134 159
правок
Физика твердого тела: различия между версиями
Перейти к навигации
Перейти к поиску
нет описания правки
Pvp (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
Pvp (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
||
| (не показано 18 промежуточных версий этого же участника) | |||
| Строка 3: | Строка 3: | ||
==Тартаковский П.С. и Воробьев А.А. Создание томской научной школы физики диэлектриков== | ==Тартаковский П.С. и Воробьев А.А. Создание томской научной школы физики диэлектриков== | ||
Тартаковский Петр Саввич был одним из первопроходцев квантовой физики. После переезда из Ленинграда в Томск в 1930-х гг. Петр Саввич начал новый цикл работ, посвященных исследованию внутреннего фотоэффекта в диэлектриках - генерации зонных электронов и дырок под действием ультрафиолетового излучения и возникновению фотопроводимости. К этой работе Тартаковский привлек группу ученых - выпускников Физического факультета Томского государственного университета, среди которых был А.А. Воробьев. Под руководством Тартаковского А.А. Воробьев исследовал внутренний фотоэффект в диэлектриках, преимущественно в щелочно-галоидных кристаллах, в сильных электрических полях. Он наблюдал ударную ионизацию диэлектрика и электрический пробой. Результаты 6-летнего труда П.С. Тартаковского и его коллег были обобщены в монографии "Внутренний эффект в диэлектриках" (1940), которая считается во всем мире классическим трудом по физике электронно-дырочных процессов в диэлектриках. Пятая глава монографии по существу целиком основана на результатах исследований А.А. Воробьева и известного американского физика Артура фон Хиппеля. | [[Тартаковский Петр Саввич|Тартаковский Петр Саввич]] был одним из первопроходцев квантовой физики. После переезда из Ленинграда в Томск в 1930-х гг. Петр Саввич начал новый цикл работ, посвященных исследованию внутреннего фотоэффекта в диэлектриках - генерации зонных электронов и дырок под действием ультрафиолетового излучения и возникновению фотопроводимости. К этой работе Тартаковский привлек группу ученых - выпускников Физического факультета Томского государственного университета, среди которых был А.А. Воробьев. Под руководством Тартаковского А.А. Воробьев исследовал внутренний фотоэффект в диэлектриках, преимущественно в щелочно-галоидных кристаллах, в сильных электрических полях. Он наблюдал ударную ионизацию диэлектрика и электрический пробой. Результаты 6-летнего труда П.С. Тартаковского и его коллег были обобщены в монографии "Внутренний эффект в диэлектриках" (1940), которая считается во всем мире классическим трудом по физике электронно-дырочных процессов в диэлектриках. Пятая глава монографии по существу целиком основана на результатах исследований А.А. Воробьева и известного американского физика Артура фон Хиппеля. | ||
Труд П.С. Тартаковского и его первых учеников в [[СФТИ им. В.Д. Кузнецова|Сибирском физико-техническом институте]] явился той хромосомой, из которой развилась томская научная школа физики диэлектриков, которая сконцентрировалась в основном в [[ТПУ|Томском политехническом институте]]. | Труд П.С. Тартаковского и его первых учеников в [[СФТИ им. В.Д. Кузнецова|Сибирском физико-техническом институте]] явился той хромосомой, из которой развилась томская научная школа физики диэлектриков, которая сконцентрировалась в основном в [[ТПУ|Томском политехническом институте]]. | ||
| Строка 11: | Строка 11: | ||
Возникла томская школа физики электрического пробоя (твердых, жидких, газообразных диэлектриков и вакуума). Каждое направление принесло значительные научные и технические результаты. | Возникла томская школа физики электрического пробоя (твердых, жидких, газообразных диэлектриков и вакуума). Каждое направление принесло значительные научные и технические результаты. | ||
Второе крупное направление физики твердого тела, которое начал развивать А.А. Воробьев в Томском политехническом институте, - радиационная физика диэлектриков, объектом исследования которой являются процессы в твердых телах под воздействием потоков ионизирующих излучений. Сразу после окончания второй мировой войны начинается интенсивное развитие ядерной физики и техники в связи с проблемами ядерных вооружений и атомной энергетики. Под Томском создается один из крупнейших центров ядерной промышленности, а в Томском политехническом открывается [[Физико-технический факультет ТПУ|Физико-технический факультет]] для подготовки специалистов в этой области. Вскоре в 1958 г. по инициативе Воробьева был создан [[НИИ ядерной физики при ТПУ|Научно-исследовательский институт ядерной физики]] при [[ТПУ|Томском политехническом институте]]. Один за другим сооружаются источники ядерных излучений: электронные ускорители различных типов - от всемирно известного [[Синхротрон "СИРИУС"|синхротрона "Сириус"]], расчитанного на ускорение электронов до 1,5 ГэВ до настольных бетатронов, электростатический ускоритель, микротрон и бетатроны различных калибров; циклотрон, позволяющий ускорять протоны, альфа-частицы и легкие ионы; исследовательский ядерный реактор. В сравнительно короткие сроки Томский политехнический институт входит в десятку мировых центров ядерной физики и техники по уникальному набору разнообразных источников ядерных излучений. | Второе крупное направление физики твердого тела, которое начал развивать [[Воробьев Александр Акимович|А.А. Воробьев]] в Томском политехническом институте, - радиационная физика диэлектриков, объектом исследования которой являются процессы в твердых телах под воздействием потоков ионизирующих излучений. Сразу после окончания второй мировой войны начинается интенсивное развитие ядерной физики и техники в связи с проблемами ядерных вооружений и атомной энергетики. Под Томском создается один из крупнейших центров ядерной промышленности, а в Томском политехническом открывается [[Физико-технический факультет ТПУ|Физико-технический факультет]] для подготовки специалистов в этой области. Вскоре в 1958 г. по инициативе Воробьева был создан [[НИИ ядерной физики при ТПУ|Научно-исследовательский институт ядерной физики]] при [[ТПУ|Томском политехническом институте]]. Один за другим сооружаются источники ядерных излучений: электронные ускорители различных типов - от всемирно известного [[Синхротрон "СИРИУС"|синхротрона "Сириус"]], расчитанного на ускорение электронов до 1,5 ГэВ до настольных бетатронов, электростатический ускоритель, микротрон и бетатроны различных калибров; циклотрон, позволяющий ускорять протоны, альфа-частицы и легкие ионы; исследовательский ядерный реактор. В сравнительно короткие сроки Томский политехнический институт входит в десятку мировых центров ядерной физики и техники по уникальному набору разнообразных источников ядерных излучений. | ||
==1960-е гг.== | ==1960-е гг.== | ||
| Строка 17: | Строка 17: | ||
В 1961 г. в [[ТПУ|Томском политехническом институте]] состоялась первая межвузовская конференция по проблемам радиационной физики твердого тела. В ней участвовало много специалистов из всех регионов страны, многие из которых стали в будущем ведущими в этой области, а томская научная школа радиационной физики диэлектриков - одной из передовых. | В 1961 г. в [[ТПУ|Томском политехническом институте]] состоялась первая межвузовская конференция по проблемам радиационной физики твердого тела. В ней участвовало много специалистов из всех регионов страны, многие из которых стали в будущем ведущими в этой области, а томская научная школа радиационной физики диэлектриков - одной из передовых. | ||
Профессор [[Мелик-Гайказян Ирина Яковлевна|И.Я. Мелик-Гайказян]] с сотрудниками исследовала возникновение и накопление оптически активных дефектов в щелочно-галоидных кристаллах - центров окраски - под действием разного вида излучений и обнаружила сильное влияние примесей на этот процесс. Известно, что изменение свойств твердых тел под действием излучений происходит именно благодаря возникновению и накоплению дефектов, И.Я. Мелик-Гайказян и доцент С.У. Гольденберг выполнили первые в нашей стране исследования возникновения центров окраски в нитевидных кристаллах, которые обладают высочайшим совершенством (иногда не содержат ни одной краевой дислокации) и механической прочностью. | Профессор [[Мелик-Гайказян Ирина Яковлевна|И.Я. Мелик-Гайказян]] с сотрудниками исследовала возникновение и накопление оптически активных дефектов в щелочно-галоидных кристаллах - центров окраски - под действием разного вида излучений и обнаружила сильное влияние примесей на этот процесс. Известно, что изменение свойств твердых тел под действием излучений происходит именно благодаря возникновению и накоплению дефектов, [[Мелик-Гайказян Ирина Яковлевна|И.Я. Мелик-Гайказян]] и доцент С.У. Гольденберг выполнили первые в нашей стране исследования возникновения центров окраски в нитевидных кристаллах, которые обладают высочайшим совершенством (иногда не содержат ни одной краевой дислокации) и механической прочностью. | ||
Были разработаны методы выращивания нитевидных кристаллов из газовой фазы и водных растворов, тонкие физические методы и аппаратура для их исследования. | Были разработаны методы выращивания нитевидных кристаллов из газовой фазы и водных растворов, тонкие физические методы и аппаратура для их исследования. | ||
| Строка 35: | Строка 35: | ||
Полученный обширный экспериментальный материал и наличие теории неравновесных гетерогенных процессов позволили наметить и реализовать интересные практические приложения данных эффектов - твердотельный лазер с химической накачкой, прямое преобразование химической энергии в электрическую и световую, создание избирательных люминисцентных датчиков атомов и молекул, реализация методов аттестации рабочих колб водородных мазеров и пр. | Полученный обширный экспериментальный материал и наличие теории неравновесных гетерогенных процессов позволили наметить и реализовать интересные практические приложения данных эффектов - твердотельный лазер с химической накачкой, прямое преобразование химической энергии в электрическую и световую, создание избирательных люминисцентных датчиков атомов и молекул, реализация методов аттестации рабочих колб водородных мазеров и пр. | ||
==Исследования профессора Д.И. Вайсбурда== | |||
Так, в конце 1960-х гг. возникло новое научное направление - физика нелинейных процессов в диэлектриках при мощных импульсных радиационных воздействиях, созданное профессором кафедры теоретической и экспериментальной физики Д.И. Вайсбурдом и его коллегами. Вначале они исследовали процессы в треках тяжелых заряженных частиц в щелочно-галоидных кристаллах. Эксперименты проводились на циклотроне в [[НИИ ядерной физики при ТПУ|НИИ ядерной физики]] при Томском политехническом институте. Была установлена зависимость между трековым эффектом и процессами накопления элементарных дефектов (центров окраски) и их объединения в агрегаты. Это позволило определить ряд важнейших характеристик треков протонов и альфа-частиц в твердых телах. | За четверть века - с 1944 по 1970 гг., [[ТПУ|Томский политехнический институт]] превратился в один из крупнейших мировых центров физики твердого тела. Признаком этого явилось возникновение не одной научной школы, а мегаполиса научных школ и направлений по родственным областям науки и техники. Именно такая среда питает возникновение новых направлений, синтезирующих достижения нескольких "старых". | ||
Так, в конце 1960-х гг. возникло новое научное направление - физика нелинейных процессов в диэлектриках при мощных импульсных радиационных воздействиях, созданное профессором кафедры теоретической и экспериментальной физики [[Вайсбурд Давид Израйлевич|Д.И. Вайсбурдом]] и его коллегами. Вначале они исследовали процессы в треках тяжелых заряженных частиц в щелочно-галоидных кристаллах. Эксперименты проводились на циклотроне в [[НИИ ядерной физики при ТПУ|НИИ ядерной физики]] при [[ТПУ|Томском политехническом институте]]. Была установлена зависимость между трековым эффектом и процессами накопления элементарных дефектов (центров окраски) и их объединения в агрегаты. Это позволило определить ряд важнейших характеристик треков протонов и альфа-частиц в твердых телах. Д.И. Вайсбурдом было предложено промоделировать трековые процессы в натурном эксперименте на диэлектрике с помощью только что появившихся мощных наносекундных источников ионизирующих излучений - лазеров и сильноточных миниус-ускорителей электронов. | |||
В дальнейшем развитии исследований большую роль сыграло содружество с научной школой [[Месяц Геннадий Андреевич|Г.А. Месяца]]. Был изготовлен один из первых сильноточных миниускорителей, конструкцию которого разработал [[Ковальчук Борис Михайлович|Б.М. Ковальчук]], и началось исследование процессов в диэлектриках по действием наносекундных электронных пучков высокой плотности. | |||
Д.И. Вайсбурд предложил новый экспериментальный метод исследования, основанный на соединении в одной экспериментальной установке двух и более мощных импульсных источников радиации и сильных электрических полей: сильноточных ускорителей, лазеров, ГИНов и т.д. - синхронизированных с нано- или пикосекундной точностью. Идея метода была основана на том, что первый мощный импульс облучения создает в диэлектрике новую неравновесную фазу из электронных возбуждений и дефектов. | |||
Второй, более короткий импульс облучения или сильного электрического поля, синхронизированный с первым, воздействует только на эту фазу за время ее жизни. Он создает возбуждения этой фазы и позволяет их "увидеть" и исследовать в натурном эксперименте. | |||
Были впервые созданы и описаны в научной литературе две экспериментальные установки. В первой синхронизированы с наносекундной точностью два сильноточных микроускорителя и регистрирующая быстродействующая аппаратура - оптическая, электрофизическая и акустическая. Во второй синхронизированы сильноточный миниускоритель, мощный пикосекундныйлазер и регистрирующая оптическая аппаратура. С помощью созданной аппаратуры был проведен ряд уникальных научных экспериментов. Таким образом, спустя полвека на более высоком методическом уровне был воспроизведен классический эксперимент, впервые выполненный [[Тартаковский Петр Саввич|П.С. Тартаковским]] и [[Воробьев Александр Акимович|А.А. Воробьевым]]: диэлектрик облучался ионизирующим излучением в сильном электрическом поле. | |||
==НИИ ядерной физики и НИИ интроскопии== | |||
Крупные фундаментальные и прикладные исследования по другим направлениям, в частности, физике ядра, разработке ускорителей заряженных частиц и их использованию в науке и практике проводились в лабораториях [[НИИ ядерной физики при ТПУ|Института ядерной физики]], а также [[НИИ интроскопии при ТПУ|Института интроскопии]], в котором были сосредоточены работы по созданию и исследованию индукционных ускорителей электронов - бетатронов. | |||
[[НИИ ядерной физики при ТПУ|Научно-исследовательский институт ядерной физики]] (до 1975 г. - Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики) был открыт в 1958 г. с целью развития и проведения научно-исследовательских работ в области ядерной физики, а также подготовки научных кадров. | |||
В институте был создан уникальный комплекс ускорителей с широким диапазоном энергий ускоренных частиц: электронный синхротрон на 1500 МэВ, [[Циклотроны в ТПУ|циклотрон]] с диаметром полюсов 1,2 м, электростатический генератор на 2,5 МэВ, сильноточные электронные и ионные ускорители, криогенное оборудование (разработка бетатронов была передана в НИИ интроскопии). В НИИ ядерной физики при ТПИ был построен исследовательский [[Ядерный реактор ИРТ-1000|ядерный реактор]] на 6 МэВ. | |||
На этих установках проводятся исследования по физике элементарных частиц и ядерной физике, поиску и исследованию новых видов электромагнитного излучения, радиационному материаловедению, сверхпроводимости, разработке и использованию ядерно-физических и атомных методов анализа. | |||
Таким образом, сформировались следующие основные научные направления: | |||
- разработка и создание ускорителей заряженных частиц и других излучательных установок и их использование в науке и практике; | |||
- экспериментальные и теоретические исследования по ядерной физике и физике элементарных частиц. | |||
==Современность== | |||
[[Суржиков Анатолий Петрович|Суржиков Анатолий Петрович]] – доктор физико-математических наук, профессор, руководитель Отделения контроля и диагностики Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности, главный научный сотрудник Проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники, диэлектриков и полупроводников [[ТПУ|Томского политехнического университета]], Заслуженный деятель науки РФ, является руководителем научной школы «Физика твердого тела: физические явления в диэлектриках и полупроводниках при различных видах энергетического возбуждения». | |||
==Литература== | |||
Становление и развитие научных школ [[ТПУ|Томского политехнического университета]]: Исторический очерк/под ред. [[Похолков Юрий Петрович|Ю.П. Похолкова]], [[Ушаков Василий Яковлевич|В.Я. Ушакова]]. - Томск: ТПУ, 1996. | |||