2006-2010

2006 год

Продемонстрирована возможность импульсно- периодической генерации наносекундных импульсов СВЧ-сверхизлучения 3-см диапазона длин волн с разбросом пиковой мощности, меньшим, чем разброс амплитуд импульсов ускоряющего напряжения; При этом получена пиковая мощность СВЧ-излучения до 2 ГВт, превышающая пиковую мощность электронного пучка.

Р.Б. Бакшт, А.Г. Русских

Создана и испытана ступень LTDF с выходной мощностью 20 ГВт и временем нарастания импульса на согласованной нагрузке менее 50 нс с изоляцией элементов внутри корпуса с помощью сжатого газа (воздух, смесь воздуха с элегазом) или трансформаторного масла.

Для индукционного генератора с выходной мощностью ~1 ТВт в составе 10 последовательно включенных ступеней LTDZ изготовлены две дополнительные ступени, что позволило собрать и испытать модуль из 5 ступеней LTDZ. При зарядном напряжении ~ 90 кВ в плоском вакуумном диоде с бархатным катодом получен пучок электронов с мощностью ~ 300 ГВт.

Внешний вид ступени LTDZ

Сборка из 5 ступеней LTDZ в процессе подготовки испытаний с вакуумным диодом

А.В. Шишлов проводит экскурсию.

Завершены испытания разработанного и созданного в 2005 году модуля конденсаторной батареи с запасаемой энергией 860 кДж. Результаты испытаний позволяют рекомендовать модуль в качестве составного элемента при создании мультимегаджоульных конденсаторных накопителей. Модуль используется для питания ламп накачки твердотельных лазеров.

Источник высоковольтных импульсов

Проведена модернизация сильноточного импульсного генератора МИГ, в ходе которой были получены следующие результаты: уменьшено внутреннее сопротивление генератора с 0.65 Ом до 0.34 Ом, что позволило улучшить согласование выходного узла генератора при работе на низкоимпедансную нагрузку; увеличена амплитуда импульса тока установки с 2 МА до 3.2 МА; увеличена скорость нарастания тока через нагрузку за счет уменьшения фронта нарастания тока с 80 нс до 50 нс. Данный режим модернизированной установки МИГ будет использоваться при проведении работ по исследованию экстремальных состояний вещества.

В результате исследования механизма генерации жесткого ультрафиолетового излучения из сильноточного разряда низкого давления сформулирована и обоснована новая концепция формирования многозарядной плазмы в излучающей области.

Проведены исследования излучательных характеристик плазмы объемных разрядов, инициируемых пучками электронов, генерируемыми в различных газах при давлениях до 12 атм.

На основании законов сохранения получены точные решения, описывающие отражение волны магнитной самоизоляции (ВМС) от нагрузки.

В.И. Кошелев, Б.М. Ковальчук

Б.М. Ковальчук, Н.Н. Коваль

..., Н.Н. Коваль, Н.А. Ратахин

В.В. Ростов

В.В. Ростов, В.И. Кошелев

Кафедра сильноточной электроники электрофизического факультета ТПУ

Организована в декабре 2004 года.

Кафедра выпускает магистров по направлению «Электроника и микроэлектроника» (программы «Физическая электроника», «Микроволновая электроника»).

Преподаваемые дисциплины:

Импульсная техника
Эмиссионная электроника
Физика плазмы
Физика газового разряда
Физика сильноточных электронных пучков
Электродинамика СВЧ
Лазерные технологии и оборудование
Экспериментальные методы в сильноточной электронике
Радиационные эффекты в твердом теле

Число магистрантов в 2007 году — 16.

Преподаватели кафедры сильноточной электроники:
Н.А. Ратахин, Н.Н. Коваль, Ю.Д. Королев, В.В. Ростов, И.В. Пегель, А.А. Ким, А.В. Шишлов, В.В. Рыжов, А.И. Климов, В.Ф. Лосев, А.В. Батраков, С.Д. Полевин, И.Ю. Турчановский.

А.А. Ким

Д.И. Проскуровский

В.В. Ростов

И.В. Пегель

В.Ф. Лосев

А.В. Шишлов

С.Д. Полевин

А.В. Батраков

2007 год

Проведены комплексные исследования разрядников для быстрых ступеней линейных трансформаторов с уровнем зарядного напряжения ~100 кВ, при коммутации токов до ~40 кА и переключаемым зарядом до ~10^-2 К. Установлены факторы, влияющие на стабильность характеристик разрядников и срок их службы. В результате исследований созданы и испытаны разрядники, обеспечивающие повышение мощности ступеней на 10%.

Разработан и исследован на генераторе ГИТ-12 радиальный плазменно-газовый коммутатор для обострения микросекундного фронта тока в z-пинч нагрузке. Внешняя оболочка коммутатора формируется плазменными пушками, внутренние — газовыми соплами. Показано, что сочетание плазменного и газового каскадов уменьшает потери тока во внешних оболочках и позволяет формировать на внутреннем каскаде нагрузки мегаамперные импульсы со скоростью роста тока до 2x10¹⁴ А/с. С использованием созданного коммутатора получено двукратное увеличение мощности мягкого рентгеновского излучения.

Проведены испытания модифицированной ступени линейного трансформатора для ускорителя электронов для возбуждения активной среды в оконечном каскаде петаваттного лазера. Выполнен расчет параметров ускорителя электронов для оконечного каскада с применением модифицированных ступеней. Подтверждена возможность достижения удельной мощности накачки ~ 450 кВт/см³.

Генерация К-излучения планарными лайнерами.

Гигаваттный черенковский СВЧ-генератор без внешнего магнитного поля.

Генерация ионов высокой зарядности в плазме дугового вакуумного разряда.

Создан импульсный генератор с использованием линейного трансформатора с вакуумной изоляцией вторичного витка с энергозапасом ~ 9.6 кДж и выходной мощностью в режиме разряда близком к критическому ~ 50 ГВт.

Академик РАН Борис Михайлович КОВАЛЬЧУК
удостоен Демидовской премии
за выдающийся вклад в развитие нового класса импульсных сильноточных устройств

Создан генератор, формирующий на нагрузке 12.5 Ом биполярный импульс длительностью ~ 1 нс, амплитудами ±185 кВ с частотой 100 Гц.

Создан импульсный генератор с выходным напряжением ~ 300 кВ и энергосодержанием в импульсе ~ 500 Дж с частотой повторения 1—10 Гц. Генератор предназначен для использования в установке для исследования разрушения материалов с помощью электрогидравлического разряда. Основа сильноточной электроники - мощная импульсная техника.

Защищено диссертаций: докторских – 1; кандидатских – 6; монографий – 3; число публикаций (всего) – 262; статей – 176; в т.ч. зарубежных – 41.

Докладов в сборниках международных конференций – 65.

Число охранных документов (патенты и лицензии) – 5.

И.В. Пегель, А.Б. Марков

В.И. Кошелев

2008 год

Основное научное направление деятельности Института, утвержденное Президиумом СО РАН — научные основы сильноточной электроники и разработка на этой базе новых приборов, устройств и технологий.

Импульсная энергетика и формирование плотных пучков заряженных частиц.
Получение мощных потоков рентгеновского, СВЧ и оптического излучения.
Исследование плазмы вакуумных и газовых разрядов.
Исследование процессов воздействия потоков частиц, плазмы, электромагнитного излучения на поверхность.

Исследования проводятся коллективами 13 научных подразделений.

В институте действует аспирантура и два Совета по защите диссертаций по 3 специальностям (электрофизика, физическая электроника, вакуумная и плазменная электроника).

С.А. Чайковский

В.Ф. Лосев

Н.С. Сочугов

Н.Н. Коваль, А.Б. Марков

В рамках договоров о сотрудничестве Институт связан со следующими научными организациями:

Ливерморская национальная лаборатория, США
Национальная лаборатория им. Лоуренса, Беркли, США
Университет Калифорнии, Лос-Анджелес, США
Компания Alameda Applied Science Corporation, США
Институт ядерных исследований, г. Белград, Югославия
Парижский университет, Франция
Университет, г. Марсель, Франция
Университет, г. Энсхеде, Нидерланды
Северо-Западный институт ядерных технологий, г. Сиань, КНР
Шеньянский технологический институт, г. Шеньян, КНР
Институт Физики Академии наук КНР, г. Пекин, КНР
Университет "Tor Vergata " (BPTV), г. Рим, Италия
Институт ядерных проблем им. А. Солтана, г. Варшава, Польша
Далянский технологический университет, г. Далянь, КНР
Университет, г. Эрланген, Германия

В.Н. Киселев, Н.Н. Коваль, В.Н. Девятков

Н.Н. Коваль

А.Д. Тересов, М.С. Воробьёв

М.И. Ломаев, Д.А. Сорокин

Лидеры основных научных направлений Института выросли в крупных ученых и организаторов науки, получивших мировое признание:

в области мощной импульсной техники и сильноточных разрядов - это академики РАН Г.А. Месяц и Б.М. Ковальчук;
в области СВЧ-генераторов академики С.П. Бугаев и С.Д. Коровин;
в области мощного рентгеновского излучения и Z-пинчей - лауреат Ленинской и Государственной премий профессор А.В. Лучинский и член-корреспондент РАН Н.А. Ратахин;
в области лазерной физики доктора физико-математических наук Ю.И. Бычков и В.Ф. Тарасенко;
в области газового и вакуумного разряда - доктора физико-математических наук Ю.Д. Королёв и Д.И. Проскуровский;
в области плазменной эмиссионной электроники - профессор Ю.Е. Крейндель.

Г.А. Месяц, В.Ф. Тарасенко