НИИ высоких напряжений при ТПУ
Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете - научный центр по исследованию и разработке научных и инженерных основ создания устройств электроразрядных и плазменных технологий. Характерной чертой деятельности института является постоянная и непрерывная связь учебного процесса, научных исследований и участия в инновационных программах Томского политехнического университета и Томской области. Научно-исследовательский институт высоких напряжений (НИИ ВН) создан в 1968 году на базе научной школы высоковольтников, основанной профессором Воробьевым А.А. Директорами института были: А.Т. Чепиков (на общественных началах, 1966-1968 гг.), В.С. Колесников (1968-1979 гг.), В.Я. Ушаков (1979-1992 гг.), А.А. Дульзон (1992-1993 гг.), С.Г. Боев (1993-2000 гг), В.В. Лопатин.
Множество разработанных и изготовленных в институте установок различного применения работают не только в нашей стране, но и за рубежом. О перспективности развиваемых в институте технологий свидетельствует, например, тот факт, что после опыта успешной эксплуатации двух наших установок в научном центре Карлсруэ был открыт институт электроразрядных и плазменных технологий.
С начала семидесятых годов в результате развития связей с оборонными учреждениями и академическими институтами удалось накопить значительный научный потенциал по созданию высоковольтных уникальных электрофизических установок, проводить исследования по следующим научным направлениям: разработка электроимпульсной технологии обработки материалов и сред; разработка электровзрывной технологии получения ультрадисперсных порошков металлов и их соединений; исследований свойств диэлектриков в экстремальных условиях; исследование грозовой деятельности и параметров молнии.
Создание института
В условиях ограниченного госбюджетного финансирования вузовской науки впервые по инициативе ректора Томского политехнического института А.А. Воробьева в ТПИ была реализована новая форма научных объединений - НИИ, управляемые на общественных началах. В них по тематическому признаку объединялись бюджетные и хоздоговорные научные исследования кафедр, проблемных и отраслевых лабораторий. В период с 1962 по 1968 гг. были организованы НИИ: электронной интроскопии, высоких напряжений, геологии и гидрогеологии, машиностроения, автоматики и электромеханики. На их основе в 1968 г. открыты госбюджетные НИИ: электронной интроскопии, высоких напряжений, автоматики и электромеханики. Создание НИИ ВН 1968 г. в качестве госбюджетного научного учреждения было определено предварительно созданным научным заделом Томской школы высоковольтников-политехников под руководством А.А. Воробьева.
Большой цикл работ, выполненных под руководством А.А. Воробьева плеядой его первых учеников дал четыре основных результата:
- были подготовлены кадры высокой квалификации, умеющие общаться «на ты» с высоковольтной импульсной техникой;
- создана хорошая материальная база, включающая специализированный высоковольтный зал с набором источников напряжения и комплексом диагностической аппаратуры;
- получены научные результаты, важные для понимания природы электрического пробоя твердых диэлектриков;
- рождена и проверена идея об использовании искры в твердых непроводящих материалах для бурения скважин и дробления твердых непроводящих материалов. Эта оригинальная идея, зарегистрированная позже как открытие А.А. Воробьева, А.Т. Чепикова, Г.А. Воробьева, а также наличие кадрового и материально-технического потенциала позволили обосновать необходимость открытия в ТПИ (в 1963 г.) проблемной лаборатории «Кедр». Впоследствии эта лаборатория и кафедра ТВН послужили основой для создания НИИ высоких напряжений.
Наука
Работы начали вести широким фронтом: разрабатывать специальные источники импульсов высокого напряжения, конструировать породоразрушающий инструмент, решать проблемы промывки скважин. Много внимания уделялось проблеме передачи импульсов к забою, поиску материалов и отработке конструкции высоковольтных изоляторов, электрической прочности горных пород в нормальных условиях, а также в условиях, имитирующих бурение глубоких скважин. Параллельно проводились работы по технологии электроимпульсного дробления и измельчения, по использованию импульсов высокого напряжения для инициирования низкочувствительных взрывчатых веществ. Несколько позже начаты исследования явления электрического взрыва проводников, вначале для инициирования взрывчатых веществ, а несколько позже, для прерывания тока в высоковольтных импульсных источниках с индуктивными накопителями энергии.
В связи с разработкой новых технологий получили развитие работы в области электрического пробоя жидкостей, газов, вакуума, физики искрового канала в твердых телах. Большое плодотворное влияние на успешное развитие этих работ, а также работ технологического профиля оказывали исследования в области высоковольтной наносекундной техники, физики газового и вакуумного разрядов, выполнявшиеся в те годы в НИИ ядерной физики при ТПИ под руководством Г.А. Месяца.
В начале семидесятых годов была начата разработка принципиально нового технологического процесса - получения ультрадисперсных порошков металлов, сплавов и химических соединений методом электрического взрыва проводников.
Этот период в истории НИИ ВН запомнился большой увлеченностью сотрудников общим делом, молодым задором, духом коллективизма и здоровой соревновательности. Средний возраст сотрудников был менее 30 лет. В 80е годы опыт разработки высоковольтной импульсной техники, применения в электрофизике взрывчатых веществ, кадровый потенциал позволили институту включиться в выполнение чрезвычайно сложных и ответственных проектов, утверждаемых на уровне правительства СССР. К выполнению каждого из них привлекалось большое число научно-исследовательских коллективов разной ведомственной принадлежности: НПО, конструкторские организации, промышленные предприятия. Интенсивное развитие оборонной тематики и значительные объемы ее повлияли на судьбу фундаментальных исследований. Были свернуты работы по электроимпульсному бурению скважин, по использованию электрических разрядов для электрокрекинга жидких углеводородов, созданию высоковольтных средств инициирования взрывчатых веществ и некоторые другие.
В то же время получили поддержку и дальнейшее развитие такие направления, как разработка импульсных СО2 - лазеров, электровзрывная технология получения ультрадисперсных порошков металлов, электроимпульсное дробление, разрушение некондиционных железобетонных изделий для последующей полной утилизации продуктов разрушения, разработка быстродействующей высоковольтной взрывной коммутационной аппаратуры, совершенствование технологии изготовления крупногабаритных (до 2 тонн) полимерных изоляторов.
В области физики пробоя диэлектриков, также зародились новые направления - исследования электрофизических свойств и радиационной стойкости высокотемпературной изоляции на основе нитридной керамики, электрического старения монолитной полимерной изоляции при воздействии электрических и радиационных полей. Широким фронтом велась разработка высоковольтных искровых разрядников с жидкой, газовой и твердой изоляций. Важные для науки и полезные для практического использования результаты получены при исследовании пробоя больших вакуумных промежутков, при изучении параметров молнии и грозозащиты. Назначение института в 1992 г. головной организацией по 3-х летней инновационной программе Минобразования РФ «Очистка воды и стоков» способствовало развитию работ по очистке и обеззараживанию воды с помощью электрического разряда как источника озона и активных радикалов, ультрафиолетового излучения, электромагнитных колебаний и динамических нагрузок. Так в конце 90-х была разработана технология и начат мелкосерийный выпуск водоочистных комплексов «Импульс». В комплексных схемах очистки применены и другие способы (электрокоагуляция, аэрация, фильтрация). Наработки по тиристорным преобразователям позволили разработать новые надежные источники питания.
Имеющийся в институте опыт доведения разработок «до металла» получил дальнейшее развитие благодаря выполнению контрактов с зарубежными фирмами Германии и Японии. Высокую оценку получила установка дробления материалов, запущенная в Исследовательском центре г. Карлсруэ. Успешно завершились работы по контрактам с компаниями «Кобе Стил» и «Рейнметалл», в рамках которых были изготовлены и запущены электроимпульсные установки разрушения железобетона.
После исследований свойств нанопорошков металлов и их оксидов, получаемых электровзрывом проводников, было создано производство и до стадии реализации доведены плакирующие каталитические смазки.
Дальнейшее развитие получила технология изготовления крупногабаритных изделий из полиолефинов. Изготовленные в НИИ ВН изоляторы из полиэтилена используются во многих разрабатываемых институтом электрофизических установках, а также в других организациях. Параллельно велась разработка технологических регламентов и изготовление крупногабаритных изделий конструкционного назначения, не требующих последующей механической доработки (толстостенные емкости до 3 кубометров, марзаны и др.).
Одно из подразделений в условиях конверсии переключилось на разработку вакуумных аппаратов для обезвоживания материалов. Предложенные технические решения и проведенные исследования позволили решить главную проблему аппаратов — повысить эффективность теплопередачи в условиях вакуума и создать вакуумные сушилки барабанного типа, прошедшие опытно-промышленные испытания на производствах пищевой и медицинской промышленности.
Воробьев Григорий Абрамович (31.10.1925 - 2009 гг.)- доктор технических наук, профессор кафедры техники высоких напряжений ТПИ (ТПУ), на общественных началах исполнял обязанности заместителя директора по научной работе НИИ ВН ТПИ.
Результаты его научных исследований и разработок концентрируются по четырем группам:
1) – явление электрического упрочнения, указывающее, что в ряде случаев электрический пробой твердых диэлектриков (ЭПТД) обусловлен ударной ионизацией электронами, что было экспериментально подтверждено. Идея электрического упрочнения при ЭПТД была предложена академиком А.Ф. Иоффе, но экспериментально не была подтверждена в экспериментах А.П. Александрова 11934г. (академик с 1953г.). По мнению А.П. Александрова это обусловлено тем, что ЭПТД происходит по слабым местам в диэлектрике (слюда и пленочные диэлектрики). Для преодоления этого препятствия в 1958г. В. предложил тонкий слой создавать в монокристалле путем досверливания и растворением дна лунки до нужной толщины. Такие образцы были получены В.А. Костригиным и Л.Т. Мурашко, а затем усовершенствованы И.С. Пикаловой (1964г.). В этих образцах с электролитовыми электродами было обнаружено электрическое упрочнение. При проведении дальнейших экспериментов с участием Н.С. Несмелова и С.Г. Еханина в сверхсильных электрических полях, которые выдерживали указанные образцы, были обнаружены новые явления: дислокации, токи ударной ионизации, свечение собственное и актитворное, выход горячих электронов через полупрозрачный металлический анод. Указанные явления составили новую область в физике диэлектриков – область сверхсильных электрических полей;
2) – дано объяснение явлению внедрения электрического разряда из жидкости в твердый диэлектрик. Этот эффект был экспериментально подтвержден его учеником А.Т. Чепиковым (впоследствии профессором) в опытах по бурению скважин в горных городах, по дроблению горных пород, по извлечению металлической арматуры из железобетона и др. Несколько установок было внедрено в производство. Эти работы продолжаются с участием отечественных и иностранных инвесторов. Открытие закономерности пробоя твердого диэлектрика на границе раздела с жидким диэлектриком при действии импульсов напряжений было зарегистрировано как открытие с приоритетом от 14.12.1961г. и признано РАЕН и Международной Ассоциацией авторов научных открытий в 1999 г. как научное открытие, сделанное А.А. Воробьевым, Г.А., А.Т. Чепиковым;
3) – выполнены пионерские работы по созданию высоковольтных генераторов импульсов наносекундной длительности: а) на 40 КВ (1961г.) (совместно с его учеником Г.А. Месяцем, ныне вице-президентом РАН) для лаборатории Чл.-корр. АН СССР Н.Г. Басова. С помощью этого генератора впервые в СССР получены гигантские импульсы лазерного излучения; б) на 500 КВ, с помощью этого генератора впервые в СССР испытана предложенная чл.-корр. АН СССР А.И. Алиханяном и его сотрудниками стримерная камера для регистрации ядерных частиц. Впоследствии за разработку стримерной камеры А.И. Алиханян и его сотрудники были удостоены Ленинской премии; в) на 1 млн. вольт (совместно с Н.С. Руденко, ныне профессором);
4)- разработаны установки для получения тонких диэлектрических пленок путем распыления в пеннинговой камере (совм. с Т.И. Данилиной) и ионным пучком (совм. с З.А. Шандра, К.И. Смирновой, В.А. Бурдовициным). Несколько таких установок внедрены на предприятиях СССР. Разработаны холодные катоды на основе формирующихся систем металл-диэлектрик-металл. К сожалению, такие установки не внедрялись из-за малой долговечности формирующихся М-Д-М систем.
Чепиков Александр Тимофеевич (23.07.1924 – 30.01.1999 гг.) – доктор технических наук, профессор кафедры «Электрические станции» ТПУ. С ноября 1963 г. осуществлял руководство проблемной лабораторией «Кедр» ТПИ, на базе которой в марте 1968 г. был организован НИИ высоких напряжений, был назначен заместителем директора по научной работе этого института.
В 1958 г. А.А. Воробьевым, Г.А. Воробьевым и А.Т.Чепиковым было открыто явление повышения импульсной электрической прочности жидкости над импульсной электрической прочностью твердых диэлектриков в области малых времен разряда. Открытие было зарегистрировано в 1999 г. (с приоритетом от 1961 г.). Это открытие легло в основу разработки высоковольтных электроимпульсных технологических установок для разрушения горных пород, руд и твердых диэлектрических и полупроводящих материалов (бетон, кварц, керамика, корунд и др.). Основным «рабочим инструментом» в них является искра в твердом теле, расширяющийся канал которой создает разрушающие механические возмущения. Были разработаны и изготовлены лабораторные и опытно-промышленные электроимпульсные установки для дробления и измельчения руд, резания горных пород и бетонов, бурения и проходки скважин и стволов.
Их разработке предшествовали исследования импульсных разрядных характеристик широкого набора разрушаемых и изоляционных материалов, жидкостей и их смесей при временах 10 -6 с и менее, были изучены условия передачи импульсов к исполнительному органу. Для этих технологических процессов были созданы соответствующие высоковольтные установки, изучены и отработаны их технологические режимы, определены оптимальные параметры и технико-экономические показатели.
Александр Тимофеевич являлся научным руководителем исследований по разработке нового перспективного способа бурения. Испытания показали, что наиболее эффективной сферой применения электроимпульсного бурения является проходка скважин и стволов большого диаметра в крепких и сверхкрепких породах и вечной мерзлоте. Здесь скорости проходки в 5-10 раз превышают скорость, обеспечиваемую буровыми станками с алмазными коронками, а износ бурового инструмента уменьшается в сотни раз. Кроме того, им выполнены первые эксперименты, выявившие основные закономерности электроимпульсного способа разрушения некондиционных железобетонных изделий с целью извлечения из них арматуры и щебня для повторного использования на производстве.
С целью углубления результатов исследований в указанных направлениях и быстрейшего внедрения их результатов в практику постановлением Правительства СССР при ТПИ был создан НИИ ВН с госбюджетным финансированием. Результаты исследований были изложены в двух монографиях: А.А. Воробьев, Г.А. Воробьев, А.Т. Чепиков и др. Высоковольтное испытательное оборудование и измерения / под ред. А.А. Воробьева. – М.ТЭИ, 1960. – 584стр; А.А. Воробьев, А.Т. Чепиков. Разрушение горных пород импульсными электрическими разрядами. – Томск: Изд. ТГУ, 1961 – 86стр. Начатые исследования позже развивались в СО ВАН СССР и Карагандинском политехническом институте.
Оборонная тематика
Первые серьезные работы по оборонной тематике потребовали колоссальных усилий всего коллектива. Они показали, что для успешного выполнения таких работ требуется гораздо более четкая структура управления и необходимая инфраструктура – конструкторский отдел, отдел стандартизации, эффективная система снабжения дефицитными материалами и комплектующими, опытное производство. Принятая в США программа СОИ резко повысила спрос на разработки в области высоковольтной импульсной техники. При этом ранее приобретенный на кафедре техники высоких напряжений и в НИИ ВН опыт разработки, изготовления и монтажа различных высоковольтных импульсных устройств оказался востребованным и очень полезным. Масса оригинальных технических решений и сотни изобретений заложили ту базу, на основе которой можно было браться за разработку установок с неслыханными до тех пор параметрами.
Удачным оказалось сочетание исследований и разработок в области техники высоких напряжений и в области физики взрыва и горения. Организованная профессором М.А. Мельниковым и его учениками лаборатория, открытие кафедры прикладной физики и специальности «Физика горения и взрыва» позволили подготовить целый ряд специалистов, которые одновременно владели и физикой взрыва и высоковольтной импульсной техникой (Н.А. Яворский, Г.В. Иванов, В.Л. Корольков, В.Б. Шнейдер и др.). В результате институту удалось создать целую гамму взрывных коммутационных устройств, найти оригинальные решения в области высокоскоростного метания, а также выйти на новую технологию получения ультрадисперсных порошков металлов, сплавов и соединений методом электрического взрыва проводников.
Еженедельные научные семинары НИИ ВН проходили очень оживленно и взаимно обогащали идеями сотрудников, работающих, казалось бы, в очень отдаленных областях науки. Знакомство с физикой взрыва помогло и высоковольтникам с других позиций посмотреть на процессы электроимпульсной технологии – как на процессы электрического взрыва в конденсированных средах. Показательны в этом плане работы, выполненные Б.В. Семкиным, В.И. Курцом. Оборонная тематика не только хорошо финансировалась, но и достаточно (по тому времени) обеспечивалась дефицитными материальными ресурсами. Она была также чрезвычайно интересна по постановке задач, зачастую на грани возможного по законам физики. Кроме того, возникало чувство причастности к важнейшим государственным задачам. С другой стороны, жизни института в этих условиях совсем не была безоблачной. Правительственные программы всегда готовились очень долго, причем к моменту, когда постановление правительства принималось и приобретало силу закона, оставшегося от первоначального графика (который уже никто не решался менять) времени было явно недостаточно. Это создало особую нервозность при выполнении работ. Ответственность за срыв сроков, особенно в период правления Ю.В. Андропова, могла быть весьма высока. Однако впоследствии финансирование резко сократилось вдвое. Вместе с тем то обстоятельство, что большинство своих разработок институт доводил «до железа», а также то, что от оборонной тематики часть средств в предыдущие годы тем или иным способом удавалось направлять на поддержку исследования и разработок в области технологии, позволили институту выжить и достаточно успешно осуществить конверсию основных лабораторий. Достаточно убедительно это подтверждается тем фактом, что в 1995 году около 40 процентов объема научно-исследовательских работ институт заработал за рубежом, причем в развитых странах – Германии и Японии.
Основные направления научной деятельности НИИ ВН:
• разработка электроразрядных и пучково-плазменных технологий;
• создание импульсного высоковольтного и сильноточного технологического оборудования для них.
Фундаментальные и прикладные научные исследования выполняются по заданию Минобразования России; по результатам конкурсного отбора по программам Рособразования и Роснауки; в рамках контрактов и хоз/договоров. На протяжении многих лет сотрудники института выигрывают как Российские гранты (РФФИ, Минобразования), так и международные (гранты NATO, DAAD, ISTC, INTAS, CRDF, DFG).
На базе НИИ высоких напряжений и кафедры ТЭВН ТПУ создана и успешно функционирует Инновационная международная научно-образовательная лаборатория электроразрядных и пучково-плазменных технологий. В рамках лаборатории ежегодно проходят стажировки специалисты, аспиранты, магистранты и студенты из Франция, Китая, Канады, Индии, Норвегии и ряда других стран мира. В НИИ ВН выполнена и защищена кандидатская диссертация гражданином Китая, сегодня обучается еще один аспирант из этой страны.
В институте существует поддержка научных исследований через систему внутриинститутских грантов для аспирантов, молодых ученых и докторантов. Ежегодно финансовая поддержка в выполнении исследований оказывается 15-20 претендентам. К научно-исследовательской работе активно привлекаются студенты, в том числе магистранты, большая часть из них работает с оплатой.
В настоящее время НИИ ВН представляет собой симбиоз уникального научного центра по исследованию и разработке научных и инженерных основ создания устройств электроразрядных и плазменных технологий и образовательного. Благодаря тесной связи с кафедрой ТЭВН, НИИ ВН активно участвует в выполнении Инновационной программы ТПУ, создаются 6 учебно-исследовательских комплексов, оснащенных современной аналитической и измерительной аппаратурой для научных исследований аспирантов и магистрантов. НИИ ВН традиционно является «кузницей остепененных кадров» для ТПУ и других университетов и предприятий.
Основные научные исследования проводятся по ряду тематик:
1. Исследования на основе мощных ионных и электронных пучков наносекундной длительности:
• разработка научно-технических основ неравновесных плазмохимических процессов, инициируемых импульсным электронным пучком для конверсии тетрахлорида кремния в трихлорсилан и для неравновесного плазмохимического синтеза нанооксидов;
• разработка и создание эффективных диодных систем для формирования импульсных мощных ионных пучков;
• исследования по импульсной радиационно-пучковой очистке воды,
• исследования по вакуумно-дуговой обработке металлических материалов.
2. Исследования процесса низкотемпературного обезвоживания материалов развивается в трех направлениях:
• разработка технологии и оборудования для концентрирования жидкостей (соков, экстрактов трав и т.д.),
• разработка технологии и создание оборудования по низкотемпературной сушке сыпучих материалов (овощи, фрукты, ягоды и т.д.),
• технологиям модифицирования (сушки и пропитки) древесины быстро растущих пород (береза, осина, тополь).
3. Разработка технологии и оборудования для извлечения биологически активных веществ из растительного и органоминерального сырья.
4. Разработка лабораторных информационно-управляющих систем ЛИС/ЛИУС «Химик-аналитик» для предприятий химической, металлургической и других отраслей промышленности.
5. Исследование поведения полимерных диэлектриков в сильных электрических полях: диэлектрическая спектроскопия, исследование диэлектрических и механических свойств, электрической прочности и ресурса полимерной изоляции.
6. Исследования диэлектрических свойств термостойких диэлектриков в тепловых полях до 2500ºК. Измерения пострадиационных изменений структуры, электрофизических и оптических свойств диэлектриков.
7. Компьютерные и физические исследования разрушения материалов при электровзрыве применительно к развитию электроразрядных технологий бурения скважин, резания и снятия поверхностного слоя материалов, туннелестроения.
8. Изучение влияния электрических объемных и искровых разрядов на кинетику физико-химических реакций в газовых и жидкостных средах.
9. Изучение свойств нанопорошков, полученных методом электрического взрыва металлических проволок.
10. Моделирование процессов развития разряда, расширения плазменного канала и разрушения гетерогенных материалов.
11. Мониторинг временнóго и пространственного распределений грозовой активности.
В багаже института 18 монографий и 12 сборников научных статей, 157 кандидатских и 19 докторских диссертаций, 1160 авторских свидетельств и патентов, научное открытие. Институт является соорганизатором 3-х регулярно проводимых международных конференций.
Продукция
Институт производит и продает источники питания, импульсные генераторы, плазмо-химические электроразрядные реакторы ускорителей наносекундных электронных и ионных пучков; оказывает услуги по измерению электрофизических свойств.
Внебюджетная деятельность успешно осуществляется за счет реализации оригинальных разработок по электроразрядной и пучково-плазменной технологиям, из которых особо следует отметить следующие:
• Водоочистные установки «Импульс» и «Аэрозон» и услуги по их обслуживанию;
• Устройство магнитной обработки воды для объемной кристаллизации солей.
• Информационная система «Химик аналитик» для химических лабораторий предприятий различного профиля.
• Крупногабаритные изделия из полиэтилена.
• Вакуумные сушильные аппараты.
• Сырье и биодобавки на основе концентрированных и обезвоженных продуктов по вакуумной технологии, разработанной в институте.
• Пучковые технологии для упрочнения металлорежущего инструмента и для получения нанопорошков, ускорители электронов и ионов.
• Электроразрядное дробление твердых материалов и изделий.
• Крупногабаритные магнитопроводы для устройств мощной силовой электроники.
• Электроразрядные технологии разрушения не габаритов, железобетонных изделий, резанье горных пород, бурение скважин, очистка трубных поверхностей и снятие поверхностного слоя бетона.
Директора НИИ ВН
Директорами института были: Чепиков А.Т. (1966 - 1968 гг.), В.С. Колесников (1968 - 1979 гг.), В.Я. Ушаков (1979 - 1992 гг.), А.А. Дульзон (1992 - 1993 гг.), С.Г. Боев (1993 - 2000 гг), В.В. Лопатин.
Чепиков Александр Тимофеевич (23.07.1924 - 30.01.1999 гг.) – доктор технических наук, профессор кафедры «Электрические станции» Томского политехнического университета. Руководил институтом на общественных началах.
Под руководством первого директора НИИ ВН Чепикова А.Т. велась разработки специальных источников импульсов высокого напряжения, конструирование породоразрушающий инструмент, решение проблем промывки скважин. Много внимания уделялось проблеме передачи импульсов к забою, поиску материалов и отработке конструкции высоковольтных изоляторов, электрической прочности горных пород в нормальных условиях, а также в условиях, имитирующих бурение глубоких скважин. Параллельно проводились работы по технологии электроимпульсного дробления и измельчения, по использованию импульсов высокого напряжения для инициирования низкочувствительных взрывчатых веществ. Несколько позже начаты исследования явления электрического взрыва проводников, вначале для инициирования взрывчатых веществ, а несколько позже для прерывания тока в высоковольтных импульсных источниках с индуктивными накопителями энергии. В начале семидесятых годов начата разработка принципиально нового технологического процесса - получения ультрадисперных порошков металлов, сплавов и химических соединений методом электрического взрыва проводников.
В связи с разработкой новых технологий получили развитие работы в области электрического пробоя жидкостей, газов, вакуума, физики искрового канала в твердых телах. Большое плодотворное влияние на успешное развитие этих работ, а также работ технологического профиля оказывали исследования в области высоковольтной наносекундной техники, физики газового и вакуумного разрядов, выполнявшиеся в те годы в НИИ ЯФ при ТПИ под руководством Г.А. Месяца.
В летние сезоны 1964-1970 гг. были организованы испытания электроимпульсных буровых установок в полевых условиях в окрестностях Томска, Лениногорска, Магадана, на БАМе и Курской магнитной аномалии. Высокие скорости проходки, отсутствие необходимости в дорогостоящем породоразрушающем инструменте показали конкурентоспособность этой технологии среди самых современных способов бурения скважин.
Ушаков Василий Яковлевич (р. 27.03.1939 г.) – профессор кафедры техники и электрофизики высоких напряжений ТПУ, директор НИИ ВН при ТПИ в 1979-1992гг.
Будучи директором НИИ ВН Ушаков возглавлял разделы ряда крупных государственных программ по разработке мощных импульсных систем для термоядерной энергетики и прикладной физики («30*-27», «Клен», «Заря», «Фарада» и др.). Был членом Научных советов АН СССР «Мощная импульсная энергетика», «Научные основы электрофизики и электроэнергетики», членом Научно-методического совета Минвуза РСФСР по высшему энергетическому образованию.
За время пребывания Василия Яковлевича на посту директора института получили развитие перспективные научные направления в области высоковольтной импульсной техники и технологии, повысился уровень общественного признания проводимых работ, существенно укрепилась материальная база института.
Прочный фундамент, заложенный в эти годы, позволил институту выжить без больших потерь в трудные 90-е годы.
Дульзон Альфред Андреевич (р. 31.07.1937 г.) – профессор кафедры международного менеджмента и кафедры организации и технологии высшего профессионального образования ТПУ, в 1974 - 1992 гг. – заместитель директора, в 1992 - 1993 гг. - директор НИИ ВН при ТПУ.
Научная деятельность А.А. Дульзона была связана с исследованиями и разработками в области созданной в ТПУ технологии электроимпульсного разрушения твердых тел, с разработкой высоковольтных импульсных устройств оборонного назначения, а также с исследованиями в области грозовой деятельности, физики разряда молнии и молниезащиты энергетических объектов. На посту заместителя директора НИИ ВН он руководил проектами по созданию буровых установок для бурения скважин большого диаметра (до 1 метра и более) с помощью импульсных электрических разрядов, установок по разрушению композитных материалов, проектами, связанными с созданием имитаторов электромагнитного излучения ядерного взрыва, а также с созданием электромагнитного оружия. Коллектив организованной А.А. Дульзоном лаборатории молниезащиты, которой он руководил в течение 20 лет, провел многолетние полевые измерения интенсивности грозовой деятельности с помощью сети счетчиков молний, разработанных в лаборатории, создал нормативные карты грозовой деятельности для большинства энергосистем Западной Сибири и Казахстана. Детальный анализ надежности молниезащиты линий электропередачи 6-500 кВ ряда энергосистем Сибири и Казахстана позволил не только уточнить действие ряда факторов, влияющих на надежность линий, но и предложить конкретные мероприятия по ее повышению.
Боев Сергей Григорьевич (р. 06.09.1949 г., г. Артемовск Красноярского кр.) - доктор физико-математических наук, профессор, академик РАЕН, член комитета по экспертизе эффективности оздоровительных продуктов и технологий Научного Совета по биомедицине РАН, член диссертационного совета Томского политехнического университета, директор НИИ ВН при ТПУ в 1993 - 2000 гг.
Научное направление во время работы в ТПУ: радиационная физика твердого тела, электрофизические характеристики диэлектрических материалов в условиях воздействия радиации, электрических полей, механических нагрузок и др. факторов. Одна из основных работ – «Радиационное накопление заряда в твердых диэлектриках и методы его диагностики». Изучены основные закономерности накопления объемного заряда в диэлектриках в результате облучения их заряженными частицами.
Лопатин Владимир Васильевич (р. 17.03.1947 г., Иркутская обл., г. Слюдянка) – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой техники и электрофизики высоких напряжений ТПУ, в 1999 - 2010 гг. - директор Института физики высоких технологий ТПУ, в настоящее время - заведующий кафедрой техники и электрофизики высоких напряжений ТПУ, заместитель директора Института физики высоких технологий ТПУ.
2002 г.
В 2002 г. в научных лабораториях института осуществляли подготовку диссертационных работ 16 аспирантов и 2 докторанта. К различным формам участия в НИР и ОКР были привлечены 62 студента, из них 40 человек работали с оплатой.
По тематике института в 2002 году защищено 15 дипломных работ, 2 кандидатские и 2 докторские диссертации. На конференциях различного уровня отмечено дипломами 10 докладов молодых ученых и студентов. Необходимо отметить возросшую результативность НИР студентов. В соавторстве со студентами опубликовано 22 работы и 22 - студентами без соавторов. Победителями конкурса Фонда Сороса стали 3 человека. Оживлению работы со студентами и молодыми учеными в значительной степени способствовала организация Фонда поддержки молодых ученых, аспирантов и докторантов им. А.А. Воробьева, разработка положения о выделении грантов и проведение конкурса. Отличительной особенностью 2002 года является открытие дополнительных рабочих мест и увеличение кадрового состава института до 182 человек штатных сотрудников, из них 7 докторов, 25 кандидатов наук.
Фундаментальные и прикладные исследования выполнялись как по заказ-наряду, так и в рамках 7 проектов межвузовских программ, 5 грантов Минобразования и РФФИ.
Внебюджетная деятельность осуществлялась в значительной степени благодаря опытному производству института, где разработки обретают статус инновационного продукта, имеющего рыночный спрос. По объемам реализации наукоемкой продукции на первом месте по-прежнему стоят водоочистные устройства. 3 лаборатории института в своей хоздоговорной деятельности практически полностью ориентированы на предприятия энергетической отрасли. Как и в 2001 году - это услуги по очистке трубок теплообменных аппаратов от накипи с помощью электрического разряда, устройства присоединения для мостовых схем контроля изоляции подстанционного оборудования под рабочим напряжением 110-500 кВт, защитные разрядники на взрывающихся проводниках.
Из реализованной научно-технической продукции следует также отметить:
Крупногабаритные изделия из термопластов по разработанной технологии, основными достоинствами которой являются возможность изготовления единичных изделий или малой серии без значительных затрат, высокое качество переработанного материала. Благодаря расширению номенклатуры поставленных заказчиком изделий, технология постоянно совершенствуется.
Аппаратура низкотемпературного обезвоживания в вакууме, предназначенная для малых производств продуктов питания с длительным сроком хранения и препаратов медицинского назначения из сырья растительного и животного происхождения. Основным достоинством технологии является сохранение всего комплекса биологически активных веществ, улучшение показателей бактериальной обсемененности продукта и энергосбережение.
Смазочные составы с использованием ультрадисперсных порошков железа, меди и латуни, полученных по разработанной в институте электровзрывной технологии. Данные составы обеспечивают эффект «безызносности», основанный на способности ультрадисперсных порошков образовывать пленки на поверхности трения.
Много внимания в 2002 г. уделялось международному научно-техническому сотрудничеству. В цифрах и фактах можно отметить следующее:
институт посетили иностранные ученые, делегации из Китая, Японии, Германии, Франции, Греции, Ирана, Кореи, Норвегии, Чехии. По сравнению с предыдущими годами необходимо отметить, что большинство посещений носило конструктивный характер и было направлено на обсуждение конкретных проблем, волнующих обе стороны. Ряд переговоров был завершен заключением контрактов, приглашением наших сотрудников на стажировки и ответные визиты, направленные на установление взаимовыгодного сотрудничества;
сотрудниками института были совершены 24 поездки за границу для выступлений на конференциях, участия в выставках, стажировок, переговоров, для работы по контрактам и грантам. Необходимо отметить значительную активность в зарубежных поездках молодых ученых нашего института (Громов А.А, Корнев Я.И., Малиновский А.С., Ан В.В., Журков М.Ю. и др.);
завершена работа по гранту Международного научно-технического центра «Создание системы лазерной молниезащиты» с положительной оценкой ее результатов и предложением продолжить работы в рамках нового проекта;
по тематике института принят в аспирантуру Ли Цзень Фень - гражданин Китая.
2003 г.
В 2003 г. главной заботой дирекции по-прежнему оставалась политика омоложения кадрового состава института. Увеличилось количество кандидатов наук, причем в возрасте до 33 лет, хотя общее количество научных сотрудников сократилось.
Кроме того, в научных лабораториях института осуществляют подготовку диссертационных работ 14 аспирантов и 1 докторант. К различным формам участия в НИР и ОКР были привлечены 70 студентов, из них 40 работали с оплатой. По тематике института в 2003 году защищено 16 дипломных работ, 4 кандидатские и 2 докторские диссертации. Необходимо отметить возросшую результативность НИР студентов. В соавторстве со студентами опубликовано 11 работ и 4 - студентами без соавторов. Организация научных исследований через систему внутриинститутских грантов для аспирантов, молодых ученых и докторантов, проводившаяся в институте третий год, позволила активизировать работу молодежи института. В 2003 г. финансовая поддержка оказана 13 претендентам. Действуют положения о стимулировании студентов и их научных руководителей за высокие достижения в научной работе. Фундаментальные и прикладные исследования выполнялись как по заданию Минобразования России, так и в рамках конкурсных работ по 4 проектам межвузовских программ и 3 грантам Минобразования. Внебюджетная деятельность осуществлялась за счет реализации разработок института, из которых особо следует отметить следующие:
Водоочистные установки «Импульс», «Разряд» и «Стример»
Программный продукт АИС «Русалка» для химических лабораторий предприятий различного профиля
Электроимпульсные технологии разрушения (бурение, резание)
Крупногабаритные изделия из полиэтилена
Магнитопроводы для мощных импульсных генераторов
Вакуумные сушильные аппараты
Металлоплакирующие смазки
Биодобавки на основе концентрированных и обезвоженных продуктов по вакуумной технологии, разработанной в институте
Устройства контроля изоляции в/в линий электропередачи под напряжением.
2004 г.
В прошедшем году главной заботой дирекции оставалась политика омоложения кадрового состава института. При сокращении численности работников научных подразделений (на 11 человек), увеличилась численность научных сотрудников в возрасте до 29 лет. Увеличилось количество кандидатов наук в возрасте до 30 лет. Организация научных исследований через систему внутриинститутских грантов для аспирантов, молодых ученых и докторантов, проводившаяся в институте четвертый год, позволила активизировать работу молодежи института. В 2004 г. финансовая поддержка оказана 18 претендентам. Действуют положения о стимулировании студентов и их научных руководителей за высокие достижения в научной работе.
В научных лабораториях института осуществляют подготовку диссертационных работ 12 аспирантов и 2 докторанта. Одному из наших аспирантов - Д. Герасимову, по итогам конкурса 2004 г. присуждена престижная правительственная стипендия. К различным формам участия в НИР и ОКР были привлечены 80 студентов, из них 40 работали с оплатой. По тематике института в минувшем году защищено 14 дипломных работ и 3 кандидатские диссертации. Необходимо отметить возросшую результативность НИР студентов. В соавторстве со студентами опубликовано 39 работ, и 18 из них опубликовано студентами без соавторов.
Фундаментальные и прикладные исследования выполнялись как по заданию Минобразования России, так и в рамках конкурсных работ по 6 проектам межвузовских программ и 5 грантам Минобразования. Внебюджетная деятельность осуществлялась за счет реализации разработок института, из которых особо следует отметить следующие:
водоочистные установки "Импульс" и "Разряд" и услуги по их обслуживанию;
программный продукт "Химик-аналитик" для химических лабораторий предприятий различного профиля;
электроразрядные технологии разрушения (бурение, резание);
крупногабаритные изделия из полиэтилена;
вакуумные сушильные аппараты;
металлоплакирующие и антифрикционные смазки;
биодобавки на основе концентрированных и обезвоженных продуктов по вакуумной технологии, разработанной в институте;
устройства контроля изоляции в/в линий электропередачи под напряжением.
В 2004 году была продолжена активная деятельность по поиску зарубежных заказчиков на нашу продукцию. С этой целью ряд разработок экспонировались на престижных международных выставках у нас в стране (Москва, С.-Петербург, Нижний Новгород и др.) и за рубежом (Германия, Китай). Состоялись активные обмены визитами ведущих специалистов и аспирантов нашего института и научно-исследовательских центров зарубежья. В рамках международного сотрудничества Институт принимал представителей и делегации из Южной Кореи, Китая, Японии, Великобритании, Франции, Бельгии, Норвегии, Индии. С нашей стороны состоялось 20 командировок в страны дальнего зарубежья, в том числе 14 из них с оплатой по грантам приглашающей стороны. В рамках проекта "Создание международной лаборатории" в НИИ ВН продолжает обучаться аспирант из Китая, защита диссертации которого планируется в 2005 г. Обучались магистранты из Ульсанского университета (Ю. Корея) и Индии.
2006 г.
К различным формам участия в НИР и ОКР в 2006 году были привлечены 65 студентов, из них 36 работали с оплатой. По тематике института в минувшем году защищено 9 дипломных работ и 2 кандидатские диссертации. Необходимо отметить достаточно высокую результативность НИР студентов. В соавторстве со студентами в 2006 г. опубликовано 22 работы и 4 из них опубликовано студентами без соавторов. Пятый год в институте существует поддержка научных исследований через систему внутриинститутских грантов для аспирантов, молодых ученых и докторантов. В 2006 г. финансовая поддержка оказана 15 претендентам. Действует система финансового стимулирования студентов и их научных руководителей за высокие достижения в научной работе.
Фундаментальные и прикладные исследования выполнялись как по заданию Минобразования России, так и в рамках конкурсных работ по программам Рособразования, Роснауки, грантам РФФИ, CRDF, DAAD, Орлеанского и Калифорнийского университетов.
Внебюджетная деятельность осуществлялась за счет реализации разработок института, из которых особо следует отметить следующие:
Водоочистные установки «Импульс» и «Аэрозон» и услуги по их обслуживанию.
Программный продукт «Химик аналитик» для химических лабораторий предприятий различного профиля.
Электроразрядное оборудование для бурения скважин и снятия поверхностного слоя бетона.
Крупногабаритные изделия из полиэтилена.
Вакуумные сушильные аппараты.
Биодобавки на основе концентрированных и обезвоженных продуктов по разработанной в институте вакуумной технологии.
Пучковые технологии и оборудование для упрочнения металлорежущего инструмента и для получения нанопорошков.
Электрофизическое оборудование и источники питания.
Крупногабаритные магнитопроводы для устройств мощной силовой электроники.
В 2006 году была продолжена активная деятельность по поиску отечественных и зарубежных заказчиков на нашу продукцию. С этой целью ряд разработок экспонировались на престижных международных выставках как у нас в стране (Москва, С-Петербург, Пермь и др.), так и за рубежом (Финляндия, Китай). По зарубежным контрактам выполнялись работы:
монтаж, запуск и совместные исследования электроразрядного резака;
создание электроразрядного бура;
изготовление производственного оборудования для модифицирования древесины мягких быстро растущих пород;
изучение механизма формирования частиц при электровзрыве проводников и изготовление и поставка нанопорошка алюминия;
изготовление и поставка многоразрядного источников ионов на основе псевдоискрового разряда и измерение основных параметров такого источника;
разработка, изготовление и поставка элементов оборудования для ионной имплантации;
разработка и проектирование мощных импульсных высоковольтных источников питания.
Состоялись обмены визитами с зарубежными партнерами. Институт принимал представителей и делегации из США, Японии, Франции, Норвегии, Китая. С нашей стороны состоялась 25 командировок в страны дальнего зарубежья, в том числе 4 из них с оплатой по грантам приглашающей стороны. В рамках проекта «Международная лаборатория» на базе НИИ ВН защищена кандидатская диссертация г. Ли Цзень Фень (Китай), обучается еще один аспирант из Китая, прошли стажировку 2 аспиранта (Франция, Китай).
Область научных интересов Лопатина - материаловедение диэлектриков, электроразрядные технологии и уникальные методики высокоскоростных исследований развития разряда и поведения материалов в сильных тепловых, радиационных и электрических полях.
Результаты исследований применены в разработанном электрофизическом оборудовании для военной техники. Обнаруженный эффект гигантского увеличения электропроводности термостойких диэлектриков использован в технологии ионно-термического модифицирования керамики, в частности, в предложенной и изготовленной в НИИ ВН первой стенке токамака ТСП. Результаты экспериментальных и компьютерных исследований явлений, сопровождающих развитие и расширение разрядного канала в неоднородных средах, дали толчок развитию электроразрядных технологий.
Современное состояние
В последние годы постепенно, но неуклонно увеличивался объем хоздоговорных и контрактных работ. Так, объем хоз/договорных работ, выполненных в 2008 году, почти в 5 раз превышает объем 2000 года, а объем зарубежных контрактов увеличился почти в 10 раз. Госбюджетное финансирование за это время тоже выросло в 6 раз за счет грантов Российского фонда фундаментальных исследований, проектов федеральной целевой научно-технической программы и программы Рособразования.
Свидетельством востребованности разрабатываемых технологий и оборудования является растущий объем хоздоговорных работ и работ, выполняемых по контрактам с зарубежными заказчиками. С целью поиска отечественных и зарубежных заказчиков разработки НИИ ВН регулярно экспонируются на престижных выставках как у нас в стране (Москва, С-Петербург, Пермь и др.), так и за рубежом (Финляндия, Китай, Германия, Чехия).
Неоспоримым подтверждением признания разработок, выполняемых в институте, являются российские и международные награды, регулярно получаемые сотрудниками института. Примером тому являются сертификат международной программы ЕЭС «Партнерство ради прогресса», GRAND PRIX «TEFFI», золотые, серебряные и бронзовые медали международных салонов инноваций и инвестиций, проводимых в России и за рубежом.
Наиболее успешно внебюджетная деятельность осуществляется за счет реализации оригинальных разработок по электроразрядной и пучково-плазменной технологиям, из которых особо следует отметить следующие:
• водоочистные установки «Импульс» и «Аэрозон» и услуги по их обслуживанию;
• информационная система «Химик аналитик» для химических лабораторий предприятий различного профиля;
• крупногабаритные изделия из полиэтилена;
• вакуумные сушильные аппараты;
• сырье и биодобавки на основе концентрированных и обезвоженных продуктов по вакуумной технологии, разработанной в институте;
• пучковые технологии для упрочнения металлорежущего инструмента и для получения нанопорошков, ускорители электронов и ионов;
• крупногабаритные магнитопроводы для устройств мощной силовой электроники;
• электроразрядные технологии разрушения не габаритов, железобетонных изделий, резанье горных пород, бурение скважин, очистка трубных поверхностей и снятие поверхностного слоя бетона. Институт производит и продает источники питания, импульсные генераторы, плазмо-химические электроразрядные реакторы ускорителей наносекундных электронных и ионных пучков; оказывет услуги по измерению электрофизических свойств.
Появивились заказы на НИР от Российских и Казахстанских предприятий: работы по электроразрядной активации рабочих растворов для подземного выщелачивания урана, разработка технологии получения “солнечного” кремния и др.
Литература
1. Гагарин А.В. «Профессора Томского политехнического университета». Т. 2. Томск: Изд-во научно-технической литературы, 2001.
2. Гагарин А.В. «Профессора Томского политехнического университета»: Т. 3, ч. 1. - Томск: Изд-во ТПУ, 2005.
3. Гагарин А.В. «Профессора Томского политехнического университета»: Т. 3, ч. 2. - Томск: Изд-во ТПУ, 2006.
4. Гагарин А.В., Ушаков В.Я. Профессора Томского политехнического университета 1991 - 1997 гг.: Биографический сборник – Томск: Изд-во НТЛ, 1998.
5. Материалы фондов Комплекса музеев ТПУ.
6. Томский политехник. Выпуск № 2, 1996 г. – 56 с.
Ссылки
http://earchive.tpu.ru/handle/11683/73167
https://za-kadry.tpu.ru/newspaper/article/view?id=4241
https://portal.tpu.ru/portal/page/portal/TPU/institute/niivn/about