Высоковольтная электрофизика: различия между версиями

 

'''Высоковольтная электрофизика''' - научная школа, созданная в [[ТПУ|Томском политехническом институте]] после организации в 1946 г. кафедры техники высоких напряжений (ТВН), руководимой профессором [[Воробьев Александр Акимович|А.А. Воробьевым]]. Высоковольтная электрофизика получила развитие на кафедре техники высоких напряжений, а также в [[НИИ высоких напряжений при ТПУ|НИИ высоких напряжений]] и [[НИИ ядерной физики при ТПУ|НИИ ядерной физики]]. Большой вклад в развитие этого направления в Томском политехническом институте (университете) внесли ученые-электрофизики [[Воробьев Александр Акимович|А.А. Воробьев]], [[Ушаков Василий Яковлевич|В.Я. Ушаков]], [[Дульзон Альфред Андреевич|А.А. Дульзон]], [[Каляцкий Иван Иванович|И.И. Каляцкий]], [[Чепиков Александр Тимофеевич|А.Т. Чепиков]], [[Курец Валерий Исаакович|В.И. Курец]], [[Кассиров Геннадий Михайлович|Г.М. Кассиров]], [[Месяц Геннадий Андреевич|Г.А. Месяц]], [[Боев Сергей Григорьевич|С.Г. Боев]], [[Лопатин Владимир Васильевич|В.В. Лопатин]], [[Семкин Борис Васильевич|Б.В. Семкин]], [[Ратахин Николай Александрович|Н.А. Ратахин]], [[Воробьев Григорий Абрамович|Г.А. Воробьев]], [[Корольков Валерий Леонидович|В.Л. Корольков]].

В 1946 г. для подготовки инженеров-электриков по технике высоких напряжений в [[ТПУ|Томском политехническом институте]] под руководством и по инициативе профессора [[Воробьев Александр Акимович|Александра Акимовича Воробьева]] была организована кафедра техники высоких напряжений.  

Сотрудники кафедры ТВН принимали активное участие в организации и работе научно-исследовательских проблемных лабораторий электроники, диэлектриков и полупроводников и электроимпульсного разрушения твердых тел («Кедр»). Достигнутые научные результаты послужили основанием для создания в 1968 г. [[НИИ высоких напряжений при ТПУ|НИИ высоких напряжений]] при ТПИ, а затем и института сильноточной электроники Томского филиала АН СССР. Основным составом научных сотрудников этих крупных научных учреждений явились выпускники кафедры и ее аспирантуры.

В 1944 г. в [[ТПУ|Томском политехническом институте]] была открыта аспирантура по специальности «Техника высоких напряжений», через которую осуществлялась подготовка научных и педагогических кадров для ТПИ, вузов и научных учреждений других регионов страны.

Прогрессивная техника физического эксперимента позволила развернуть широкие исследования по физике пробоя диэлектриков, проводимые под руководством [[Воробьев Александр Акимович|А.А. Воробьева]] сотрудниками кафедры ТВН и созданной в 1953 г. проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники, диэлектриков и полупроводников.

Одновременно с изучением природы электрического пробоя диэлектриков на кафедре ТВН в 1950-х гг. велись поисковые исследования по применению электрических разрядов для целенаправленного разрушения горных пород и твердых материалов, названного электроимпульсным. Работы в области электроимпульсной технологии стимулировали новые физические и прикладные исследования по высоковольтной импульсной технике. ([[Воробьев Григорий Абрамович|Г.А. Воробьев]], [[Месяц Геннадий Андреевич|Г.А. Месяц]]), изучению явления электрического взрыва проводников и разработке высоковольтных средств взрыва ([[Мельников Михаил Алексеевич|М.А. Мельников]], В.Б. Шнейдер) и изучению искры как источника механических и иных возмущений (руководитель - Б.В. Семкин). Значительный вклад в теорию и практику импульсного электрического пробоя жидкостей внесли исследования основных электрофизических характеристик и механизмов разряда в жидких диэлектриках, выполненные под руководством [[Ушаков Василий Яковлевич|В.Я. Ушакова]].

Развитие научных исследований на кафедре ТВН в области физики пробоя диэлектриков, ускорительной и высоковольтной импульсной техники, а также активная подготовки инженерных и научно-практических кадров послужили основой для создания в ТПУ новых учебных и научных подразделений - физико-технического и электрофизического факультетов, [[НИИ ядерной физики при ТПУ|НИИ ядерной физики]], [[НИИ высоких напряжений при ТПУ|НИИ высоких напряжений]], Института сильноточной электроники СО АН СССР, нескольких кафедр по новым направлениям подготовки специалистов.

Результаты научных исследований сотрудников кафедры ТВН и [[НИИ высоких напряжений при ТПУ|НИИ высоких напряжений]] обобщены в многочисленных статьях и в целом ряде монографий, учебников и учебных пособий.

Исследование вакуумного пробоя, начатые [[Кассиров Геннадий Михайлович|Г.М. Кассировым]] на кафедре ТВН в 1961 г., были по существу первыми в СССР работами по наносекундному вакуумному пробою. Они позволили установить основные временные характеристики и количественные данные об электрической прочности технического вакуума. В последующем эта тематика получила бурное развитие под руководством [[Месяц Геннадий Андреевич|Г.А. Месяца]], вначале в НИИ ядерной физики при ТПУ, а затем в институте сильноточной электроники СО АН СССР. Были установлены фундаментальные физические закономерности вакуумного пробоя, а явление взрывной эмиссии зарегистрировано как научное открытие.

Работы сотрудников ТПИ по пробою и разрушению твердых диэлектриков, выполнявшиеся в течение четверти века под руководством [[Воробьев Александр Акимович|А.А. Воробьева]], нашли признание в СССР и за рубежом. Именно исследования физики пробоя твердых диэлектриков стимулировали развитие в Томске высоковольтной наносекундной техники и послужили основой для работ по электроимпульсной технологии, радиационной физике твердого тела, тонкопленочной изоляции для устройств микроэлектроники.

Основные направления работ в области электроимпульсной технологии базируются на установленном в 1958 г. [[Воробьев Александр Акимович|А.А. Воробьевым]], [[Воробьев Григорий Абрамович|Г.А. Воробьевым]], [[Чепиков Александр Тимофеевич|А.Т. Чепиковым]] явлении превышения импульсной электрической прочности жидкостей над импульсной электрической прочностью твердых диэлектриков в области малых времен разряда. Это явление легло в основу разработки высоковольтных электроимпульсных технологических установок для разрушения горных пород, руд и других твердых диэлектрических и полупроводящих материалов (бетон, кварц, керамика, корунд и т.п.).

Работы в области электроимпульсного дробления до 1989 г. выполнялись в НИИ высоких напряжений (руководители - [[Курец Валерий Исаакович|В.И. Курец]], Э.Н. Таракановский) совместно с институтом "Механобр"  (С-Петербург). Был разработан и принят в эксплуатацию дробильно-измельчительный комплекс (ДИК-1) для измельчения геологических проб. Были созданы такжк установки для выделения драгоценных органочных камней, переработки шлаков золотоплатиновых производств, измельчения кварцевого сырья и др. Преимущества электроимпульсного способа дробления по сравнению с механическими заключается в более высокой избирательности разрушения, возможности регулирования гранулометрического состава, значительно меньшем загрязнении  готового продукта металлом.

В 1957 г. в ТПИ под руководством [[Воробьев Григорий Абрамович|Г.А. Воробьева]] и [[Месяц Геннадий Андреевич|Г.А. Месяца]] были начаты работы в области высоковольтной наносекундной техники. Появилась возможность углубить исследования физики пробоя диэлектриков, а также приступить к разработке источников сильноточных электронных пучков. В последующем работы по электронным пучкам выделились в самостоятельный раздел прикладной физики - сильноточную электронику - и привели к созданию в 1977 г. [[ИСЭ СО РАН|Института сильноточной электроники СО АН СССР]].

Открытие в 1961 г. при кафедре ТВН проблемной лаборатории электроимпульсного разрушения горных пород, а в 1968 г. создание при [[ТПУ|ТПИ]] [[НИИ высоких напряжений при ТПУ|НИИ высоких напряжений]] стимулировали разработку высоковольтной аппаратуры технологического назначения. Была разработана серия генераторов импульсного напряжения 300-600 кВ. Высокие частота и КПД схемы достигались применением зарядных индуктивностей между ступенями генератора и зарядного дросселя. Конструкция этих генераторов позволила работать на открытом воздухе и транспортировать установки. В последующем продолжилось совершенствование генераторов технологического назначения с целью повышения их КПД, надежности и срока службы, уменьшения уровня шума и помех.

Разработка взрывных коммутаторов (ВК) проводилась в [[НИИ высоких напряжений при ТПУ|НИИ ВН]] с 1968 г. (руководитель - [[Корольков Валерий Леонидович|В.Л. Корольков]]) по трем основным направлениям:

В 1984 г. в институте был запущен лазер с энергией излучения до 3 кДж и рекордной на то время апертурой излучения, в 1987 г. - действующий макет лазера с объемом рабочей смеси 320 л, межэлектродным расстоянием до 50 см и энергией излучения до 10 кДж. В 1988 г. был получен объемный разряд в межэлектродном промежутке 70 см, что примерно вдвое превосходит этот параметр у действующих лазеров. Этими работами руководили [[Семкин Борис Васильевич|Б.В. Семкин]] и Б.Г. Шубин.

В 1980 г. были завершены разработка, изготовление и испытания излучателя электромагнитного импульса. Работа выполнялась под организационным руководством В.С. Колесникова. Ее выполнение послужило стимулом для развития и укрепления инженерно-технических и вспомогательных служб (конструкторского отдела, отдела снабжения, экспериментальных мастерских и др.); институт оборудовал второй загородный полигон. В 1985 г. с участием НИИ ВН было завершено сооружение крупномасштабного сильноточного ускорителя с уникальными параметрами. Общее руководство работами, порученными [[НИИ высоких напряжений при ТПУ|НИИ высоких напряжений]], осуществляли [[Ушаков Василий Яковлевич|В.Я. Ушаков]] и [[Дульзон Альфред Андреевич|А.А. Дульзон]].

Две группы сотрудников под руководством [[Шнейдер Владимир Богданович|В.Б. Шнейдера]] (в 1984 г.) и [[Корольков Валерий Леонидович|В.Л. Королькова]] (в 1987 г.) начали работы по созданию мощных электродинамических установок для реализации идей в области высокоскоростного синтеза сверхтугоплавких материалов. Основой для таких работ послужили накопленный в институте опыт применения энергии взрывчатых веществ в мощной импульсной энергетике и наличие специалистов одинаково хорошо ориентирующихся как в высоковольтной электрофизике, так и в физико-химии, а также опыт разработки высоковольтных  импульсных источников на основе индуктивных накопителей энергии с прерывателями тока в виде электрически взрываемых проводников.

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. - 249 с.