионизирующего излучения на процесс развития импульсного разряда высокого давления были зарегистрированы как научное открытие.
Сегодня тематика, связанная с газоразрядной плазмой, успешно развивается по многим направлениях. Заведующий лабораторией низкотемпературной плазмы, лауреат государственной премии, профессор Юрий Дмитриевич КОРОЛЕВ выступает координатором программы "Физика низкотемпературной плазмы" Сибирского отделения РАН. В последние годы получены значительные результаты по изучению импульсных и стационарных разрядов в газах низкого давления, генерации импульсов жёсткого ультрафиолетового излучения.
Мощные импульсные газовые лазеры
Наиболее впечатляющие результаты дало применение объемных газовых разрядов в мощной лазерной технике, бурное развитие которой происходило в 1960-х-70-х годах. В Институте под руководством Геннадия Андреевича МЕСЯЦА и доктора физико-математических наук Юрия Ивановича БЫЧКОВА были созданы СО2 лазеры с рекордной энергией импульса до 5 килоджоулей, целая серия электроразрядных эксимерных лазеров с энергией в импульсе до 10 Дж, лазеров с накачкой электронным пучком с энергией до 2 килоджоулей.
Сегодня в лаборатории газовых лазеров под руководством доктора физико-математических наук Валерия Федоровича ЛОСЕВА ведется разработка эксимерных лазеров, способных работать с частотой следования импульсов до 100 Гц. Они перспективны для создания новых технологий в микроэлектронике, получения нанопорошков и нанопленок, могут использоваться в биологии и медицине.
Генерация оптического излучения.
Эксилампы, их применение
В 1990 году в лаборатории оптических излучений под руководством доктора физико-математических наук Виктора Федотовича ТАРАСЕНКО началась разработка эксиламп - нового класса источников ультрафиолетового излучения, использующих узкополосное неравновесное спонтанное излучение эксимерных или эксиплексных молекул.
Сегодня эксилампы находят широкое применение в микроэлектронике, фотохимии и аналитической химии. Имеются перспективы использования их излучения в нефтегазовой промышленности, фитобиологии, технологиях фотосинтеза, показана его эффективность при лечении кожных заболеваний.
Разработанные образцы эксиламп удостоены многочисленных наград на российских и международных выставках и используются во многих организациях России и за рубежом.
За последние годы учёными лаборатории были получены новые результаты по генерации сверхкоротких лавинных электронных пучков, формированию и применению объемных наносекундных разрядов с неоднородным электрическим полем.
Сегодня ряд лабораторий Института активно участвует в крупном проекте российской науке по созданию эксимерной фемтосекундной лазерной системы петаваттной мощности, строительство которой планируется на территории Физического института им. Лебедева Российской академии наук.
Источники плазмы и ионных пучков.
Электронно-ионно-плазменные технологии
модификации поверхности материалов и изделий
Основателем научного направления плазменной эмиссионной электроники по праву следует считать профессора, доктора технических наук Юлия Ефимовича КРЕЙНДЕЛЯ. Его преемником стал Заслуженный деятель науки доктор физико-математических Петр Максимович ЩАНИН.
профессор Ю.Е. Крейндель
Сегодня лаборатории плазменной эмиссионной электроники под руководством доктора технических наук Николай Николаевича КОВАЛЯ ведутся фундаментальные работы по поиску новых форм разрядов низкого давления, генерации плазмы в больших объемах, разрабатываются новые плазменные источники заряженных частиц.
Одновременно проводятся работы по изучению воздействия плазмы и концентрированных потоков электронов на поверхность материалов с целью улучшения их физико-химических и эксплуатационных свойств.
В лаборатории плазменных источников, возглавляемой доктором технических наук Ефимом Михайловичем ОКСОМ, изучаются процессы, происходящие в катодной области вакуумного дугового разряда, проводятся исследования по генерации многозарядных ионов, исследования разрядов с полым катодом. Здесь создаются эффективные источники электронных, ионных пучков и генераторы плазмы, параметры которых определяют сегодняшний мировой уровень развития этой области ионно-плазменной техники. Лаборатория поддерживает тесное сотрудничество со многими крупными научными центрами США и Европы.
Основное направление научной деятельности лаборатории прикладной электроники, заложенное ее основателем академиком Сергеем Петровичем БУГАЕВЫМ - физические исследования процессов ионно-плазменного поверхностного осаждения пленок различных веществ.
академик С.П. Бугаев
Здесь также разрабатываются технологические комплексы для нанесения тонкопленочных покрытий с заданными функциональными свойствами на подложки большой площади. Установки серии "ВНУК" для нанесения теплосберегающих покрытий на архитектурные стекла с площадью до 4 квадратных метров сегодня работают в Томске, Красноярске, Сургуте. В лаборатории создаются современные источники питания для напылительных установок, ведутся работы по созданию нового типа прозрачных электропроводящих покрытий на полимерных пленках.
Теоретические исследования
Лаборатория теоретической физики ИСЭ была организована в 1980 году для поддержки экспериментальных работ других научных подразделений. Сегодня лаборатория тесно взаимодействует практически со всеми исследовательскими коллективами Института в области физики пучков заряженных частиц и плазмы, физики газового разряда, взаимодействия потоков частиц с веществом.
Большое внимание в Институте уделяется развитию компьютерного моделирования. Численный эксперимент прочно закрепился в сильноточной электронике, став мощным инструментом в физическом исследовании и конструировании электрофизических устройств.
Взаимодействие с вузами
Лабораторию теоретической физики ИСЭ традиционно возглавляют профессора Томского государственного университета. Первый ее заведующий - профессор Владислав Гаврилович БАГРОВ. Сегодня лабораторию возглавляет Андрей Владимирович КОЗЫРЕВ, заведующий кафедрой физики плазмы ТГУ. Основанная в 1984 году Геннадием Андреевичем МЕСЯЦЕМ, кафедра является основным поставщиком молодых исследователей для Института.
Основные кузницы инженерных кадров ИСЭ - Томский политехнический университет и Томской государственный университет систем управления и радиоэлектроники. В конце 2004 года в составе электрофизического факультета ТПУ была создана кафедра сильноточной электроники.
Традиционным стало участие Института в организации крупных научных форумов. В 2000 и 2006 г. в Томске были проведены Международные конгрессы по радиационной физике, сильноточной электронике и модификации материалов пучками частиц и потоками плазмы.
30 лет жизни Института принесли ему двенадцать премий СССР и России, престижные международные премии. Научный руководитель Института академик МЕСЯЦ был удостоен международной премии "Глобальная энергия".