Skip to Content

РЕЗОНАНС SOS-ЭФФЕКТА

Во второй половине июня в британском городе Брайтон вручали премию Эрвина Маркса — самую престижную награду планеты за достижения в мощной импульсной энергетике. Нынче за пионерские работы по открытию так называемого SOS-эффекта  ее получил россиянин Сергей Рукин, доктор технических наук, зав. лабораторией импульсной техники Института электрофизики УрО РАН (Екатеринбург). Сергей Николаевич — уже четвертый наш соотечественник из девятнадцати лауреатов (премия вручается с 1981 года раз в два года), причем трое из них — представители урало-сибирской электрофизической школы.
Эрвин Маркс, в честь которого названа эта изначально американская премия (ее учредитель — Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE), созданный в США в 1963 году) — выдающийся немецкий ученый-экспериментатор, создавший уникальный генератор импульсов высокого напряжения, — прибор, до сих пор остающийся базовым для многих специалистов в этой сфере. Как говорит Сергей Рукин, большинство современных импульсных устройств, в том числе самые мощные импульсные установки в мире, по-прежнему включают использование таких генераторов в качестве первичных накопителей энергии. Но за этим изобретением отчетливо прослеживается «русский след». В мире далеко не всем известно, что задолго до появления этого устройства (1926), еще в 1914 году похожий прибор — «генератор молний» — построил наш ученый Владимир Аркадьев, и в России его нередко именуют «генератор Аркадьева — Маркса».
Первым из россиян премию получил по совокупности заслуг создатель названной школы академик Геннадий Месяц (Томск — Екатеринбург — Москва, 1991), вторым — академик Борис Ковальчук (Томск, 1997), третьим — Владимир Чернышев из Сарова (2003). И вот теперь награды удостоены уральский ученый и SOS-эффект, в 2002 году уже отмеченный Государственной премией Российской Федерации и наконец получивший международное признание.
К сигналу бедствия название эффекта, с момента обнаружения которого прошло ровно четверть века, прямого отношения не имеет — оно происходит от английского «Semiconductor Opening Switch», «полупроводниковый прерыватель тока». Но в основе его лежит явление, которое долгое время специалисты расценивали как вредное, почти бедственное, и только уральцам удалось обратить его во благо.

«Мощная импульсная техника — это токи в десятки и сотни килоампер, напряжения в сотни киловольт и единицы мегавольт, импульсная мощность в десятки гигаватт и более, — рассказывает Рукин. — Традиционно в этой области использовались плазменные коммутаторы — искровые разрядники либо прерыватели тока на основе распада плазмы, взрывающихся проволочек. Двадцать пять лет назад считалось, что полупроводниковые коммутаторы здесь работать не могут, поскольку в то время они имели мощность на три порядка меньше, чем требовалось. Но мы обнаружили эффект резкого обрыва тока в обычных полупроводниковых выпрямительных диодах, которые выпускались нашей промышленностью. Он заключался в способности таких диодов отключать или обрывать сверхплотные токи за одну или десятки наносекунд при определенных параметрах проходящего по ним импульса тока. Мощность коммутации — процесса переключения энергии — оказалась в сотни раз выше, чем в традиционно использовавшихся полупроводниковых приборах. Причем открытие, что называется, «валялось под ногами» — о явлении знали все коллеги, но, как говорится, проходили мимо. Диод выпрямляет ток, и во время восстановления обратного напряжения на нем возникает бросок перенапряжения. Этот эффект всегда считали отрицательным, потому что он снижает надежность работы диода и для его устранения требуются специальные меры. Мы же подошли к проблеме с противоположной стороны: попробовали этот эффект усилить и использовать его для обрыва тока в индуктивных накопителях энергии. Нам просто повезло, что мы сделали это первыми».
Однако за таким везением, по существу, положившим начало новому научно-техническому направлению – сверхмощной наносекундной полупроводниковой электронике, стоит огромный труд, традиции перспективной школы, коллеги-наставники — настоящие подвижники своего дела. В Екатеринбург, в создававшийся Институт электрофизики Сергей Рукин приехал в 1986. Пригласил одаренного выпускника Новосибирского электротехнического института организатор ИЭФ академик Месяц, который привлек на Урал целую плеяду талантливых специалистов — в основном из Томска, из своего родного Института сильноточной электроники. А сделано открытие в 1992 году, в самое кризисное постсоветское безвременье, в необустроенной комнате за единственным столом с экспериментальной установкой и осциллографом в лаборатории члена-корреспондента РАН Юрия Котова. Большую поддержку этому коллективу оказал тогдашний ученый секретарь ИЭФ Юрий Новоселов (оба также по происхождению сибиряки). Исследователи работали в постоянном контакте с томскими коллегами, в частности с академиком Борисом Ковальчуком — автором сотен по настоящему уникальных «электрофизических» инженерных решений. «Эти четыре человека сыграли в моей жизни и карьере ключевую роль — Геннадий Андреевич Месяц, Юрий Николаевич Новоселов, Борис Михайлович Ковальчук и Юрий Александрович Котов. Без них никаких открытий не было бы», — констатирует Рукин и приводит эпизод, красноречиво говорящий об одержимости этих людей наукой. Однажды Борису Михайловичу Ковальчуку предложили уйти в отпуск сразу за несколько лет, чему он искренне удивился. Что такое отдых, жизнь вне института — академик не представлял.
Открытие SOS-эффекта, имеющее фундаментальное значение, довольно скоро обрело практический выход. На его основе были разработаны сверхмощные полупроводниковые приборы, получившие название SOS-диодов, и сильноточные наносекундные импульсные генераторы. А на их базе в свою очередь созданы качественно новые электрофизические устройства: импульсные ускорители электронов, рентгеновские аппараты, устройства СВЧ- электроники, генераторы для сверхширокополосных излучателей, газовых лазеров и экологических технологий. Кроме России, SOS-генераторы и SOS-диоды используются в 9 странах: в США, Великобритании, Германии, Израиле, Франции, Японии, Корее, Китае, Индии. А компактные наносекундные медицинские рентгеновские аппараты, облучающие организм пациентов гораздо меньше, чем традиционные аппараты постоянного тока, работают в больницах многих городов страны от Москвы до Владивостока. Причем большинство узлов этих устройств, требующих индивидуальной сборки, для которых пока не существует массовых технологических линий, изготовлено в стенах Института электрофизики. И это как раз тот самый случай, когда открытие, самоценное для науки, быстро нашло прикладное применение и свой рынок.
По идее, очередная высшая оценка международного уровня SOS-эффекта и всей урало-сибирской электрофизической школы — прекрасный стимул для ее развития, привлечения молодых сил. Но реально с последним сегодня проблемы. «Когда я приехал в Екатеринбург — пошел в здешний технический университет за учениками, — говорит Сергей Рукин. — Пятеро из них впоследствии вошли в состав нашей лаборатории. Теперь они выросли, но поиски смены идут с трудом. Низкие зарплаты, отсутствие современного оборудования не делают нашу сферу привлекательной для молодежи. Тогда как во всем мире она интенсивно развивается. В Брайтоне параллельно с премией Маркса была вручена премия Питера Хааса доктору Гилгенбаху из Мичиганского университета за признание его лидерских качеств, наставничество и развитие образования в области физики плазмы применительно к мощным импульсным устройствам. И я искренне позавидовал коллеге, который ее получил: он показал свою фотографию в окружении молодых лиц возле исследовательской установки стоимостью в несколько миллионов долларов. Мы о такой оснащенности можем лишь мечтать».
Андрей ПОНИЗОВКИН
На фото: Сергей Рукин с лауреатской наградой (слева) и младший научный сотрудник лаборатории импульсной техники Института электрофизики УрО РАН Антон Гусев, доклад которого на конференции в Брайтоне занял первое место среди молодежных
 
Год: 
2017
Месяц: 
июль
Номер выпуска: 
13-14
Абсолютный номер: 
1159
Изменено 26.07.2017 - 13:54


2012 © Российская академия наук Уральское отделение
620990, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91
popov@prm.uran.ru +7(343)374-54-40