Ковальчук Борис Михайлович

Материал из Электронная энциклопедия ТПУ
Перейти к: навигация, поиск
Ковальчук Борис Михайлович
0af53897.jpg
Дата рождения:

10.04.1940 г.

Место рождения:

г. Магнитогорск, Челябинская обл.

Научная сфера:

физика

Учёная степень:

доктор технических наук

Учёное звание:

профессор, академик РАН

Альма-матер:

ТПИ (ТПУ)

Ковальчук Борис Михайлович (р. 10.04.1940 г., г. Магнитогорск) — российский физик, специалист в области сильноточной импульсной техники, создатель ряда сильноточных ускорителей и импульсно-энергетических установок национального и международного масштаба, академик Российской академии наук, доктор технических наук.

Биография

После окончания в 1962 г. электроэнергетического факультета Томского политехнического института работал инженером и начальником лаборатории НИИ ядерной физики ТПИ. Затем поступил в аспирантуру, защитил кандидатскую диссертацию и с 1970 г. заведовал лабораторией наносекундной техники в Институте оптики атмосферы Сибирского отделения РАН. В 1977 г. лаборатория вошла в состав Института сильноточной электроники СО РАН, в 1981 г. реорганизована в отдел импульсной техники ИСЭ, который Б. М. Ковальчук возглавляет с тех пор и сегодняшний день.

В 1987 г. избран членом-корреспондентом, в 1992 г. — действительным членом РАН.

Научная деятельность

В 1963 г. выполнил работу, которая была опубликована в ЖТФ, об исследовании времени запаздывания разрядов в коротких вакуумных промежутках. Он блестяще справился с работой, создав наносекундный импульсный генератор, освоив осциллографию, методы измерений и т.д. Работа была пионерской, К. получил большое количество осциллограмм. Уже после того, как статья была опубликована, на основе обработки осциллограмм был сделан вывод, что время коммутации, оставшееся ранее вне поля зрения, зависит линейно от длины промежутка. Это можно было объяснить тем, что в процессе коммутации происходит движение какой-то проводящей среды внутри промежутка. Г.А. Месяц предсказал, что скорость движения этой проводящей среды 106 см/сек. Тогда считалось, что проводящая среда зарождается в аноде. Это оказалось неверным, но факт движения проводящей среды и ее скорость были зафиксированы правильно. В то время возник вопрос, где эта среда появляется. Единого мнения у физиков мира по этой проблеме не было.

Cтал трудиться в группе Г. А. Месяца и занимался созданием высоковольтной наносекундной техники. Первым потребителем этой техники был Всесоюзный электротех¬нический ин-т им. Ленина, лаборатория проф. Грановского, знаменитого учёного, автора многих книг по физике плазмы газового разряда. В 1966 г. Б. М. Ковальчук поступил в аспирантуру при ТПИ, которую окончил в 1969 с защитой кандидатской диссертации на тему «Разработка и изучение генераторов нано-секундных импульсов большого тока».

Как вспоминает академик Г. А. Месяц, с которым работал Б. Ковальчук, успехи молодого учёного были в такой степени значительны, что временами это приводило к некоторым курьёзам. Например, в 1968 г. работы группы Г. А. Месяца были выставлены на премию Ленинского комсомола в области науки и техники. Среди четырех авторов был и Б. Ковальчук. Г. А. Месяц был уже доктор наук, С. Бугаев и В. Кремнёв - кандидат наук, а Б. Ковальчук - аспирант. Экспертная комиссия в Москве предложила прибрать аспиранта, чтобы не портить общую картину, но вклад Бориса Михайловича в работу был в такой степени весомым, что его соавторы не согласились с выводами комиссии. Г.А. Месяц отстоял права Б.М. Ковальчука.

В начале 70-х работал в институте оптики атмосферы СО АН СССР в должности заведующего лабораторией наносекундной техники. Когда лаборатория была переведена в ИСЭ СО РАН СССР и реорганизована в отдел, он остался его руководителем. ИСЭ в содружестве с ТПУ становится одним из ведущих мировых центров сильноточных ускорителей. Первым его директором был Г. А. Месяц, а с 1985 г. С. П. Бугаев. Здесь работали член-корры РАН Ю. А. Котов, В. Г. Шпак, профессор Д. И. Проскуровский, Ю. Е. Крейндель, П. М. Щанин и др.

Выдающийся ученый в области импульсной энергетики, создатель ряда сверхмощных электрофизических установок национального и международного масштаба. С его непосредственным участием в 1970-е годы были заложены основы нового научного направления - физики и техники генерирования мощных электрических импульсов. Под руководством Б. М. Ковальчука созданы первый отечественный сильноточный ускоритель электронов, первые отечественные сверхмощные газовые лазеры, первый импульсный генератор с индуктивным накопителем энергии и плазменным прерывателем тока.

Среди осуществленных им проектов - мультитераваттный импульсный генератор ГИТ-12. Без непосредственного участия и консультаций Б. М. Ковальчука не обходится ни один крупный отечественный или международный проект по созданию мощных импульсных генераторов. В последние годы Б. М. Ковальчуком с сотрудниками выполнены работы, направленные на совершенствование элементной базы мощной импульсной техники. Созданы многокулонные газоразрядные импульсные коммутаторы с высоким ресурсом, обеспечивающие включение конденсаторных батарей с мегаджоульным энергозапасом. На их основе созданы модули источников питания для мощных импульсных твердотельных лазеров, предназначенных для использования в системе лазерного инерциального термоядерного синтеза. Разработана новая концепция построения сверхмощных импульсных генераторов на основе линейного трансформатора, позволившая радикально увеличить удельный энергозапас генераторов и упростить их строительство.

Данная концепция рассматривается в качестве базы для построения импульсного генератора нового поколения для ИТС на основе Z-пинча. Разработаны многочисленные импульсные генераторы для иных практических применений. Б. М. Ковальчук - заведующий отделом импульсной техники Института сильноточной электроники СО РАН, член Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН, член Объединенного ученого совета по физико-техническим наукам СО РАН. Он выступал сопредседателем II Международного конгресса по радиационной физике, сильноточной электронике и модификации материалов пучками заряженных частиц и потоками плазмы, председателем оргкомитетов XII-XV Международных симпозиумов по сильноточной электронике. Среди его учеников 3 доктора и 6 кандидатов наук.

В 1963 - 1964 гг. группа ученых вместе с К. стала активно работать в области создания импульсной техники для модуляции добротности мощных рубиновых лазеров. Прошло несколько месяцев от постановки задачи до того, как были созданы первые генераторы. Это вывело на сотрудничество в первом плане с лабораториями академиков Басова, Прохорова, Хохлова, Девяткова и других.

Большая и важная работа была проделана К. с академиком Басовым, когда были только что созданы первые полупроводниковые инжекционные лазеры, которые работали в среде жидкого азота, потому что сильно нагревались и их нужно было охлаждать. Для того, чтобы они не нагревались, нужно было сделать очень короткие импульсы. Это положило основу создания первых пикосекундных импульсных генераторов. Они работали в частном режиме до килогерц. При конструировании установок зародилась идея создания лавинных коммутаторов, идея использования очень интенсивной ионизации и очень сильного ультрафиолетового излучения с поверхностного разряда по керамике.

Ряд идей, обсуждаемых в неформальной обстановке, в дальнейшем имел мировое признание и развитие. Рождались эти идеи очень неожиданно. По воспоминаниям Г.А. Месяца, таким образом возникла идея объемного разряда, без которой в последующем невозможно было развитие всей мощной лазерной техники. С К. обсуждалась проблема запуска сильноточного ускорителя в нужный момент времени, что при 500 киловольт напряжения было трудно сделать. К. задал вопрос, что нужно сделать, чтобы запустить генератор. Г.А. Месяц ответил, что нужно много электронов в газовом промежутке. После этого К. внес предложение о впрыскивании электронов в газ. Эта идея была приемлемой, была реализована и оказалась очень плодотворной. В последующем она стала полезной для развития мощной лазерной техники.

Сыграл выдающуюся роль в создании сильноточных ускорителей. В экспериментах по в вакуумному разряду стало ясно, что вакуумный разряд – это взрывная электронная эмиссия, а в искровой фазе катод получает большой электронный ток. Этот эффект был использован для создания диодов мощных ускорителей электронов. Из экспериментов С.П. Бугаева стало ясно, что при поверхностном разряде в вакууме, в предпробойной стадии испускается большой электрический ток. Тогда ученые стали обсуждать, каким образом это можно было использовать для создания катодов. Одну из идей, которая оказалась наиболее успешной, подсказал К. Он предложил натянуть на диэлектрик сетку, после чего были успешно проведены первые эксперименты и были получены первые катоды для ускорителей. Такой ускоритель был создан в 1967г. с током 10 кА и энергией электронов 500 килоэлектровольт. Это был первый в СССР ускоритель.

В дальнейшем Б.М.Ковальчук стал заниматься быстродействующими коммутаторами. В частности, развитие получила оригинальная идея Г.А. Воробьева по созданию последовательных разрядников. Она стали работать очень стабильно, устойчиво, а главное, была обеспечена параллельная работа из-за малого времени выброса из-за времени срабатывания. Потом К. занялся созданием энергетики для сверхмощных лазеров. Благодаря его усилиям, были созданы уникальные в то время СО2 лазеры ЛАД-1, ЛАД-2. Лазер ЛАД-2 с энергией излучения 5 килоджоулей длительностью импульса 500 наносекунд в последующем стал использоваться в институте общей физики РАН в Москве.

Одной из наиболее крупных разработок Б.М.Ковальчука является система питания высокочастотных устройств для релятивистской высокочастотной электроники. Он сделал быстрые генераторы Маркса, обеспечив их параллельную работу. Это – выдающаяся инженерная разработка, т.к. были многоджоулевые системы. В Томске работала эта система на 2 МДж, а в Москве – 4 МДж, и это было при 3-4 миллионах вольт напряжения. Она являлись уникальными установками в мире. Это был секционированный генератор Маркса, все его секции были компактно прижаты друг к другу. Благодаря такой блестящей конструкции система работала очень успешно.

Также занимался плазменными прерывателями. После того, как они впервые появились, долго обсуждался вопрос, как перейти от плазменных прерывателей, которые преобразовывали импульсы с длительностью в сотни наносекунд, к преобразователям микросекундного тока в ток длительностью в сотни наносекунд. Была использована идея перекачки энергии из генератора Маркса в вакуумную накопительную линию с плазменным прерывателем. Линия служила накопительной индуктивностью. Эта работа оказалась блестящей и вызвала бурный интерес во всем мире, после докладов на конференциях в Японии и США. После этого фактически все крупные установки мира стали делать по этому принципу.

Впоследствии Борис Михайлович продолжил развивать идеи по созданию машин ГИТ-4 и ГИТ-12, которые являлись уникальными во всем мире. На их основе получали мощное мягкое рентгеновское излучение. На этих установках работают ученые США, Франции и других стран. В 1990-х гг., когда стало трудно добыть средства, К., благодаря своему авторитету, получал много заказов, заключал международные контракты, делал новые уникальные установки. Фактически он продвигает дальше российскую импульсную электрофизику, которая имеет высокие позиции в мире.

Общественная деятельность

Член Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления Российской академии наук, Объединенного ученого совета по физико-техническим наукам Сибирского отделения РАН, ученого и докторского диссертационного советов при Институте сильноточной электроники СО РАН, председатель экспертного семинара ИСЭ по специальности «электрофизика, электрофизические установки».

Был сопредседателем II международного конгресса по радиационной физике, сильноточной электронике и модификации материалов пучками заряженных частиц и потоками плазмы (2006), председателем оргкомитетов XII—XIV международных симпозиумов по сильноточной электронике (2000, 2004, 2006).

Награды

Премия Ленинского комсомола (1968 г.), Государственная премия СССР (1981 г.), Государственная премия Российской Федерации (1997 г.), Международная премия имени Эрвина Маркса за большие достижения в исследованиях генерации мощных высоковольтных импульсов (1997 г.), Демидовская премия (2007 г.), Орден Дружбы народов (1986 г.), Орден Почёта (1997 г.), Орден «За заслуги перед Отечеством» IV степени (2007 г.).

Источники

1. Ковальчук, Борис Михайлович

2. Журнал ТПУ «Томский политехник». Издание Ассоциации выпускников ТПУ. № 3, 1997 – 95с.

3. http://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/personals/kovalchuk/kovalchuk.html