SOS на радость. Самую престижную “импульсную” премию вновь получил россиянин.
Инновации
№ 29-30(2017)

28.07.2017

В британском Брайтоне вручена Премия Эрвина Маркса - самая престижная награда планеты за достижения в мощной импульсной энергетике. За пионерские работы по открытию так называемого SOS-эффекта ее получил россиянин Сергей Рукин, доктор технических наук, заведующий лабораторией импульсной техники Института электрофизики УрО РАН (Екатеринбург). Сергей Николаевич - уже четвертый наш соотечественник из 19 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 такие генераторы 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 удостоен уральский ученый и SOS-эффект, в 2002 году уже отмеченный Государственной премией Российской Федерации и наконец получивший международное признание.

К сигналу бедствия название эффекта, обнаружению которого нынче исполнилось 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-м. 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 необу-строенной 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 девяти странах: 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”. И это - своего рода сигнал SOS на фоне заверений высших чиновников Минобрнауки о том, что “молодежь опять пошла в науку”.

Андрей ПОНИЗОВКИН

На снимке: 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”. 


Вернуться к статье