SOS-эффект и компактный рентген: что изучают и создают уральские физики - «Наука»

ЕКАТЕРИНБУРГ, 17 фев – Новости Дня. История Института электрофизики Уральского отделения РАН насчитывает много выдающихся достижений своих сотрудников, которые нашли широкое применение в практике. В числе современных разработок института — уникальные высоковольтные генераторы на основе открытого здесь же SOS-эффекта. В целом, разработки уральских ученых используются в более чем 20 странах мира.

Директор института Станислав Чайковский и представители лабораторий показали корреспонденту Новости Дня инновационные приборы и рассказали, почему российская промышленность не пользуется результатами исследований.

Из Сибири в Свердловск

Институт электрофизики УрО РАН был основан в Свердловске в 1986 году. "Отец" института – академик Геннадий Андреевич Месяц – до этого создал институт сильноточной электроники в Томске и развил целое научное направление – наносекундная импульсная техника. Вместе с ним из Томска в Свердловск переехали почти два десятка ученых. Сначала сотрудники института заняли помещение в центре города, на Первомайской улице. Позже, уже в 2000 году, институт переехал в собственное здание на юго-западе Екатеринбурга. Первым делом был оборудован корпус экспериментальных установок.

Сейчас в институте работают 200 человек, в том числе 90 научных сотрудников, из них девять членов академии наук, 14 докторов наук, 55 кандидатов наук.

"Наш институт – единственный по своему профилю на просторах от Волги до Оби. Небольшой по численности сотрудников, но по своим удельным характеристикам, результатам и амбициям занимает лидерские позиции", — говорит директор института Станислав Чайковский.

По его словам, научные установки ИЭФ действуют в исследовательских центрах более чем 20 стран: в Австралии, Великобритании, США, Израиле, Южной Корее, Японии.

SOS-эффект

"Мы сами создаем предназначенные для фундаментальных исследований приборы на основе обнаруженных в нашем институте эффектов и явлений. Так, в 1992 году в нашем институте был открыт SOS-эффект, когда выяснилось, что полупроводниковые структуры умеют не только хорошо "включать" ток, но и "выключать", точнее, "прерывать" его" — объясняет Чайковский.

Заведующий лабораторией импульсной техники Сергей Рукин показывает установку С-500 — твердотельный генератор электрических импульсов, развивающий мощность до 30 ГВт. Это примерно в полтора раза больше самой крупной электростанции в мире. Достигаемые экстремальные значения электрических полей и скорости их нарастания используются для исследований генерации мощного СВЧ-излучения, изучения механизмов электрического пробоя атмосферного воздуха, ярким проявлением которого является известная каждому гроза.

"Данная мощность развивается за одну наносекунду, то есть одну миллиардную долю секунды", — поясняет Сергей Рукин.

"Техника тут основана на SOS-эффекте, а именно, на эффекте наносекундного обрыва сверхплотных токов в полупроводниках. Наши системы твердотельные – отсюда большая частота импульса, большой срок службы, малые габариты. Других подобных установок нет в мире" – добавляет он.

Компактный рентген

Сотрудник лаборатории импульсных источников излучения Александр Чепусов демонстрирует переносной рентгеновский аппарат на специальном штативе.

"Это моноблок рентгеновского аппарата. Он создан на основе SOS-эффекта и разработанной в нашей лаборатории импульсной рентгеновской трубки. Его особенность — широкий круг применений, малые размеры и вес. Можно с его помощью на заводе трубу просветить, в больнице пациента обследовать, проверить багаж в аэропорту", — поясняет Чепусов.

Он уточняет, что обычные медицинские рентгеновские аппараты занимают целое помещение. В них используется принцип постоянного напряжения, а в устройстве, созданном в ИЭФ, применяется импульсное излучение, идущее короткими пачками, что снижает в разы потребляемую электрическую мощность и габариты.

По словам ученого, новый прибор позволяет получить рентгеновский снимок такого же качества, как при работе со стандартным аппаратом, но доза облучения медперсонала и пациентов будет ниже в 20-30 раз за счет прерывания импульсов.

Инновационный прибор проводит диагностику за одну минуту, а обычный аппарат – за десять минут. Кроме того, он питается от сети или от автомобильных генераторов, что позволяет применять его в полевых условиях. Ученые отмечают, что прибор может быть интересен для спасателей и врачей, с ним можно выезжать на места катастроф, проводить первичную диагностику состояния пострадавших.

По словам Чепусова, эти разработки используются в областном госпитале для ветеранов войн, в больницах Астрахани, Казани, Москвы, Санкт-Петербурга.

Высоковольтные генераторы и "убегающие электроны"

Компактные высоковольтные генераторы собственной разработки расположены в лаборатории электронных ускорителей, в которой работает академик Михаил Яландин. Именно здесь исследуется эффект "убегающих электронов".

"Наша тема — короткие высоковольтные импульсы. Иными словами, занимаемся тем, что было интересно 100 лет назад, что интересно нынче и будет интересно через 100 лет после нас. Имею в виду исследование законов природы, физических эффектов, связанных с импульсным высоковольтным воздействием на объекты и среды", — рассказывает Яландин.

В лаборатории стоят наиболее компактные, переносные, версии ускорителей. С их помощью в воздухе удалось сформировать потоки "убегающих" электронов длительностью на уровне десятка пикосекунд. Одна пикосекунда – время, за которое свет проходит расстояние в 0,3 миллиметра.

Проблемы с финансированием и производством

Михаил Яландин объясняет, что серьезной проблемой является отсутствие стадии адаптации научных достижений для производства. "В России этим никто не хочет заниматься. Для наглядности – автомобиль класса Ford Focus стоит порядка 15 тысяч долларов. Представьте, вам дали 15 тысяч долларов. Вы сможете у себя в гараже на коленках собрать Ford Focus? Никогда. Потребуется развернуть производство. А ведь эту стадию кто-то тоже должен оплатить. Короче говоря, отечественная промышленность за свой счет не желает пользоваться результатами наших исследований", — разъясняет академик.

"Чтобы быть на передовом крае науки, необходимо, чтобы научное оборудование постоянно обновлялось. За последние четыре года с момента реформы РАН средств на приобретение приборов институту не выделялось. Обеспечить академические институты современной приборной базой – вот это был бы настоящий прорыв", — говорит Станислав Чайковский.